《全国版2019版高考物理一轮复习第8章电场第29课时电场能的性质学案》由会员分享，可在线阅读，更多相关《全国版2019版高考物理一轮复习第8章电场第29课时电场能的性质学案（21页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、1第第 2929 课时课时 电场能的性质电场能的性质考点 1 电场中的电势高低及电势能大小的判断与比较1比较电势高低的方法(1)沿电场线方向，电势越来越低。(2)判断出UAB的正负，再由UABAB，比较A、B的大小。若UAB0，则AB；若UABEbB场强EabD电势aOa，A 错误；O点合场强为零，故EaEO，EcEO，B 错误；负粒子在电势低处电势能大，在电势高处电势能小，可判断出 C 正确；粒子沿cd匀速移动，受力平衡，外力在大小上等于其所受的静电力，而沿cd方向，但电场强度大小无法判断，因此外力如何变化无法得知，故 D 错误。3(人教版选修 31 P20T7 改编)如图所示，三条曲线表示
2、三条等势线，其电势C0，AB10 V，D30 V，将电量q1.2106 C 的电荷在电场中移动。(1)把这个电荷从C移到D，电场力做功多少？(2)把这个电荷从D移到B再移到A，电势能变化多少？答案 (1)3.6105 J (2)增加 4.8105 J解析 (1)UCD0(30) V30 V4WCDqUCD1.210630 J3.6105 J。(2)UDA3010 V40 VWDAqUDA1.2106(40) J4.8105 J电场力做负功，电荷的电势能增加EpWDA4.8105 J。考点 2 电势、电势差与电场强度的关系1在匀强电场中UEd，即在沿电场线方向上，Ud。2在非匀强电场中UEd虽不
3、能直接应用，但可以做定性分析。3电势差与电场强度的关系规律总结(1)在匀强电场中，电势沿直线是均匀变化的，即直线上距离相等的线段两端的电势差相等。匀强电场中若两线段ABCD，且ABCD，则UABUCD(或ABCD)。(2)等分线段找等势点法：将电势最高点和电势最低点连接后根据需要平分成若干段，必能找到第三点电势的等势点，它们的连线即等势面(或等势线)，与其垂直的线即为电场线。例 2 如图所示，在平面直角坐标系中，有方向平行于坐标平面的匀强电场，其中坐标原点O处的电势为 0，点A处的电势为 6 V，点B处的电势为 3 V，则电场强度的大小为( )A200 V/m B200 V/m3C100 V/
4、m D100 V/m3解析 设OA中点为C，由，可得C点的电势C3 V, CB，即B、C在UAC ACUCO CO同一等势面上，如图所示，由电场线与等势面的关系和几何关系知：d1.5 cm，则E V/m200 V/m，A 正确。U d3 1.5 1025答案 A如何确定匀强电场中的电场线(1)先确定等势线，根据“两点确定一条直线” ，找出电场中电势相等的两个点，然后连接成一条等势线；因匀强电场的电势在一条直线上均匀变化，任一线段中点的电势为两端点电势的平均值。(2)电场线跟等势线一定垂直，作出等势线的垂线即得电场线。(3)比较电势的高低，即沿着电场线的方向，电势逐渐降低；根据电势高低在电场线上
5、标出箭头，表示电场的方向。1在匀强电场中有一个半径为R1 m 的圆，电场方向与圆的平面平行，O、P两点电势差为 10 V，一个电子在该匀强电场中仅受电场力作用运动，且在P、Q两点上速度方向与圆的切线一致，速度大小均为 1 m/s，则( )A电子从P到Q的运动过程中，动能先增大后减小B电子可能做圆周运动C该匀强电场的电场强度E10 V/mDO点与圆周上电势最低的点的电势差为 10 V2答案 D6解析 一个电子仅在电场力作用下运动，由于电子在P、Q两点动能相等，则电势能也相等。因为是匀强电场，所以两点的连线PQ即为等势面，根据等势面与电场线垂直特性，从而画出电场线CO。由曲线运动条件可知，电子所受
6、的电场力沿着CO方向，因此电子从P到Q做抛体运动，速度方向与电场力方向夹角先大于 90后小于 90，电场力对于运动粒子来说先是阻力后是动力，所以动能先减小后增大，故 A、B 错误；匀强电场的电场强度UEd式中的d是沿着电场强度方向的距离，因而由几何关系可知，UPOER，所以22E10 V/m，圆周上电势最低的点与O点的电势差为UERRU10 2UR22UR22V，故 D 正确，C 错误。2(人教版选修 31 P23T2 改编)如图所示，A、B两平行金属板间的匀强电场的电场强度E2105 V/m，方向如图所示。电场中a、b两点相距 10 cm，ab连线与电场线成60角，a点距A板 2 cm，b点
7、距B板 3 cm。(1)求电势差UAa、Uab和UAB多大；(2)用外力F把电荷量为 1107 C 的正电荷由b点匀速移动到a点，那么外力F做的功是多少？答案 (1)4103 V 1104 V 2104 V(2)1103 J解析 (1)匀强电场中电场强度与电势差的关系为UEd，故UAaEdAa21050.02 V4103 V，UabEdab21050.1cos60 V1104 V，UABEdAB2105(0.020.1cos600.03) V2104 V。7(2)电荷匀速运动，动能不变，由动能定理WFW电0，所以WFW电qUbaqUab11071104 J1103 J。3.一长为L的细线，上端
8、固定，下端拴一质量为m、带电荷量为q的小球，处于如图所示的水平向右的匀强电场中。开始时，将线与小球拉成水平，小球静止在A点，释放后小球由静止开始向下摆动，当细线转过 60角时，小球到达B点速度恰好为零。试求：(1)A、B两点的电势差UAB；(2)匀强电场的场强大小；(3)小球到达B点时，细线对小球的拉力大小。答案 (1) (2) (3)mg3mgL2q3mgq3解析 (1)小球由A到B过程中，由动能定理得mgLsin60qUAB0，所以UAB。3mgL2q(2)E。UAB LLcos603mgq(3)小球在AB间摆动，由对称性知，B处细线拉力与A处细线拉力相等，而在A处，由水平方向平衡有FTA
9、qEmg3所以FTBFTAmg3或在B处，沿细线方向合力为零，有FTBqEcos60mgcos30mg。3考点 3 带电粒子的运动轨迹问题1几种常见的典型电场的等势面比较电场等势面(实线)图样重要描述匀强电场垂直于电场线的一簇平面8点电荷的电场以点电荷为球心的一簇球面等量异种点电荷的电场连线的中垂线上的电势为零等量同种正点电荷的电场连线上，中点电势最低，而在中垂线上，中点电势最高2解决运动轨迹问题应熟练掌握的知识及规律(1)带电粒子所受合力(往往仅为电场力)指向轨迹曲线的内侧。(2)某点速度方向为轨迹切线方向。(3)电场线(或等差等势面)密集的地方场强大。(4)电场线垂直于等势面。(5)顺着电
10、场线电势降低最快。(6)电场力做正功，电势能减小；电场力做负功，电势能增大。有时还要用到牛顿第二定律、动能定理等知识。3根据粒子的运动轨迹、电场线(等势面)进行相关问题的判定(1)审题指导9(2)这类问题一般综合性较强，运用“牛顿运动定律、功和能”的知识分析求解。例 3 (多选)如图所示，虚线a、b、c代表电场中三个等势面，相邻等势面之间的电势差相等，即UabUbc。实线为一带正电的质点(不计重力)仅在电场力作用下通过该区域时的运动轨迹，M、N是这条轨迹上的两点，下列判断正确的是( )A三个等势面中，a的电势最低B带电质点在M点具有的电势能比在N点具有的电势能大C带电质点通过M点时的动能比通过
11、N点时大D带电质点通过M点时的加速度比通过N点时大解析 带电质点所受电场力指向轨迹内侧，由于质点带正电，因此电场线指向右下方，根据电场线与等势面垂直，画出电场线沿电场线电势降低，故a等势线的电势最高，故 A错误；由带电质点受力情况可知，从M到N过程中电场力做正功，电势能降低，动能增大，故 B 正确、C 错误；等差等势面中等势面密的地方电场线也密，则M点场强大，电场力大，加速度大，则 D 正确。答案 BD解决这类带电粒子在电场中运动的思路是：根据运动轨迹判断出所受电场力方向，由10电场线画出等势面或由等势面画出电场线，然后进一步判断电势、电场强度、电势能、动能等物理量的变化。(多选)图中虚线为匀
12、强电场中与场强方向垂直的等间距平行直线，两粒子M、N质量相等，所带电荷的绝对值也相等；现将M、N从虚线上的O点以相同速率射出，两粒子在电场中运动的轨迹分别如图中两条实线所示。点a、b、c为实线与虚线的交点，已知O点电势高于c点，若不计重力，则( )AM带负电荷，N带正电荷BN在a点的速度与M在c点的速度大小相同CN在从O点运动至a点的过程中克服电场力做功DM在从O点运动至b点的过程中，电场力对它做的功等于零答案 BD解析 等势线在水平方向，O点电势高于c点，根据电场线与等势线垂直，而且由高电势指向低电势，可知电场方向竖直向下。根据带电粒子的轨迹可知，N所受的电场力方向竖直向上，M所受的电场力方
13、向竖直向下，故知N粒子带负电，M带正电，故 A 错误；aO间与Oc间电势差相等，根据WqU知，N从O到a与M从O到c电场力做功相等，由动能定理可知，N在a点的速度与M在c点的速度大小相等，故 B 正确；N从O点运动至a点的过程中电场力与速度的夹角为锐角，电场力做正功，故 C 错误；O、b间电势差为零，由WqU知M从O点运动至b点的过程中，电场力对它做功为零，故 D 正确。考点 4 电场中的功能关系1电场力做功的特点：电场力对某电荷做的功与路径无关，只与初、末位置的电势差有关。2对电场力做功的理解可类比重力做功。电场力做正功，电势能减少；电场力做负功，电势能增加。3电场力做功的计算方法(1)由公
14、式WFlcos计算，此公式只适用于匀强电场，可变形为：WqElcos。(2)由WqU来计算，此公式适用于任何形式的静电场。11(3)由动能定理来计算：W电场力W其他力Ek。(4)由电势能的变化来计算：WABEpAEpB。4功能关系(1)若只有电场力做功，电势能与动能之和保持不变。(2)若只有电场力和重力做功，电势能、重力势能、动能之和保持不变。10(3)除重力、弹簧的弹力外，其他各力对物体所做的功等于物体机械能的变化。11(4)所有力对物体所做功的代数和，等于物体动能的变化。12例 4 (2017全国卷)(多选)在一静止点电荷的电场中，任一点的电势与该点到点电荷的距离r的关系如图所示。电场中四
15、个点a、b、c和d的电场强度大小分别为Ea、Eb、Ec和Ed。点a到点电荷的距离ra与点a的电势a已在图中用坐标(ra，a)标出，其余类推。现将一带正电的试探电荷由a点依次经b、c点移动到d点，在相邻两点间移动的过程中，电场力所做的功分别为Wab、Wbc和Wcd。下列选项正确的是( )AEaEb41 BEcEd21CWabWbc31 DWbcWcd13解析 由题图知，a、b、c、d四个点距点电荷的距离依次增大，且rb2ra，由E知，EaEb41，A 正确；rd2rc，由E知，EcEd41，B 错误；在移动电荷kQ r2kQ r2的过程中，电场力做的功与电势能的变化量大小相等，则WabWbcq(ab)q(bc)31，C 正确；WbcWcdq(bc)q(cd)11，D 错误。答案 AC(1)电场力对某电荷做的功与路径无关，只与初、末位置的电势差有关。(2)功是能转化的量度，能的变化通过做功来量度。(3)特别注意电荷的正、负，再判定电场力是否做功，电场力做正功，电势能减少；电场力做负功，电势能增加。12如图甲所示，倾角为30的光滑固定斜杆底端固定一个带负电、电量为Q
