2022屆新教材高考物理一輪復習第八章靜電場第2節(jié)電場能的性質學案新人教版

1、第2節(jié)電場能的性質必備知識預案自診知識梳理一、靜電力做功和電勢能1.靜電力做功(1)特點:靜電力做功與無關,只與電荷量和電荷移動過程始、末位置間的電勢差有關。(2)計算方法w=qed,只適用于勻強電場,其中d為帶電體在沿的位移。wab=quab,適用于。2.電勢能(1)定義:電荷在電場中具有的,稱為電勢能。(2)說明:電勢能具有相對性,通常取無窮遠或大地為電勢能零點。3.靜電力做功與電勢能的關系(1)靜電力做的功等于電荷,即wab=epa-epb。(2)通過wab=epa-epb可知:靜電力對電荷做多少正功,電荷電勢能就減少多少;靜電力對電荷做多少負功,電荷電勢能就增加多少。(3)電勢能的大小

2、:由wab=epa-epb可知,若令epb=0,則epa=wab,即一個電荷在電場中某點具有的電勢能,數(shù)值上等于將電荷從該點移到零勢能位置過程中靜電力所做的功。二、電勢、等勢面1.電勢(1)定義:電荷在電場中某一點的與它的的比值。(2)定義式:=epq。(3)相對性:電勢具有相對性,同一點的電勢因的選取不同而不同。注:電勢是標量,有正負之分,其正(負)表示該點電勢比零電勢高(低)。2.等勢面(1)定義:電場中的各點構成的面。(2)等勢面的特點等勢面一定與電場線,即與電場強度的方向。在上移動電荷時電場力不做功。電場線總是從的等勢面指向的等勢面。等差等勢面越密的地方電場強度越,反之越。三、電勢差1

3、.定義:電荷在電場中,由一點a移到另一點b時,電場力所做的功wab與移動的電荷的電荷量q的比值。2.定義式:uab=wabq。3.影響因素電勢差uab由決定,與移動的電荷q及電場力做的功wab,與零勢點的選取。4.電勢差與電勢的關系:uab=,uab=-uba。5.勻強電場中電勢差與電場強度的關系(1)電勢差與電場強度的關系式:,其中d為電場中兩點間的距離。(2)電場強度的方向和大小與電勢差的關系:電場中,電場強度方向指向最快的方向。在勻強電場中,電場強度在數(shù)值上等于沿方向每單位距離上降低的電勢。考點自診1.判斷下列說法的正誤。(1)電勢等于零的物體一定不帶電。()(2)電場強度為零的點,電勢

4、一定為零。()(3)a、b兩點的電勢差是恒定的,所以uab=uba。()(4)電場中,電場強度方向是指電勢降落最快的方向。()(5)電勢有正負之分,因此電勢是矢量。()(6)電場強度處處相同的區(qū)域內,電勢一定也處處相同。()(7)電勢的大小由電場的性質決定,與零電勢點的選取無關。()(8)電勢差uab由電場本身的性質決定,與零電勢點的選取無關。()2.(多選)(2020山東卷)真空中有兩個固定的帶正電的點電荷,電荷量不相等。一個帶負電的試探電荷置于二者連線上的o點時,僅在電場力的作用下恰好保持靜止狀態(tài)。過o點作兩正電荷連線的垂線,以o點為圓心的圓與連線和垂線分別交于a、c和b、d,如圖所示。以

5、下說法正確的是()a.a點電勢低于o點b.b點電勢低于c點c.該試探電荷在a點的電勢能大于在b點的電勢能d.該試探電荷在c點的電勢能小于在d點的電勢能3.(多選)(2020全國卷)如圖所示,豎直面內一絕緣細圓環(huán)的上、下半圓分別均勻分布著等量異種電荷。a、b為圓環(huán)水平直徑上的兩個點,c、d為豎直直徑上的兩個點,它們與圓心的距離均相等。則()a.a、b兩點的電場強度相等b.a、b兩點的電勢相等c.c、d兩點的電場強度相等d.c、d兩點的電勢相等4.(新教材人教版必修第三冊p50,t1改編)如圖所示為某電場等勢面的分布情況。(1)如果把電子從c等勢面移動到e等勢面,電勢能如何變化?變化了多少?(2)

6、在電場中的a、b兩點放置電荷量相等的試探電荷,試比較它們所受靜電力的大小和電勢能的大小。5.(新教材人教版必修第三冊p51,t3改編)如圖所示,在勻強電場中,將電荷量為-610-6 c的點電荷從電場中的a點移到b點,靜電力做了-2.410-5 j的功,再從b點移到c點,靜電力做了1.210-5 j的功。已知電場的方向與abc所在的平面平行。(1)如果規(guī)定a點的電勢為0,則b、c和ab中點d的電勢分別為多少?(2)請在圖中畫出過b點的電場線方向。關鍵能力學案突破考點一電勢高低與電勢能大小的判斷(自主探究)1.電勢高低的判斷判斷方法方法解讀依據(jù)電場線方向沿電場線方向電勢逐漸降低依據(jù)場源電荷的正負取

7、無窮遠處電勢為零,正電荷周圍電勢為正值,負電荷周圍電勢為負值;靠近正電荷處電勢高,靠近負電荷處電勢低依據(jù)電場力做功1.根據(jù)uab=wabq,將wab、q的正負號代入,由uab的正負判斷a、b的高低2.對于正電荷,從a移到b,如果電場力做正功,則ab3.對于負電荷,從a移到b,如果電場力做正功,則a0)的點電荷固定在p點。下列說法正確的是()a.沿mn邊,從m點到n點,電場強度的大小逐漸增大b.沿mn邊,從m點到n點,電勢先增大后減小c.正電荷在m點的電勢能比其在n點的電勢能大d.將正電荷從m點移動到n點,電場力所做的總功為負3.(多選)(2021年1月遼寧省適應性測試)電荷量相等的四個點電荷分

8、別固定于正方形的四個頂點,o點是正方形的中心,電場線分布如圖所示,取無限遠處電勢為零。下列說法正確的是()a.正方形右下角電荷q帶正電b.m、n、p三點中n點電場強度最小c.m、n、p三點中m點電勢最高d.負電荷在p點的電勢能比在o點的電勢能小考點二公式u=ed的拓展應用(師生共研)1.兩個推論(1)如圖甲所示,c點為線段ab的中點,則有c=a+b2。(2)如圖乙所示,abcd,且ab=cd,則uab=ucd。2.三點妙用(1)解釋等差等勢面的疏密與電場強度大小的關系,當電勢差u一定時,電場強度e越大,則沿電場強度方向的距離d越小,即電場強度越大,等差等勢面越密。(2)定性判斷非勻強電場電勢差

9、的大小關系,如距離相等的兩點間的電勢差,e越大,u越大;e越小,u越小。(3)利用-x圖像的斜率判斷沿x軸方向電場強度ex隨位置的變化規(guī)律。在-x圖像中斜率k=x=ud=ex,斜率的大小表示電場強度的大小,正負表示電場強度的方向?！镜淅?】(2018全國卷)如圖,同一平面內的a、b、c、d四點處于勻強電場中,電場方向與此平面平行,m為a、c連線的中點,n為b、d連線的中點。一電荷量為q(q0)的粒子從a點移動到b點,其電勢能減小w1;若該粒子從c點移動到d點,其電勢能減小w2。下列說法正確的是()a.此勻強電場的場強方向一定與a、b兩點連線平行b.若該粒子從m點移動到n點,則電場力做功一定為w

10、1+w22c.若c、d之間的距離為l,則該電場的場強大小一定為w2qld.若w1=w2,則a、m兩點之間的電勢差一定等于b、n兩點之間的電勢差思維點撥正電荷的電勢能減小時,一定是由高電勢的地方向低電勢的地方移動,但不一定是沿著電場線移動。方法技巧巧用“等分法”解答勻強電場性質的有關問題(1)在勻強電場中,除了等勢線外,沿任意直線方向,電勢降落都是均勻的,故在同一直線上間距相同的兩點間電勢差大小相等。如果某兩點間的電勢差為u,把這兩點間的距離等分為n段,則每段兩端點的電勢差大小等于un,采用這種等分間距求解電勢問題的方法,叫等分法。(2)若已知勻強電場中某幾點的電勢,要求其他點的電勢時,一般采用

11、“等分法”在電場中找與待求點的電勢相同的等勢點。等分法也常用在畫電場線的問題中。對點演練4.(2020山東煙臺高三一模)如圖所示,在xoy平面內有一勻強電場,以坐標原點o為圓心的圓,與x、y軸的交點分別為a、b、c、d,從坐標原點o向紙面內各個方向以等大的速率射出電子,可以到達圓周上任意一點,而到達b點的電子動能增加量最大。則()a.電場線與x軸平行b.a點電勢大于c點電勢c.在圓周上的各點中,b點電勢最高d.電子從o點射出至運動到b點過程中,其電勢能增加5.(2020山西太原模擬)如圖所示,勻強電場中的六個點a、b、c、d、e、f為正八面體的六個頂點,已知be中點o的電勢為零,a、b、c三點

12、的電勢分別為7 v、-1 v、3 v,則e、f兩點的電勢分別為()a.2 v、-2 vb.1 v、-3 vc.1 v、-5 vd.2 v、-4 v考點三電場線等勢面及運動軌跡問題(師生共研)1.幾種常見的典型電場的等勢面比較電場等勢面(實線)圖樣重要描述勻強電場垂直于電場線的一簇平面點電荷的電場以點電荷為球心的一簇球面兩等量異種點電荷的電場在連線的中垂線上,電勢為零兩等量同種點電荷的電場在連線上,中點電勢最低,而在連線的中垂線上,中點電勢最高2.在電場中帶電粒子運動軌跡問題的分析方法(1)從軌跡的彎曲方向判斷受力方向(軌跡向合外力方向彎曲),從而分析電場方向或電荷的正負。(2)結合軌跡、速度方

13、向與靜電力的方向,確定靜電力做功的正負,從而確定電勢能、電勢和電勢差的變化等。(3)根據(jù)動能定理或能量守恒定律判斷動能的變化情況。【典例2】(2020北京順義一模)如圖所示,實線為方向未知的三條電場線,虛線1、2、3分別為三條等勢線,三條等勢線與其中一條電場線的交點依次為m、n、q點,已知mn=nq,電荷量相等的a、b兩帶電粒子從等勢線2上的o點以相同的初速度飛出,僅在電場力作用下,兩粒子的運動軌跡如圖中虛線a、b所示,則()a.a粒子一定帶正電,b粒子一定帶負電b.mn兩點電勢差|umn|等于nq兩點電勢差|unq|c.a粒子的加速度逐漸增大,b粒子的加速度逐漸減小d.a粒子從出發(fā)到等勢線3

14、過程的動能變化量比b粒子從出發(fā)到等勢線1過程的動能變化量小思維點撥帶電粒子電性和電場線方向均不確定,但粒子所受電場力一定指向軌跡的內側,由此可以判斷電場力的方向及做功情況,進一步判斷電勢能變化。核心素養(yǎng)素養(yǎng)角度具體體現(xiàn)物理觀念物質觀帶電粒子、電場運動與相互作用觀帶電粒子在電場力作用下的運動能量觀能量守恒定律科學思維模型構建電場線曲線運動科學推理利用曲線運動的特點、電勢能、電勢和電勢差、動能定理或能量守恒定律綜合分析對點演練6.(多選)(2020江蘇南通二模)如圖所示,虛線a、b、c是電場中的三個等勢面,實線為一個帶負電的質點僅在電場力作用下的運動軌跡,p、q是軌跡上的兩點。下列說法正確的是()

15、a.質點在q點時的電勢能比p點時小b.質點在q點時的加速度方向與等勢面a垂直c.三個等勢面中等勢面a的電勢最低d.質點在q點時的加速度比p點時大7.(2020江蘇蘇錫常鎮(zhèn)二模)如圖所示,實線為某電場的電場線。虛線為一帶電粒子僅在電場力作用下的運動軌跡,a、b、c為軌跡上的三點,且ab和bc關于b點所在的電場線對稱,不計重力。則下列關于粒子的說法正確的是()a.在b點的速度大于在a點的速度b.在b點的加速度大于在a點的加速度c.在b點的電勢能大于在a點的電勢能d.沿軌跡ab和沿軌跡bc電場力做的功相同第2節(jié)電場能的性質必備知識預案自診知識梳理一、靜電力做功和電勢能1.(1)路徑(2)電場方向上任

16、何電場2.(1)勢能3.(1)電勢能的減少量二、電勢、等勢面1.(1)電勢能電荷量(3)零電勢點2.(1)電勢相同(2)垂直垂直等勢面電勢高電勢低大小三、電勢差3.電場本身的性質無關無關4.a-b5.(1)u=ed沿電場線方向(2)電勢降低電場考點自診1.(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)(8)2.bd試探電荷在o點僅在電場力作用下保持靜止,則其所受合力為零。若將試探電荷向左移動少許,則其將在靜電力作用下向左運動,靜電力做正功,電勢能減少,試探電荷帶負電,故由o向a運動過程中電勢升高,同理由o向c運動過程中電勢升高,所以ac連線上o點電勢最低。bd連線上由電勢的疊加可知,o點電勢最高,所以選項a錯誤,b正確。因為ab,cd,試探電荷帶負電,所以epaepb,epc|unq|,a粒子從等勢線2到3電場力做功小于b粒子從等勢線2到1電場力做功,所以a粒子到達等勢線3的動能變化量比b粒子到達等勢線1的動能變化