新教材同步系列2024春高中物理第1章靜電場的描述素養(yǎng)提升課2電場能的性質(zhì)學(xué)生用書粵教版必修第三冊

素養(yǎng)提升課(二)電場能的性質(zhì)學(xué)習(xí)任務(wù)1．熟練掌握描述電場能性質(zhì)的物理量，靈活運(yùn)用電場中的功能關(guān)系。2．通過分析電勢、電勢能及電場力做功的綜合問題，提高邏輯思維和科學(xué)思維能力。3．會綜合應(yīng)用運(yùn)動和力、功和能的關(guān)系，分析帶電粒子在電場中的運(yùn)動問題，提升科學(xué)推理能力。電勢、電勢差、電勢能的比較物理量電勢電勢差UAB＝φA－φB電勢能區(qū)別定義式φ＝EUAB＝WEp＝qφ決定因素由電場本身決定，反映電場能的性質(zhì)由電場和電場中兩點(diǎn)間的位置決定由電勢和試探電荷共同決定相對性有，與零電勢位置的選取有關(guān)無，與零電勢位置的選取無關(guān)有，與零勢能面的選取有關(guān)聯(lián)系物理意義都是描述電場能的性質(zhì)的物理量單位伏特(V)焦耳(J)標(biāo)矢性都是標(biāo)量，都有正、負(fù)之分【典例1】(多選)一勻強(qiáng)電場的方向平行于xOy平面，平面內(nèi)a、b、c三點(diǎn)的位置如圖所示，三點(diǎn)的電勢分別為10V、17V、26V。下列說法正確的是()A．電場強(qiáng)度的大小為2.5V/cmB．坐標(biāo)原點(diǎn)處的電勢為1VC．電子在a點(diǎn)的電勢能比在b點(diǎn)的低7eVD．電子從b點(diǎn)運(yùn)動到c點(diǎn)，電場力做功為9eV[聽課記錄]__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________電勢能、電勢、電勢差、靜電力做功的關(guān)系[跟進(jìn)訓(xùn)練]1．(多選)如圖所示，實(shí)線為電場線，虛線為等勢線，且AB＝BC，電場中A、B、C三點(diǎn)的電場強(qiáng)度分別為EA、EB、EC，電勢分別為φA、φB、φC，AB、BC間的電勢差分別為UAB、UBC，則下列關(guān)系正確的有()A．φA＞φB＞φC B．EA＞EB＞ECC．UAB＜UBC D．UAB＝UBC電場線、等勢面和運(yùn)動軌跡的綜合問題在電場中，電場線和等勢面都是為了更好地描述電場而引入的，兩者之間既有聯(lián)系又有區(qū)別：(1)電場線始終與等勢面垂直。電荷沿著電場線移動，電場力一定做功；電荷沿著同一等勢面移動，電場力一定不做功。(2)在同一電場中，等差等勢面的疏密反映了電場的強(qiáng)弱，等差等勢面密集處，電場線也密集，電場強(qiáng)；反之，電場線稀疏，電場弱。(3)知道等勢面，可畫出電場線；知道電場線，也可畫出等勢面。【典例2】如圖所示，實(shí)線為方向未知的三條電場線，虛線分別為等勢線1、2、3，已知MN＝NQ，兩帶電粒子a、b從等勢線2上的O點(diǎn)以相同的初速度飛出。僅在電場力作用下，兩粒子的運(yùn)動軌跡如圖所示，則()A．a(chǎn)一定帶正電，b一定帶負(fù)電B．a(chǎn)加速度減小，b加速度增大C．M、N兩點(diǎn)間的電勢差|UMN|等于N、Q兩點(diǎn)間的電勢差|UNQ|D．a(chǎn)粒子到達(dá)等勢線3的動能變化量比b粒子到達(dá)等勢線1的動能變化量小思路點(diǎn)撥：(1)電場線密的地方，電場強(qiáng)度大，受力大，加速度大。(2)在非勻強(qiáng)電場中，可用U＝Ed定性判斷沿電場線方向相等距離的電勢差一般不相等。[聽課記錄]__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________電場線、等勢面、運(yùn)動軌跡組合問題的兩點(diǎn)技巧(1)利用電場線與等勢面垂直的特點(diǎn)，可以根據(jù)等勢面的形狀畫出電場線，如果已知等勢面電勢的高低關(guān)系，則可以確定電場線的方向。(2)帶電粒子做曲線運(yùn)動時，運(yùn)動軌跡總是彎向粒子受力的方向，可以根據(jù)運(yùn)動軌跡的形狀判斷粒子受到的電場力的方向，也可以得出電場力做功的情況及粒子的速度、動能和電勢能的變化情況。[跟進(jìn)訓(xùn)練]2．(多選)如圖所示，真空中M、N處分別放置兩等量異種電荷，a、b、c表示電場中的3條等勢線，d點(diǎn)和e點(diǎn)位于a等勢線上，f點(diǎn)位于c等勢線上，df平行于MN。下列說法正確的是()A．d點(diǎn)的電勢高于f點(diǎn)的電勢B．d點(diǎn)的電勢與e點(diǎn)的電勢相等C．若將一負(fù)試探電荷沿直線由d點(diǎn)移動到f點(diǎn)，則靜電力先做正功、后做負(fù)功D．若將一正試探電荷沿直線由d點(diǎn)移動到e點(diǎn)，試探電荷的電勢能增加電場中的能量問題靜電力做功的四種求法四種求法表達(dá)式注意問題功的定義W＝Fd＝qEd(1)適用于勻強(qiáng)電場(2)d表示兩點(diǎn)間沿電場線方向的距離功能關(guān)系WAB＝EpA－EpBWAB＝－ΔEp(1)既適用于勻強(qiáng)電場，也適用于非勻強(qiáng)電場(2)既適用于只受靜電力的情況，也適用于受多種力的情況電勢差法WAB＝qUAB動能定理W靜電力＋W其他力＝ΔEk【典例3】(多選)如圖所示，在水平向右的勻強(qiáng)電場中有一絕緣斜面，斜面上有一帶電金屬塊沿斜面下滑，已知在金屬塊下滑的過程中動能增加了10J，金屬塊克服摩擦力做功6J，重力做功18J，則以下判斷正確的是()A．金屬塊帶負(fù)電B．電場力做功－2JC．金屬塊的電勢能與動能之和增加了12JD．金屬塊的機(jī)械能減少了10J思路點(diǎn)撥：分析金屬塊的受力應(yīng)用動能定理或功能關(guān)系建立定量關(guān)系[聽課記錄]__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________在解決電場中的能量問題時常用到的基本規(guī)律有：動能定理、能量守恒定律、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(jī)械能不守恒，但機(jī)械能與電勢能的總和保持不變。[跟進(jìn)訓(xùn)練]3．如圖所示，光滑絕緣半圓環(huán)軌道放在豎直向下的勻強(qiáng)電場中，場強(qiáng)大小為E。圓環(huán)半徑為R，在與環(huán)心等高處放有一質(zhì)量為m、帶電荷量＋q的小球，由靜止開始沿軌道運(yùn)動，重力加速度為g，下列說法正確的是()A．小球在運(yùn)動過程中機(jī)械能守恒B．小球經(jīng)過環(huán)的最低點(diǎn)時速度最大C．小球電勢能增加qERD．小球由靜止釋放到達(dá)最低點(diǎn)，動能的增量等于mgR素養(yǎng)提升課(二)電場能的性質(zhì)[關(guān)鍵能力·情境探究達(dá)成]典例1ABD[ac垂直于bc，沿ca和cb兩方向的場強(qiáng)分量大小分別為E1＝Ucaac＝2V/cm、E2＝Ucbbc＝1.5V/cm，根據(jù)矢量合成可知E＝2.5V/cm，A正確；根據(jù)在勻強(qiáng)電場中平行線上等距同向的兩點(diǎn)間的電勢差相等，有φO－φa＝φb－φc，得φO＝1V，B正確；電子在a、b、c三點(diǎn)的電勢能分別為－10eV、－17eV和－26eV，故電子在a點(diǎn)的電勢能比在b點(diǎn)的高7eV，C錯誤；電子從b點(diǎn)運(yùn)動到c點(diǎn)，電場力做功W＝(－17eV)－(－26eV)＝9eV跟進(jìn)訓(xùn)練1．AC[沿電場線方向，電勢越來越低，所以A點(diǎn)電勢最高，C點(diǎn)電勢最低，A正確；電場線越密集的地方電場強(qiáng)度越強(qiáng)，由題圖可知，C點(diǎn)電場強(qiáng)度最強(qiáng)，A點(diǎn)電場強(qiáng)度最弱，B錯誤；由于BC間的電場強(qiáng)度大于AB間的電場強(qiáng)度，由U＝Ed可知，UAB＜UBC，C正確，D錯誤。]典例2B[由題圖所示帶電粒子的運(yùn)動軌跡，結(jié)合曲線運(yùn)動的特點(diǎn)可知，帶電粒子所受的電場力方向相反，即兩粒子所帶電荷性質(zhì)相反，但因?yàn)殡妶鼍€的方向不確定，故不能判斷帶電粒子所帶電荷的性質(zhì)，A錯誤；由電場線的疏密可知，a加速度減小，b加速度增大，B正確；因?yàn)槭欠莿驈?qiáng)電場，故MN兩點(diǎn)間的電勢差并不等于NQ兩點(diǎn)間的電勢差，C錯誤；因?yàn)榈葎菥€1與2之間的電場強(qiáng)度比2與3之間的電場強(qiáng)度要大，故1、2之間的電勢差大小要大于2、3之間的電勢差大小，但兩粒子所帶的電荷量大小不確定，故無法比較動能變化量的大小，D錯誤。]跟進(jìn)訓(xùn)練2．AB[電場線從M指向N，而沿電場方向電勢降低，所以d點(diǎn)的電勢高于f點(diǎn)的電勢，故A正確；d點(diǎn)和e點(diǎn)在同一條等勢線上，所以兩點(diǎn)電勢相等，故B正確；若將一負(fù)試探電荷沿直線由d點(diǎn)移動到f點(diǎn)，靜電力方向與運(yùn)動方向夾角為鈍角，所以靜電力一直做負(fù)功，故C錯誤；若將一正試探電荷沿直線由d點(diǎn)移動到e點(diǎn)，由于d、e兩點(diǎn)的電勢相等，所以靜電力做功為零，電勢能不變，故D錯誤。]典例3BC[在金屬塊下滑的過程中動能增加了10J，金屬塊克服摩擦力做功6J，即摩擦力做功為－6J，重力做功18J，根據(jù)動能定理得W總＝WG＋W電＋Wf＝ΔEk，解得電場力做功為W電＝－2J，所以金屬塊克服電場力做功2J，金屬塊的電勢能增加2J；由于金屬塊下滑過程中電場力做負(fù)功，場強(qiáng)方向水平向右，所以金屬塊帶正電，故A錯誤，B正確；動能增加了10J，電勢能增加了2J，故金屬塊的電勢能與動能之和增加了12J