《2019年高考物理一轮复习第七章静电场第2讲电场能的性质学案》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2019年高考物理一轮复习第七章静电场第2讲电场能的性质学案（20页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、1第第 2 2 讲讲 电场能的性质电场能的性质微知识 1 电场力做功与电势能1静电力做功(1)特点：静电力做功与路径无关，只与初末位置有关。(2)计算方法WqEd，只适用于匀强电场，其中d为沿电场方向的距离。WABqUAB，适用于任何电场。2电势能(1)定义：电荷在电场中具有的势能，数值上等于将电荷从该点移到零势能位置时静电力所做的功。(2)静电力做功与电势能变化的关系：静电力做的功等于电势能的减少量，即WABEpAEpBEp。微知识 2 电势和等势面1电势(1)定义：试探电荷在电场中某点具有的电势能与它的电荷量的比值。(2)定义式：。Ep q(3)矢标性：电势是标量，有正负之分，其正(负)表
2、示该点电势比零电势高(低)。(4)相对性：电势具有相对性，同一点的电势因选取零电势点的不同而不同。2等势面(1)定义：电场中电势相等的各点组成的面。(2)四个特点等势面一定与电场线垂直。在同一等势面上移动电荷时电场力不做功。电场线方向总是从电势高的等势面指向电势低的等势面。等差等势面越密的地方电场强度越大，反之越小。3几种常见的典型电场的等势面比较2微知识 3 电势差 匀强电场中电势差与电场强度的关系1电势差(1)定义：电荷在电场中，由一点A移到另一点B时，电场力做的功与移动的电荷的电荷量的比值。(2)定义式：UAB。WAB q(3)电势差与电势的关系：UABAB，UABUBA。(4)影响因素
3、电势差UAB由电场本身的性质决定，与移动的电荷q及电场力做的功WAB无关，与零电势点的选取无关。2匀强电场中电势差与电场强度的关系(1)电势差与场强的关系式：UEd，其中d为电场中A、B两点间沿电场线方向的距离。(2)电场强度的方向和大小3电场中，场强方向是指电势降落最快的方向。在匀强电场中，场强在数值上等于沿电场方向每单位距离上降低的电势。一、思维辨析(判断正误，正确的画“” ，错误的画“” 。)1电场力做功与重力做功相似，均与路径无关。()2电场中电场强度为零的地方电势一定为零。()3电势降低的方向是电场强度的方向。()4电场线与等势面在相交处垂直。()5带电粒子只在电场力作用下一定从电势
4、高的地方向电势低的地方运动。()二、对点微练1(电势和电势差)如图所示的同心圆是电场中的一簇等势线，一个电子只在电场力作用下沿着直线由AC运动时的速度越来越小，B为线段AC的中点，则下列说法正确的是( )A电子沿AC方向运动时受到的电场力越来越小B电子沿AC方向运动时它具有的电势能越来越大C电势差UABUBCD电势ABC，选项 D 错误。答案 B 2.(电场力做功与电势能变化的关系)如图所示为某静电场等势面的分布，电荷量为1.6109 C 的正电荷从A经B、C到达D点。从A到D，电场力对电荷做的功为( )4A4.8108 J B4.8108 JC8.0108 J D8.0108 J解析 电场力
5、做功与路径无关，WADqUADq(AD)4.8108 J，B 项正确。答案 B 3.(场强与电势差的关系)如图所示，在某电场中画出了三条电场线，C点是A、B连线的中点。已知A点的电势A30 V，B点的电势B10 V，则C点的电势( )AC10 VBC10 VCC10 VD上述选项都不正确解析 由于A、C之间的电场线比C、B之间的电场线密，相等距离之间的电势差大，所以C10 V，C 项正确。答案 C 4(等势面)将两金属球P、Q固定，让球P带上正电后，形成稳定的电场如图所示，已知实线为电场线，虚线为等势面，其中A、B、C、D为静电场中的四点，则( )5AC、D两点的电场强度相同，电势相等BA、B
6、两点的电势相同，电场强度不同C将电子从A点移至B点，电场力做负功D将电子从A点移至D点，电势能增大解析 C、D两点在同一等势面上，电势相等，但场强方向不同，故电场强度不相同，则 A项错误；A、B两点不在同一等势面上，电势不相同，场强方向相反，电场强度不同，故 B项错误；由题图可知从A点移至B点电势降低，故将电子从A点移至B点，电场力做负功，则 C 项正确；A点、D点在同一等势面上，故将电子从A点移至D点，电场力不做功，电势能不变，故 D 项错误。答案 C 见学生用书 P107微考点 1 电势高低及电势能大小的比较核|心|微|讲1电势高低的判断方法(1)沿电场线方向，电势越来越低。(2)判断出U
7、AB的正负，再由UABAB，比较A、B的大小，若UAB0，则AB；若UABOQ，则( )AP点的电场强度比Q点的小BP点的电势比M点的低COP两点间的电势差小于OQ间的电势差D一带正电的试探电荷在Q点的电势能比在M点大解析 电场线的疏密表示场强的大小，电场线越密，电场强度越大，根据题图知P点的电场强度比Q点的小，故 A 项正确；根据电场叠加，由题图可知，ab上各点的电势都相等，M点比ab上各点的电势低，则M点的电势比P点的低，故 B 项错误；OP间电势差等于零，OQ间电势差等于零，则OP两点间的电势差等于OQ间的电势差，故 C 项错误；P、Q电势相等，则Q点的电势高于M点的电势，正电荷在电势高
8、处电势能大，所以带正电的试探电荷在Q点的电势能比在M点大，故 D 项正确。答案 AD 微考点 2 匀强电场中电势差与电场强度的关系核|心|微|讲1匀强电场中任意两点间的电势差U和电场强度E的关系为UEd或E ，式中的d是U d这两点沿着电场线方向上的距离，即两点所在等势面间的距离。2UEd在定量计算时适用于匀强电场，也可以用来定性判断非匀强电场的情况。如电场越强的地方等差等势面间的距离就越小，即等势面越密集。93推论：匀强电场中，沿任一方向(等势面除外)两点间的电势差与两点间的距离成正比，即Ul，式中l是这两点间的距离。典|例|微|探【例 2】 (多选)(2017全国卷)一匀强电场的方向平行于
9、xOy平面，平面内a、b、c三点的位置如图所示，三点的电势分别为 10 V、17 V、26 V。下列说法正确的是( )A电场强度的大小为 2.5 V/cmB坐标原点处的电势为 1 VC电子在a点的电势能比在b点的低 7 eVD电子从b点运动到c点，电场力做功为 9 eV【解题导思】(1)匀强电场中已知三点的电势，如何作出一条等势线？答：找电势最高和电势最低的点连线，在连线上找出与第三点电势相等的点，连接两等势点的连线即为一条等势线。(2)如何进一步画出电场线方向？答：利用电场线与等势线在相交处垂直且指向电势低的方向即可得到电场线。解析 如图所示，设a、c之间的d点电势与b点相同，则 ，d点坐标
10、为ad dc1017 17267 9(3.5 cm，6 cm)，过c点作cfbd于f，由几何关系可得cf3.6 cm，则电场强度E V/cm2.5 V/cm，A 项正确；因为四边形Oacb是矩形，所以有UacUOb，解U d2617 3.6得坐标原点O处的电势为 1 V，B 项正确；a点电势比b点电势低 7 V，电子带负电，所以电子在a点的电势能比在b点的高 7 eV，C 项错误；b点电势比c点电势低 9 V，电子从b点运动到c点，电场力做功为 9 eV，D 项正确。10答案 ABD题|组|微|练3.(多选)如图，在正点电荷Q的电场中有M、N、P和F四点，M、N、P为直角三角形的三个顶点，F为
11、MN的中点，M30，M、N、P、F四点处的电势分别用M、N、P、F表示，已知MN，PF，点电荷Q在M、N、P三点所在平面内，则( )A点电荷Q一定在MP连线上B连接PF的线段一定在同一个等势面上C将正试探电荷从P点搬运到N点，电场力做负功DP大于M解析 根据正点电荷的电场的特点可知，点电荷的电场的等势面是以点电荷为中心的同心球面，故分别作MN连线的中垂线和PF连线的中垂线，如图所示，11根据图中几何关系可知，两条线交MP于A点，即点电荷在A点，选项 A 正确，B 错误；将正试探电荷从P点搬运到N点，电场力做正功，选项 C 错误；沿着电场线的方向电势逐渐降低，故PM，选项 D 正确。答案 AD
12、4.(多选)一空间存在匀强电场，场中A、B、C、D四个点恰构成正四面体，如图所示。已知电场强度大小为E，方向平行于正四面体的底面ABC，正四面体棱长为 2 cm。已知3UAC6 V、UBC6 V，则可判断( )AUDC4 V BUDC3 VCE200 V/m DE V/m400 3解析 如图所示，UAC6 V、UBC 6 V，则AB在同一条等势线上，从C点向AB线作垂线，垂足为M，则MC为电场线且电场方向由M指向C，由几何关系可得MC3 cm，由E200 UMC dMCV/m，C 项正确，D 项错误；从D点向MC作垂线，垂足为O，则OC2 cm，UDCUOC2000.02 V4 V，A 项正确
13、，B 项错误。答案 AC 微考点 3 与电场力做功有关的综合问题核|心|微|讲分析力、电综合问题的三个有效途径1建立物体受力图景12(1)弄清物理情境，选定研究对象。(2)对研究对象按顺序进行受力分析，画出受力图。(3)应用力学规律进行归类建模。2建立能量转化图景各种不同的能量之间相互转化时，遵守能量守恒定律，运用能量观点，建立能量转化图景是分析解决力、电综合问题的有效途径。3运用等效思维法构建物理模型电场力和重力做功均与路径无关，在同一问题中可将它们合成一个等效重力，从而使问题简化。在对物理过程分析的基础上构建相应的物理模型，是一种科学的思维方法。典|例|微|探【例 3】 如图所示，在绝缘水
14、平面上，有相距为L的A、B两点，分别固定着两个带电荷量均为Q的正电荷。O为AB连线的中点，a、b是AB连线上两点，其中AaBb 。一质L 4量为m、电荷量为q的小滑块(可视为质点)以初动能Ek0从a点出发，沿AB直线向b运动，其中小滑块第一次经过O点时的动能为 2Ek0，第一次到达b点时的动能恰好为零，小滑块最终停在O点，已知静电力常量为k。求：(1)小滑块与水平面间滑动摩擦力的大小。(2)小滑块刚要到达b点时加速度的大小和方向。(3)小滑块运动的总路程s。【解题导思】(1)分析电场分布特点，a、b间电势差为多少？答：Uab0。(2)滑块到达b点时速度为零，此时受摩擦力作用吗？答：此时速度为零
15、，但不是静止状态，之后会反向加速，此时受到摩擦力作用。(3)电场力做功与路径有关吗？滑动摩擦力做功与路径有关吗？答：电场力做功与路径无关，滑动摩擦力做功与路径有关。解析 由AaBb ，O为AB连线的中点可知a、b关于O点对称，则a、b之间的电势差L 4为Uab0。(1)设小滑块与水平面间摩擦力的大小为f，滑块从ab的过程，由动能定理得qUabf 0Ek0。L 2解得f。2Ek0 L13(2)根据库仑定律，小滑块刚要到达b点时受到的库仑力的合力为F。kQq L/42kQq 3L/42128kQq 9L2根据牛顿第二定律，小滑块刚要到达b点时加速度的大小为a，Ff m128kQq 9mL22Ek0 mL方向由b指向O(或向左)。(3)设滑块从aO的过程中电场力做功为W，由动能定理得Wf L2Ek0Ek0，1 4解得W1.5Ek0。对于小滑块从a开始运动到最终在O点停下的整个过程中，由动能定理得Wfs0Ek0，解得s1.25L。答案 (1) (2)，方向由b指向O2Ek0 L128kQq 9mL22Ek0 mL(3)1.25L题|组|微|练5(多选)如图所示，长为L的绝缘轻杆在水平向右的匀强电场中，杆与电场线垂直，杆两端固定带电小球A和B，初始时处于图中实线位置。现将轻杆向右平移 2L，然后以球B为轴在纸面内顺时针转
