2018版高中物理第2章電場(chǎng)與示波器2.3習(xí)題課：電場(chǎng)能的性質(zhì)的應(yīng)用學(xué)案滬科版選修3-1

1、習(xí)題課：電場(chǎng)能的性質(zhì)的應(yīng)用目標(biāo)定位1.進(jìn)一步掌握電勢(shì)、電勢(shì)差、電勢(shì)能的概念 2 進(jìn)一步掌握電場(chǎng)力做功與電勢(shì)能、 電勢(shì)差的關(guān)系，并會(huì)進(jìn)行有關(guān)計(jì)算3 進(jìn)一步增強(qiáng)運(yùn)用力學(xué)規(guī)律處理電場(chǎng)問(wèn)題的能力.知識(shí)探究新知採(cǎi)究點(diǎn)點(diǎn)落實(shí)一、電勢(shì)、電勢(shì)能、電場(chǎng)力做功的綜合分析 計(jì)算電場(chǎng)力做功的方法，常見(jiàn)的有以下幾種： 利用電場(chǎng)力做功與電勢(shì)能的關(guān)系求解：WAB=母一氐.(2)利用W Fd求解，此公式只適用于勻強(qiáng)電場(chǎng).利用公式WAB=qUB求解.(4)利用動(dòng)能定理求解.例 1 如圖 1 所示，光滑絕緣細(xì)桿豎直放置，它與以正電荷Q為圓心的某圓交于B、C兩點(diǎn), 質(zhì)量為m帶電荷量一q的有孔小球從桿上A點(diǎn)無(wú)初速度下滑，已知q?Q

2、AB= h,小球滑 到B點(diǎn)時(shí)的速度大小為，3gh.求小球由A到B的過(guò)程中靜電力做的功及A B兩點(diǎn)間的電勢(shì) 差.圖 1二、電場(chǎng)線(xiàn)、等勢(shì)面和運(yùn)動(dòng)軌跡等方面的綜合1.已知等勢(shì)面的形狀分布，根據(jù)電場(chǎng)線(xiàn)與等勢(shì)面相互垂直可以繪制電場(chǎng)線(xiàn).2.由電場(chǎng)線(xiàn)和等差等勢(shì)面的疏密可以比較電場(chǎng)強(qiáng)度的大小，從而確定電場(chǎng)力或者加速度的 大小.3.由電荷的運(yùn)動(dòng)軌跡可以判斷電荷受力方向；由力和速度方向的關(guān)系確定電場(chǎng)力做功的正 負(fù)，從而判斷電勢(shì)能和動(dòng)能的變化情況.例 2(多選)如圖 2 所示，O是一固定的點(diǎn)電荷，虛線(xiàn)是該點(diǎn)電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)中的三條等勢(shì)線(xiàn)，正點(diǎn)電荷q僅受電場(chǎng)力的作用下沿實(shí)線(xiàn)所示的軌跡從a處運(yùn)動(dòng)到b處，然后又運(yùn)動(dòng)到c處.

3、由此可知()2圖 2A.O為負(fù)電荷B. 在整個(gè)過(guò)程中 q 的電勢(shì)能先變小后變大C. 在整個(gè)過(guò)程中 q 的加速度先變大后變小D. 在整個(gè)過(guò)程中，電場(chǎng)力做功為零針對(duì)訓(xùn)練（多選）某靜電場(chǎng)中的電場(chǎng)線(xiàn)如圖 3 所示，帶電粒子在電場(chǎng)中僅受電場(chǎng)力作用，由M運(yùn)動(dòng)到N,其運(yùn)動(dòng)軌跡如圖中虛線(xiàn)所示，以下說(shuō)法正確的是（）A.粒子必定帶正電荷B.粒子在M點(diǎn)的加速度小于它在N點(diǎn)的加速度C.粒子在M點(diǎn)的電勢(shì)能小于它在N點(diǎn)的電勢(shì)能D.粒子在M點(diǎn)的動(dòng)能小于它在N點(diǎn)的動(dòng)能三、等分法確定等勢(shì)點(diǎn)（等勢(shì)線(xiàn)）根據(jù)“勻強(qiáng)電場(chǎng)中， 任意方向上，平行且相等的兩個(gè)線(xiàn)段之間的電勢(shì)差相等”，先確定電勢(shì)相等的點(diǎn)，畫(huà)出等勢(shì)面；根據(jù)電場(chǎng)線(xiàn)和等勢(shì)面的關(guān)系，

4、畫(huà)出電場(chǎng)線(xiàn).例 3 如圖 4 所示，A B C是勻強(qiáng)電場(chǎng)中等腰直角三角形的三個(gè)頂點(diǎn)，已知A B C三點(diǎn)的電勢(shì)分別為0A=15 V, $B=3 V , $C=-3 V，試確定場(chǎng)強(qiáng)的方向，并畫(huà)出電場(chǎng)線(xiàn).3四、電場(chǎng)與力學(xué)的綜合帶電體在電場(chǎng)中的平衡問(wèn)題和一般的平衡問(wèn)題相同，在原有受力分析的基礎(chǔ)上增加了電場(chǎng)力，根據(jù)帶電體在電場(chǎng)中的平衡情況列出平衡方程.當(dāng)帶電體在電場(chǎng)中做加速運(yùn)動(dòng)時(shí)，可用牛頓運(yùn)動(dòng)定律和動(dòng)能定理求解.例 4 如圖 5 所示的電場(chǎng)，等勢(shì)面是一簇互相平行的豎直平面，間隔均為d,各平面電勢(shì)已在圖中標(biāo)出，現(xiàn)有一質(zhì)量為m的帶電小球以速度V。、方向與水平方向成 45角斜向上射入電場(chǎng)，要使小球做直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，

5、求:（多選）如圖 6 所示，虛線(xiàn)a、b、c代表電場(chǎng)中三個(gè)等勢(shì)面，相鄰等勢(shì)面間的電勢(shì)差相等，實(shí) 線(xiàn)為一帶正電的質(zhì)點(diǎn)僅在電場(chǎng)力作用下通過(guò)該區(qū)域時(shí)的運(yùn)動(dòng)軌跡，P、Q是這條軌跡上的兩點(diǎn)，據(jù)此可知（）（1） 小球應(yīng)帶何種電荷及其帶電荷量；小球受到的合外力；（3）在入射方向上小球運(yùn)動(dòng)的最大位Sm.（電場(chǎng)足夠大）達(dá)標(biāo)檢測(cè)當(dāng)堂檢測(cè)鞏固反堆1 .（等勢(shì)面、電場(chǎng)線(xiàn)和運(yùn)動(dòng)軌跡的綜合）-2U -U 0 U 2U圖 5圖 642.（電勢(shì)差、電場(chǎng)強(qiáng)度的計(jì)算）如圖 7 所示，A B、C三點(diǎn)都在勻強(qiáng)電場(chǎng)中，已知AC1BCA. 三個(gè)等勢(shì)面中,B. 帶電質(zhì)點(diǎn)通過(guò)C. 帶電質(zhì)點(diǎn)通過(guò)D. 帶電質(zhì)點(diǎn)通過(guò)a的電勢(shì)最高5BG= 20 cm

6、，把一個(gè)電荷量q= 105G 的正電荷從A移到B,電場(chǎng)力做功為零；從B移到C,電場(chǎng)力做功為一 1.73X103J，則該勻強(qiáng)電場(chǎng)的電場(chǎng)強(qiáng)度的大小和方向?yàn)?( )xIf*,i*/faf:/4 /I dI JFA圖 7A.865 V/m，垂直AC向左B.865 V/m，垂直AC向右G. 1 000 V/m，垂直AB斜向上D. 1 000 V/m，垂直AB斜向下3.(電勢(shì)、電勢(shì)差、電場(chǎng)力做功的計(jì)算)如圖 8 所示，a、b、c、d為勻強(qiáng)電場(chǎng)中四個(gè)等勢(shì)面,相鄰等勢(shì)面間距離均為 2 cm，已知UA=60 V，求：(1)設(shè)B點(diǎn)電勢(shì)為零，求A G D P點(diǎn)的電勢(shì)； ri忙IIIIJIiIIiiIilI1144:

7、P II11IIlli14abed圖 8將q= 1.0X10TC 的點(diǎn)電荷由A移到D,電場(chǎng)力所做的功WAD;將q= 1.0X1010C 的點(diǎn)電荷由B移到C,再經(jīng)過(guò)D最后回到P,電場(chǎng)力所做的功4.(電場(chǎng)與力學(xué)的綜合)如圖 9 所示，Q為固定的正點(diǎn)電荷，A B兩點(diǎn)在Q的正上方和Q相距分別為h和 0.25h,將另一點(diǎn)電荷從A點(diǎn)由靜止釋放，運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)時(shí)速度正好變?yōu)榱?，?此電荷在A點(diǎn)處的加速度大小為 4g，求：/ABG=60VBGDP6hI! ().25*圖 9(1)此電荷在B點(diǎn)處的加速度；A、B兩點(diǎn)間的電勢(shì)差(用Q和h表示).7知識(shí)探究解析 因?yàn)镼是正點(diǎn)電荷，所以以Q為圓心的圓面是一個(gè)等勢(shì)面， 這是

8、一個(gè)重要的隱含條件,由A到B過(guò)程中靜電力是變力，所以不能直接用W Fx來(lái)解，只能考慮應(yīng)用功能關(guān)系求解.由動(dòng)能定理得:1W/F mgh=qmvs代入已知條件VB=3gh得1 1靜電力做功W= qmTghmgh=qmgh由于 $AV$B,所以LAB=2q.例 2 CD 由運(yùn)動(dòng)軌跡分析可知q受到庫(kù)侖斥力的作用，0點(diǎn)的電荷應(yīng)為正電荷， A 錯(cuò)；從a到b的過(guò)程q受到逐漸變大的庫(kù)侖斥力，速度逐漸減小，加速度增大，電勢(shì)能逐漸增大；而從b到c的過(guò)程q受到逐漸變小的庫(kù)侖斥力，速度逐漸增大，加速度減小，電勢(shì)能逐漸減小，B 錯(cuò)，C 對(duì)；由于a、c兩點(diǎn)在同一等勢(shì)面上，整個(gè)過(guò)程中，電場(chǎng)力不做功，D 對(duì).針對(duì)訓(xùn)練 ABD

9、 根據(jù)帶電粒子運(yùn)動(dòng)軌跡彎曲的情況，可知此粒子帶正電，A 選項(xiàng)正確由于電場(chǎng)線(xiàn)越密，電場(chǎng)強(qiáng)度越大，粒子受到的電場(chǎng)力就越大， 根據(jù)牛頓第二定律可知其加速度 也越大，故此粒子在N點(diǎn)的加速度大，B 選項(xiàng)正確.粒子從M點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到N點(diǎn)，電場(chǎng)力做正功， 電勢(shì)能減小，動(dòng)能增加，故 C 選項(xiàng)錯(cuò)誤，D 選項(xiàng)正確.例 3 見(jiàn)解析UAc解析 因?yàn)長(zhǎng)AC=18 V,UBc= 6 V , = 3,將AC線(xiàn)段三等分，使AM= MN= NC貝卩UA=LM=UNc= 6 V，由此可知，$N=3 V , $M=9 V ,B、N兩點(diǎn)等電勢(shì)，BN的連線(xiàn)即為等勢(shì)線(xiàn)，那么 電場(chǎng)線(xiàn)與BN垂直.電場(chǎng)強(qiáng)度的方向?yàn)殡妱?shì)降低的方向：斜向下.合案精析1

10、例 1 gmghmgh2q因?yàn)闂U是光滑的,所以小球從A靜電力做功W和重力做功mghU=Wmghq2q8mgd廠J2v02例 4正電荷U(2)2mg方向與v反向(3)解析(1)作電場(chǎng)線(xiàn)如圖(a)所示.由題意知，只有小球受到向左的電場(chǎng)力，電場(chǎng)力和重力的(2)由圖(b)知,F合=qE2+mg由動(dòng)能定理得一F合2=Q2mg方向與V0反向sm= 0 mv2mv2/2v0所以Sm=一=-2匹mg4g達(dá)標(biāo)檢測(cè)2-，方向與V0相同.1. BD 2.D3. (1)30 V 30 V 60 V 09(2)9.0X10 J (3)0解析 (1)由題意可知P= B= 0UAC=60 V,UA=UBc,所以UA= A0= 30 V則 A=30 V，同理 C= 30 V , D=60 V9(2)WAD=qUD=q(A D)= 9.0X10 J(3)由于電場(chǎng)力做功與路徑無(wú)關(guān)，只與初、末位置有關(guān)，所以WCDP=qUBp= 0.3kQ4.(1)3g,方向豎直向上解析(1)由題意可知，這一電荷必為正電荷，設(shè)其電荷量為q,由牛頓第二定律得，在點(diǎn)時(shí)：mg- kQq=m- ig.在B點(diǎn)時(shí):Qqkmg= m- aB，解得aB= 3g,