復(fù)習(xí)方案202X屆高考物理一輪復(fù)習(xí)第7單元靜電場第20講電場的能的性質(zhì)課件

1、第20講PART 20電場的能的性質(zhì)教材知識梳理考點(diǎn)互動(dòng)探究教師備用習(xí)題一、電勢能和電勢、等勢面1.電勢能:電荷在電場中某點(diǎn)具有的勢能,等于將電荷從該點(diǎn)移到位置時(shí)電場力所做的功.2.電場力做功與電勢能變化的關(guān)系:電場力做的功等于,即WAB=EpA-EpB=-Ep.3.電勢:電荷在電場中某點(diǎn)具有的與它的的比值,即=.教材知識梳理零電勢電勢能的減少量電勢能電荷量教材知識梳理4.等勢面(1)定義:電場中相同的各點(diǎn)構(gòu)成的面.(2)特點(diǎn):等勢面一定與垂直,即跟場強(qiáng)的方向垂直.在同一等勢面上移動(dòng)電荷時(shí)電場力做功.電場線總是從電勢高的等勢面指向的等勢面.在空間中兩等勢面相交.等差等勢面越密的地方電場強(qiáng)度,越

2、疏的地方電場強(qiáng)度.電勢電場線不電勢低不越大越小二、電勢差勻強(qiáng)電場中電勢差與場強(qiáng)的關(guān)系1.電勢差(1)定義:電荷在電場中由一點(diǎn)A移到另一點(diǎn)B時(shí),與移動(dòng)的電荷的比值.(2)定義式:UAB=;電勢差與電勢的關(guān)系:UAB=,UAB=-UBA.2.勻強(qiáng)電場中電勢差與電場強(qiáng)度的關(guān)系(1)電勢差與場強(qiáng)的關(guān)系式:UAB=,其中d為電場中兩點(diǎn)間沿的距離.(2)在勻強(qiáng)電場中,場強(qiáng)在數(shù)值上等于沿方向每單位距離上降低的電勢.教材知識梳理電場力做的功電荷量A-BEd場強(qiáng)方向場強(qiáng)三、靜電平衡導(dǎo)體處于靜電平衡狀態(tài)的兩大特點(diǎn):(1)導(dǎo)體內(nèi)部的場強(qiáng);(2)導(dǎo)體是一個(gè)等勢體,導(dǎo)體表面電勢.教材知識梳理處處為零處處相等教材知識梳理

3、【辨別明理】(1)電場力做功與重力做功相似,均與路徑無關(guān).()(2)電場中電場強(qiáng)度為零的地方電勢一定為零.()(3)電場強(qiáng)度處處相同的區(qū)域內(nèi),電勢一定也處處相同.()(4)沿電場線方向電場強(qiáng)度越來越小,電勢逐漸降低.()(5)A、B兩點(diǎn)間的電勢差等于將正電荷從A移到B點(diǎn)時(shí)靜電力所做的功. ()(6)電場中,場強(qiáng)方向是指電勢降落的方向.()(7)電勢有正負(fù)之分,因此電勢是矢量.()(8)電勢的大小由電場的性質(zhì)決定,與零電勢點(diǎn)的選取無關(guān).()(9)電勢差UAB由電場本身的性質(zhì)決定,與零電勢點(diǎn)的選取無關(guān). ()(10)處于靜電平衡的導(dǎo)體是等勢體,導(dǎo)體表面是等勢面,但導(dǎo)體表面的場強(qiáng)可能不同. ()教材

4、知識梳理教材知識梳理答案 (1)()(2)()(3)()(4)()(5)()(6)()(7)()(8)()(9)()(10)()考點(diǎn)一描述電場的能的性質(zhì)的物理量考點(diǎn)互動(dòng)探究考點(diǎn)互動(dòng)探究(2)公式法:Ep=q,將q、的大小、正負(fù)號一起代入公式,Ep越大,電勢能越大.(3)能量守恒法:在電場中,當(dāng)只有電場力做功時(shí),電荷的動(dòng)能和電勢能相互轉(zhuǎn)化,動(dòng)能增大,則電勢能減小,反之,動(dòng)能減小,則電勢能增大.(4)電荷電勢法:正電荷在電勢高的地方電勢能大,負(fù)電荷在電勢低的地方電勢能大.考點(diǎn)互動(dòng)探究例1 2016全國卷 關(guān)于靜電場的等勢面,下列說法正確的是()A.兩個(gè)電勢不同的等勢面可能相交B.電場線與等勢面處處

5、相互垂直C.同一等勢面上各點(diǎn)電場強(qiáng)度一定相等D.將一負(fù)的試探電荷從電勢較高的等勢面移至電勢較低的等勢面,電場力做正功考點(diǎn)互動(dòng)探究答案 B解析 靜電場中的電場線不可能相交,等勢面也不可能相交,否則的話會出現(xiàn)一個(gè)點(diǎn)有兩個(gè)電場強(qiáng)度和兩個(gè)電勢值的矛盾,A錯(cuò)誤;由WAB=qUAB可知,當(dāng)電荷在等勢面上移動(dòng)時(shí),電荷的電勢能不變,如果電場線不與等勢面垂直,那么電荷將受到電場力,在電荷運(yùn)動(dòng)時(shí)必然會做功并引起電勢能變化,這就矛盾了,B正確;同一等勢面上各點(diǎn)電勢相等,但電場強(qiáng)度不一定相等,C錯(cuò)誤;對于負(fù)電荷,q0,由電場力做功的公式WAB=qUAB可知WABQB.直線c位于某一等勢面內(nèi),MNC.若電子由M點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到

6、Q點(diǎn),電場力做正功D.若電子由P點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到Q點(diǎn),電場力做負(fù)功圖20-2考點(diǎn)互動(dòng)探究答案 B考點(diǎn)互動(dòng)探究 要點(diǎn)總結(jié)考點(diǎn)二電勢差與電場強(qiáng)度的關(guān)系考點(diǎn)互動(dòng)探究圖20-3考點(diǎn)互動(dòng)探究適用條件 一切電場真空點(diǎn)電荷勻強(qiáng)電場決定因素由電場本身決定,與檢驗(yàn)電荷q無關(guān)由場源電荷Q和場源電荷到該點(diǎn)的距離r共同決定由電場本身決定,d為兩點(diǎn)沿電場方向的距離考點(diǎn)互動(dòng)探究圖20-4考點(diǎn)互動(dòng)探究圖20-5考點(diǎn)互動(dòng)探究考點(diǎn)互動(dòng)探究答案 BD考點(diǎn)互動(dòng)探究圖20-6考點(diǎn)互動(dòng)探究答案 A考點(diǎn)互動(dòng)探究 要點(diǎn)總結(jié)知道由幾個(gè)點(diǎn)的電勢確定電場線的方法:將電勢最高的點(diǎn)和電勢最低的點(diǎn)相連,根據(jù)在勻強(qiáng)電場中經(jīng)過相等的距離電勢差相等,確定連線上與第

7、三個(gè)點(diǎn)的電勢相等的點(diǎn),電勢相等的兩點(diǎn)連線為等勢線,根據(jù)電場線與等勢線垂直即可畫出電場線.考點(diǎn)三電場線、等勢面和帶電粒子軌跡問題考點(diǎn)互動(dòng)探究1.帶電粒子在電場中運(yùn)動(dòng)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(fù).(2)結(jié)合軌跡、速度方向與靜電力的方向,確定靜電力做功的正負(fù),從而確定電勢能、電勢和電勢差的變化等.(3)根據(jù)動(dòng)能定理或能量守恒定律判斷動(dòng)能的變化情況.考點(diǎn)互動(dòng)探究2.求電場力做功的四種方法(1)定義式:WAB=Flcos =qElcos (適用于勻強(qiáng)電場).(2)電勢的變化:WAB=qUAB=q(A-B).(3)動(dòng)能定理:W電

8、+W其他=ek.(4)電勢能的變化:WAB=-Ep=EpA-EpB.3.電場中的功能關(guān)系(1)若只有電場力做功,則電勢能與動(dòng)能之和保持不變.(2)若只有電場力和重力做功,則電勢能、重力勢能、動(dòng)能之和保持不變.(3)除重力、彈力外,其他各力對物體做的功等于物體機(jī)械能的增量.(4)所有外力對物體所做的總功等于物體動(dòng)能的變化.考點(diǎn)互動(dòng)探究例3 2018天津卷 如圖20-7所示,實(shí)線表示某電場的電場線(方向未標(biāo)出),虛線是一帶負(fù)電的粒子只在電場力作用下的運(yùn)動(dòng)軌跡,設(shè)M點(diǎn)和N點(diǎn)的電勢分別為M、N,粒子在M和N時(shí)加速度大小分別為aM、aN,速度大小分別為vM、vN,電勢能分別為EpM、EpN.下列判斷正確

9、的是()A.vMvN,aMaNB.vMvN,MNC.MN,EpMEpND.aMaN,EpM0,所以從a點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到b點(diǎn),M所受的電場力做負(fù)功,動(dòng)能減小,故B正確.d、e兩點(diǎn)電勢相等,N在d、e兩點(diǎn)的電勢能相等,故C正確.Ucd0,N從c點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到d點(diǎn),電場力做正功,故D錯(cuò)誤.考點(diǎn)互動(dòng)探究變式題2 (多選)2018全國卷 圖20-9中虛線a、b、c、d、f代表勻強(qiáng)電場內(nèi)間距相等的一組等勢面,已知平面b上的電勢為2 V.一電子經(jīng)過a時(shí)的動(dòng)能為10 eV,從a到d的過程中克服電場力所做的功為6 eV.下列說法正確的是()A.平面c上的電勢為零B.該電子可能到達(dá)不了平面fC.該電子經(jīng)過平面d時(shí),其電勢能為4

10、 eVD.該電子經(jīng)過平面b時(shí)的速率是經(jīng)過d時(shí)的2倍圖20-9考點(diǎn)互動(dòng)探究答案 AB考點(diǎn)互動(dòng)探究 要點(diǎn)總結(jié)在解決電場中的能量問題時(shí)常用到的基本規(guī)律有動(dòng)能定理、能量守恒定律,有時(shí)也會用到功能關(guān)系.(1)應(yīng)用動(dòng)能定理解決問題需研究合外力做的功(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變化之間的對應(yīng)關(guān)系.考點(diǎn)四電場中的圖像問題考點(diǎn)互動(dòng)探究(1)E-x圖像反映了電場強(qiáng)度隨位移變化的規(guī)律.(2)E-x圖線與x軸圍成的“面積”表示電勢差,“面積”大小表示電勢差大小,兩點(diǎn)的電勢高低根據(jù)電場方向判定.考向一E-x圖像考點(diǎn)互

11、動(dòng)探究例4 (多選)一個(gè)電荷量為+q的粒子只在電場力作用下沿x軸做直線運(yùn)動(dòng),規(guī)定x軸正方向?yàn)殡妶鰪?qiáng)度正方向,x軸上各點(diǎn)的電場強(qiáng)度E隨x坐標(biāo)的變化圖線如圖20-10所示(已知圖線關(guān)于O點(diǎn)對稱).A(0,x1)、B(0,-x1)為粒子運(yùn)動(dòng)軌跡上的兩點(diǎn).下列說法中正確的是() A.A、B兩點(diǎn)的電場強(qiáng)度和電勢均相同B.粒子經(jīng)過A、B兩點(diǎn)時(shí)的速度大小相同C.粒子經(jīng)過A、B兩點(diǎn)時(shí)的加速度相同D.粒子經(jīng)過A、B兩點(diǎn)時(shí)的電勢能相同圖20-10考點(diǎn)互動(dòng)探究答案 BD解析 由圖知A、B兩點(diǎn)的電場強(qiáng)度方向相反,電勢相等,故A錯(cuò)誤;粒子從B運(yùn)動(dòng)到A,電場力做功W=qU=0,根據(jù)動(dòng)能定理知,粒子經(jīng)過A、B兩點(diǎn)時(shí)的動(dòng)能相

12、等,電勢能相等,速度大小相同,故B、D正確;A、B兩點(diǎn)的電場強(qiáng)度方向相反,粒子所受合外力方向相反,所以加速度方向相反,故C錯(cuò)誤.考點(diǎn)互動(dòng)探究(1)-x圖線的斜率大小等于電場強(qiáng)度的大小,在-x圖線切線的斜率為零處,電場強(qiáng)度為零.(2)由-x圖像可以直接判斷各點(diǎn)電勢的大小,并可根據(jù)電勢大小關(guān)系確定電場強(qiáng)度的方向.(3)在-x圖像中分析電荷移動(dòng)時(shí)電勢能的變化,可用WAB=qUAB,進(jìn)而分析WAB的正負(fù),然后做出判斷.考向二-x圖像考點(diǎn)互動(dòng)探究例5 (多選)2017全國卷 在一靜止點(diǎn)電荷的電場中,任一點(diǎn)的電勢與該點(diǎn)到點(diǎn)電荷的距離r的關(guān)系如圖20-11所示.電場中四個(gè)點(diǎn)a、b、c和d的電場強(qiáng)度大小分別為

13、Ea、Eb、Ec和Ed.點(diǎn)a到點(diǎn)電荷的距離ra與點(diǎn)a的電勢a已在圖中用坐標(biāo)(ra,a)標(biāo)出,其余類推.現(xiàn)將一帶正電的試探電荷由a點(diǎn)依次經(jīng)b、c點(diǎn)移動(dòng)到d點(diǎn),在相鄰兩點(diǎn)間移動(dòng)的過程中,電場力所做的功分別為Wab、Wbc和Wcd.下列選項(xiàng)正確的是 () A.EaEb=41B.EcEd=21C.WabWbc=31D.WbcWcd=13圖20-11考點(diǎn)互動(dòng)探究答案 AC解析 由點(diǎn)電荷的場強(qiáng)公式E=,可得EaEb=41,EcEd=41,選項(xiàng)A正確,選項(xiàng)B錯(cuò)誤;電場力做功W=qU,UabUbc=31,則WabWbc=31,又有UbcUcd=11,則WbcWcd=11,選項(xiàng)C正確,選項(xiàng)D錯(cuò)誤.考點(diǎn)互動(dòng)探究電

14、場力做功量度電勢能的變化,而電場力做功就是力對位移的積累,由Ep-Ep0=Fx,得Ep=Ep0+Fx,故Ep-x圖像的斜率表示電場力,縱截距表示初電勢能;合力做功量度了動(dòng)能的變化,如果帶電粒子只受電場力的作用,則合力做的功就是電場力做的功,由Ek-Ek0=Fx,得Ek=Ek0+Fx,故Ek-x圖像的斜率表示電場力,縱截距表示初動(dòng)能.然后根據(jù)兩圖像斜率的變化可判斷出電場力的變化,進(jìn)而判斷出電場強(qiáng)度大小的變化.考向三Ep-x圖像、Ek-x圖像考點(diǎn)互動(dòng)探究例6 2018黃岡中學(xué)二模 兩電荷量分別為q1和q2的點(diǎn)電荷固定在x軸上的O、M兩點(diǎn),規(guī)定無窮遠(yuǎn)處為電勢能零點(diǎn),一帶負(fù)電的試探電荷在x軸上各點(diǎn)具有

15、的電勢能隨x變化關(guān)系如圖20-12所示,其中試探電荷在A、N兩點(diǎn)的電勢能為零,在ND段中C點(diǎn)電勢能最大.下列說法正確的是()A.q1為正電荷,q2為負(fù)電荷B.q1的電荷量小于q2的電荷量C.將一正點(diǎn)電荷從N點(diǎn)移到D點(diǎn),電場力先做負(fù)功后做正功D.一正點(diǎn)電荷從N點(diǎn)由靜止釋放后會沿x軸正方向運(yùn)動(dòng)且到達(dá)C點(diǎn)時(shí)速度最大圖20-12考點(diǎn)互動(dòng)探究答案 D解析 由圖知無窮遠(yuǎn)處的電勢能為0,A點(diǎn)的電勢能也為0,從O到M,電勢能先為正值后為負(fù)值,說明O點(diǎn)的電荷q1帶負(fù)電,M點(diǎn)的電荷q2帶正電,由于A點(diǎn)距離O比較遠(yuǎn)而距離M比較近,所以q1的電荷量大于q2的電荷量,故A、B錯(cuò)誤;由圖可知,A、N兩點(diǎn)的電勢能為零,則這

16、兩點(diǎn)電勢為零,負(fù)電荷由N到C,電勢能增加,而由C到D,電勢能減小,可知在C點(diǎn)左側(cè)電場方向向右,在C點(diǎn)右側(cè)電場方向向左,則正點(diǎn)電荷從N點(diǎn)移到D點(diǎn),電場力先做正功后做負(fù)功,在C點(diǎn)時(shí)動(dòng)能最大,即速度最大,故選項(xiàng)C錯(cuò)誤,D正確.考點(diǎn)互動(dòng)探究根據(jù)v-t圖像的速度變化、斜率變化(即加速度的變化),可確定電荷所受電場力的方向與電場力的大小變化情況,進(jìn)而確定電場的方向、電勢的高低及電勢能的變化.考向四電場分布結(jié)合v-t圖像考點(diǎn)互動(dòng)探究例7 (多選)2018河南洛陽一中月考 如圖20-13甲所示,Q1、Q2為兩個(gè)固定的點(diǎn)電荷,其中Q1帶負(fù)電,a、b、c三點(diǎn)在它們連線的延長線上.現(xiàn)有一帶負(fù)電的粒子以一定的初速度沿

17、直線從a點(diǎn)開始向遠(yuǎn)處運(yùn)動(dòng)經(jīng)過b、c兩點(diǎn)(粒子只受電場力作用),粒子經(jīng)過a、b、c三點(diǎn)時(shí)的速度分別為va、vb、vc,其速度時(shí)間圖像如圖乙所示.以下說法中正確的是()A.Q2一定帶正電B.Q2的電荷量一定小于Q1的電荷量C.b點(diǎn)的電場強(qiáng)度最大D.粒子由a點(diǎn)到c點(diǎn)運(yùn)動(dòng)過程中,電勢能先增大后減小圖20-13考點(diǎn)互動(dòng)探究答案 ABD教師備用習(xí)題1.2016全國卷 如圖所示,P是固定的點(diǎn)電荷,虛線是以P為圓心的兩個(gè)圓.帶電粒子Q在P的電場中運(yùn)動(dòng).運(yùn)動(dòng)軌跡與兩圓在同一平面內(nèi),a、b、c為軌跡上的三個(gè)點(diǎn).若Q僅受P的電場力作用,其在a、b、c點(diǎn)的加速度大小分別為aa、ab、ac,速度大小分別為va、vb、v

18、c,則()A.aaabac,vavcvbB.aaabac,vbvcvaC.abacaa,vbvcvaD.abacaa,vavcvb教師備用習(xí)題答案 D教師備用習(xí)題2.(多選)如圖所示,兩電荷量分別為Q(Q0)和-Q的點(diǎn)電荷對稱地放置在x軸上原點(diǎn)O的兩側(cè),a點(diǎn)位于x軸上O點(diǎn)與點(diǎn)電荷Q之間,b點(diǎn)位于y軸O點(diǎn)上方.取無窮遠(yuǎn)處的電勢為零.下列說法正確的是()A.b點(diǎn)電勢為零,電場強(qiáng)度也為零B.正的試探電荷在a點(diǎn)的電勢能大于零,所受電場力方向向右C.將正的試探電荷從O點(diǎn)移到a點(diǎn),必須克服電場力做功D.將同一正的試探電荷先后從O、b兩點(diǎn)移到a點(diǎn),后者電勢能的變化較大教師備用習(xí)題答案 BC解析等量異種點(diǎn)電荷連線的中垂線是電勢為零的等勢線,該線上除無窮遠(yuǎn)外各點(diǎn)場強(qiáng)方向水平向右,O點(diǎn)電場強(qiáng)度最大,O點(diǎn)上下兩側(cè)電場強(qiáng)度逐漸減小,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;等量異種點(diǎn)電荷連線電勢沿著電場線逐漸降低,則aO=0,a點(diǎn)電勢能Epa=qa,因?yàn)閝0,a0,所以Epa0,a點(diǎn)電場強(qiáng)度方向向右,電荷帶正電,所以電場力方向向右,選項(xiàng)