2018年高考物理一輪復(fù)習(xí)專題31電勢能、電勢、電勢差(講)(含解析)_第1頁
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文檔簡介

1、專題31電勢能、電勢、電勢差1.1. 掌握電勢、電勢能、電勢差的概念,理解電場力做功的特點;會判斷電場中電勢的高低、 電勢能的變化. .2.2. 會計算電場力做功及分析電場中的功能關(guān)系.一、 電場力做功與電勢能1.1. 電場力做功的特點(1)(1) 在電場中移動電荷時,電場力做功與路徑無關(guān),只與初末位置有關(guān),可見電場力做功與重 力做功相似.(2)(2) 在勻強電場中,電場力做的功WEqd,其中d為沿電場線方向的位移.2.2. 電勢能(1)(1) 定義:電荷在電場中具有的勢能電荷在某點的電勢能,等于把它從該點移到零勢能位置 時電場力所做的功.(2)(2) 電場力做功與電勢能變化的關(guān)系電場力做的功

2、等于電勢能的減少量,即VAB=&AEPB.電勢能的相對性:電勢能是相對的,通常把電荷在離場源電荷無限遠處的電勢能規(guī)定為零, 或把電荷在大地表面上的電勢能規(guī)定為零.二、 電勢1.1.電勢(1)(1)定義:電荷在電場中某一點的電勢能與它的電荷量的比值.定義式:護二巳q(3)(3) 標(biāo)矢性:電勢是標(biāo)量,其大小有正負之分,其正( (負) )表示該點電勢比電勢零點高 ( (低) ).(4)(4) 相對性:電勢具有相對性,同一點的電勢因零電勢點的選取的不同而不同.(5)(5) 沿著電場線方向電勢逐漸降低.2 2等勢面(1)(1)定義:電場中電勢相等的各點構(gòu)成的面.特點1電場線跟等勢面垂直,即場強的

3、方向跟等勢面垂直.2在等勢面上移動電荷時電場力不做功.3電場線總是從電勢高的等勢面指向電勢低的等勢面.4等差等勢面越密的地方電場強度越大;反之越小.5任意兩等勢面不相交.-2 -深化拓展 (1)(1)電勢是描述電場本身的能的性質(zhì)的物理量,由電場本身決定,而電勢能反映電 荷在電場中某點所具有的電勢能,由電荷與電場共同決定.Ep或E=wq.q三、電勢差1.1.電勢差:電荷q在電場中A、B兩點間移動時,電場力所做的功跟它的電荷量q的比值, 叫做A B間的電勢差,也叫電壓.公式:UAB二也.單位:伏(V)(V).q2.2.電勢差與電勢的關(guān)系:UAB=$AB,電勢差是標(biāo)量,可以是正值,也可以是負值,而且

4、有UAB=一UBA.3.3. 電勢差UAB由電場中A、B兩點的位置決定,與移動的電荷q、電場力做的功WWB無關(guān),與零 電勢點的選取也無關(guān).4.4. 電勢差與電場強度的關(guān)系:勻強電場中兩點間的電勢差等于電場強度與這兩點沿電場線方向的距離的乘積.即U=Ed,也可以寫作E =Ud考點一電場中的功能關(guān)系、電勢高低及電勢能大小的判斷與比較1.1. 比較電勢高低的方法(1)(1)沿電場線方向,電勢越來越低. 判斷出UAB的正負,再由UAB=$A $B,比較$A、$B的大小,若UAB00,貝y$A $B,若UAB0,則 $A 的正值越大,電勢能越大;越大,電勢能越小重點歸納1 1、電場力做功與電場中的功能關(guān)

5、系 ( 1 1)求電場力做功的幾種方法1由公式WFlcoscosa計算,此公式只適用于勻強電場,可變形為WEqlcoscosa. .2由WAB=qUk計算,此公式適用于任何電場.3由電勢能的變化計算:WAB=母EPB.4由動能定理計算:Wfe場力+W/其他力= E.E.(2 2)電場中的功能關(guān)系1若只有電場力做功,電勢能與動能之和保持不變.2若只有電場力和重力做功,電勢能、重力勢能、動能之和保持不變.3除重力、彈簧彈力之外,其他各力對物體做的功等于物體機械能的變化.4所有外力對物體所做的功等于物體動能的變化(3 3)處理電場中能量問題的基本方法 在解決電場中的能量問題時常用到的基本規(guī)律有動能定

6、理、能量守恒定律,有時也會用到功 能關(guān)系1應(yīng)用動能定理解決問題需研究合外力的功(或總功 )2應(yīng)用能量守恒定律解決問題需注意電勢能和其他形式能之間的轉(zhuǎn)化3應(yīng)用功能關(guān)系解決該類問題需明確電場力做功與電勢能改變之間的對應(yīng)關(guān)系4有電場力做功的過程機械能不一定守恒,但機械能與電勢能的總和可以守恒.2 2、靜電場中涉及圖象問題的處理方法和技巧1.1.主要類型: (1 1)vt圖象;(2 2)0 x圖象;(3 3) E Et圖象.2 2.應(yīng)對策略:(1 1)v-1圖象:根據(jù)v-1圖象的速度變化、斜率變化 (即加速度大小的變化),確定電荷所受 電場力的方向與電場力的大小變化情況,進而確定電場的方向、電勢的高低

7、及電勢能的變化.(2 2)$ -x圖象:電場強度的大小等于$ -x圖線的斜率大小, 電EP的負值-4 -場強度為零處,0-x圖線存在極值,其切線的斜率為零.在$ -x圖象中可以直接判斷各點電勢的大小,并可根據(jù)電勢大小關(guān)系確定電場強度的方向在$ x圖象中分析電荷移動時電勢能的變化,可用WAB=qUh,進而分析WAB的正負,然后作出判斷.(3 3)E-1圖象:根據(jù)題中給出的E-1圖象,確定E的方向的正負,再在草紙上畫出對應(yīng)電場線的方向,根據(jù)E的大小變化,確定電場的強弱分布.典型案例 一帶正電粒子僅在電場力作用下從A點經(jīng)B C運動到D點,其vt圖象如圖所示,則下列說法中正確的是:()f VAC DO

8、tA. A處的電場強度一定小于B處的電場強度B. A處的電勢一定小于在B處的電勢C.C C間各點電場強度和電勢都為零D. AB兩點間的電勢差等于CB兩點間的電勢差【答案】D D【解析】由運動的速度“時間圖象可看出, 帶正電的粒子的加速度在川點時較犬, 由牛頓第二定律得知在4點的電場 力大,故丿點的電場強度一定大于遲點的電場強度,A錯誤;由A到E的過程中,速度先増大后減小,但 電勢能轉(zhuǎn)化為動能,由功能關(guān)系可知,此過程中電勢能滴少正電荷在A點是電勢能大于在B時 的電勢能,所法A點的電勢高于B點的電勢E錯誤;從C到D,粒子速度一直不變故電場力做功為 零,可知仞間各點.間電勢差為零,但電場強度和電勢都

9、不一定為霧C錯誤A.C兩點的速度相等故 粒子的動能相同,因此從A到B和從B到匕電場力做功的絕對值相同姑兩點間的電勢差等于兩點間的電勢差,D D 正確;故選 DbDb【名師點睛】帶電粒子僅在電場力作用下運動時只發(fā)生電勢能和動能之間的轉(zhuǎn)化,在v-t圖象中可知速度的大小關(guān)系,即可確定動能和電勢能大大小關(guān)系,帶電粒子帶正電,電勢能越大時所處位置電勢越高,動能越小。針對練習(xí)(多選)如圖所示,在真空中的A、B兩點分別放置等量異種點電荷,在A B兩點間取一正五角星形路徑abcdefghija,五角星的中心O與A、B的中點重合,其中af連線 與AB連線垂直?,F(xiàn)有一電子沿該路徑逆時針移動一周,下列正確的是:()

10、A.A.g點和e點的電場強度相同B.B.a點和f點的電勢相等C.C. 電子從e點移到f點的過程中,電場力做負功,電勢能增加D.D.若A B兩點處點電荷電荷量都變?yōu)樵瓉?2 2 倍,則A B連線中點0點場強變?yōu)樵瓉淼?2 2 倍【答案】BDBD【解析】根擄電場線的分布知,叭g兩點的場強大小相等,方向不同,A錯誤;等量異種電荷連線的垂直平分線是 一條等勢線+所以2點不叮點的電勢相等,B正確;電子從諒點到工點的過程中,電場力一直做正功電勢 能減小,C錯誤A:雯兩點處點電荷電荷量都孌為原來2倍時,0點場強日華十廠尹J竽,rrr而原來。點場強怦+鏢二繆,D正珮故選r r r【名師點睛】等量異種電荷形成的

11、電場的特點:(1 1)連線上的電場強度先減小后增大,方向從正電荷出發(fā)指向負電荷;連線的中垂線上從中點到無窮遠逐漸減小,方向與連線平行指向負電荷;(2 2)電勢沿著電場線方向逐漸降低;連線的中垂面上電勢為零。針對練習(xí) 2 2圖中虛線所示為靜電場中的等勢面1 1、2 2、3 3、4 4,相鄰的等勢面之間的電勢差相等,其中等勢面 3 3 的電勢為 0 0 帶正電的點電荷在靜電力的作用下運動,經(jīng)過a a、b b 點時的動能分別為 2626 eVeV 和 5 5 eV.eV.當(dāng)這一點電荷運動到某一位置,其電勢能變?yōu)橐? 8 eVeV,它的動能應(yīng)為:()審*再*$*F* * * #ii4 rif單車.扌屮

12、44pf I F I* vn4a-i中4-4 t -|*a h r rtA.A.N N 一定也帶正電則3處的電場強度等于bib的電場強度,迭項B錯誤!電場力對粒子N做正功,故帶電粒子N的 動能増大,電勢能減小選項C錯誤D正確;故選D針對練習(xí) 1 1如圖所示,實線是一簇由負點電荷產(chǎn)生的電場線。一帶正電的粒子僅在電場力作用下通過電場,圖中虛線為粒子的運動軌跡,a、b是軌跡上的兩點。下列判斷正確的是:( )hA. a點場強小于b點場強B. a點電勢大于b點電勢C.帶電粒子從a到b動能減小D D .帶電粒子從a到b電勢能減小【答案】C C【解析】【解析】電場線的瞌密表示場強的犬小,進點較密而b點較疏,

13、所以凸點場強犬于b點場強A錯誤夕沿電場線的方向電勢降低,B錯誤從受力情況可得帶電粒子從儀到A過程中電場力做負功,所以動能減小 電勢能増大C正確,D錯誤;故選 6【名師點睛】本題主要考查了靜電場的電場線,場強大小的判定,電勢高低的判定和電勢能、電場力的功及動能大小變化。針對練習(xí) 2 2 (多選)如圖右所示,虛線 a a、b b、c c 代表電場中三個等勢面,相鄰等勢面之間的電勢差相等,即 U Uab=Uc,實線為一帶正電的質(zhì)點僅在電場力作用下通過該區(qū)域時的運動軌跡,P P、Q Q 是這條軌跡上的兩點,據(jù)此可知:()A.A. 三個等勢面中,a a 的電勢最高B.B. 帶電質(zhì)點在 P P 點具有的電

14、勢能較在 Q Q 點具有的電勢能大C.C. 帶電質(zhì)點通過 P P 點時的動能較通過 Q Q 點時大D.D. 帶電質(zhì)點通過 P P 點時的加速度較通過 Q Q 點時大-10 -【答案】BDBD【解析】電荷所受電場力指向軌跡內(nèi)側(cè),由于電荷帶正電,因此電場線指向右下方,沿電場線電勢降低,故a等勢線的電勢最低, 故 A A 錯誤;根據(jù)質(zhì)點受力情況可知,從P到Q過程中電場力做正功,電勢能降低,動能增大,故B B 正確,C C 錯誤;等勢線密的地方電場線也密,電場強度大,所受電場力大,因此加速度也大,故D D 正確?!久麕燑c睛】解決這類帶電粒子在電場中運動的思路是:根據(jù)運動軌跡判斷出所受電場力方向,然后進

15、一步判斷電勢、電場、電勢能、動能等物理量的變化??键c三電勢差與電場強度的關(guān)系1 1.在勻強電場中U= Ed,即在沿電場線方向上,Uxd. .2 2在非勻強電場中UEd雖不能直接應(yīng)用,但可以做定性判斷.重點歸納1 1、電勢差與電場強度的關(guān)系規(guī)律總結(jié):(1) 在勻強電場中,電勢沿直線是均勻變化的,即直線上距離相等的線段兩端的電勢差值相等.若勻強電場中若兩線段AB/ CD且AB= CD貝UUB=UC(或$AB=$coD)(2) 等分線段找等勢點法:將電勢最高點和電勢最低點連接后根據(jù)需要平分成若干段,必能找到第三點電勢的等勢點,它們的連線即等勢面( (或等勢線) ),與其垂直的線即為電場線.典型案例如

16、圖所示,在平面直角坐標(biāo)系中,有方向平行于坐標(biāo)平面的勻強電場,其中坐 標(biāo)原點 O O 處的電勢為 0V0V,點 A A 處的電勢為 6V,6V,點 B B 處的電勢為 3V3V,則電場強度的大小為:( )v.cm【答案】A A【解析】OA的中點C的電勢為3V,將C點與B點連接,如虱 電場線與等勢線垂直,A.200V/mA.200V/mB.200B.2003V/mV/mC.100C.100 V/mV/mD.D. 1001003V/mV/m根據(jù)幾何關(guān)系得,22*5則OB沿電場線方向上的距高d=歷九砂=15加.所以電場強度U3E =故A正確BCD錯誤.故選航dL5xlO【名師點睛】解決本題的關(guān)鍵知道電

17、場線與等勢線垂直,掌握勻強電場的電場強度大小與電 勢差的關(guān)系,即E =U,注意 d d是沿電場線方向上的距離。d針對練習(xí) 1 1兩電荷量分別為q和q2的點電荷放在 x x 軸上的 O O M M 兩點,兩電荷連線上各點電勢隨 x x 變化如圖所示,其中 A A、N N 兩點的電勢均為零,NDND 段中的 C C 點電勢最高,則:A.A. A A 點的電場強度大小為零B.B. C C 點的電場強度大小為零C.C. NCNC 間場強方向指向 x x 軸正方向Dq q 為負電荷,q q2為正電荷【答案】B B【解析】【解析】由圖象可知,兩點的電勢一正一員,則喲和他帶異種電荷故D錯誤該團象的斜率等于場強E貝知,人點電場強度不対零C點電場強度為零,故A錯誤E正確;由圖可知:NY段中,電勢升高,所以場強 方向沿蠱軸員方向,故C錯誤;【名師點睛】電勢為零處,電場強度不一定為零.電荷在電場中與電勢的乘積為電勢能.電場力做功的正負決定電勢能的增加與否,注意圖象斜率表示電場強度是解題的突破口.針對練習(xí) 2 2 (多選)靜電場在 x x 軸上的場強E隨 x x 的變化關(guān)系如下圖示所示, x x 軸正向為場強正方向,帶正電的電荷沿 x x 軸運動,則點電荷:()-12 -B.B.由xi運動到X3的過程中電勢能增大C.C. 由x1運動到X4

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