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(chǎng)第20講電場(chǎng)的能的性質(zhì)課件

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

2、疏的地方電場(chǎng)強(qiáng)度.電勢(shì)電場(chǎng)線不電勢(shì)低不越大越小二、電勢(shì)差勻強(qiáng)電場(chǎng)中電勢(shì)差與場(chǎng)強(qiáng)的關(guān)系1.電勢(shì)差(1)定義:電荷在電場(chǎng)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(shì)差與電勢(shì)的關(guān)系:UAB=,UAB=-UBA.2.勻強(qiáng)電場(chǎng)中電勢(shì)差與電場(chǎng)強(qiáng)度的關(guān)系(1)電勢(shì)差與場(chǎng)強(qiáng)的關(guān)系式:UAB=,其中d為電場(chǎng)中兩點(diǎn)間沿的距離.(2)在勻強(qiáng)電場(chǎng)中,場(chǎng)強(qiáng)在數(shù)值上等于沿方向每單位距離上降低的電勢(shì).教材知識(shí)梳理電場(chǎng)力做的功電荷量A-BEd場(chǎng)強(qiáng)方向場(chǎng)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(chǎng)強(qiáng);(2)導(dǎo)體是一個(gè)等勢(shì)體,導(dǎo)體表面電勢(shì).教材知識(shí)梳理處處為零處處相等教材知識(shí)梳理

3、【辨別明理】(1)電場(chǎng)力做功與重力做功相似,均與路徑無關(guān).()(2)電場(chǎng)中電場(chǎng)強(qiáng)度為零的地方電勢(shì)一定為零.()(3)電場(chǎng)強(qiáng)度處處相同的區(qū)域內(nèi),電勢(shì)一定也處處相同.()(4)沿電場(chǎng)線方向電場(chǎng)強(qiáng)度越來越小,電勢(shì)逐漸降低.()(5)A、B兩點(diǎn)間的電勢(shì)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(chǎng)中,場(chǎng)強(qiáng)方向是指電勢(shì)降落的方向.()(7)電勢(shì)有正負(fù)之分,因此電勢(shì)是矢量.()(8)電勢(shì)的大小由電場(chǎng)的性質(zhì)決定,與零電勢(shì)點(diǎn)的選取無關(guān).()(9)電勢(shì)差UAB由電場(chǎng)本身的性質(zhì)決定,與零電勢(shì)點(diǎn)的選取無關(guān). ()(10)處于靜電平衡的導(dǎo)體是等勢(shì)體,導(dǎo)體表面是等勢(shì)面,但導(dǎo)體表面的場(chǎng)強(qiáng)可能不同. ()教材

4、知識(shí)梳理教材知識(shí)梳理答案 (1)()(2)()(3)()(4)()(5)()(6)()(7)()(8)()(9)()(10)()考點(diǎn)一描述電場(chǎng)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(hào)一起代入公式,Ep越大,電勢(shì)能越大.(3)能量守恒法:在電場(chǎng)中,當(dāng)只有電場(chǎng)力做功時(shí),電荷的動(dòng)能和電勢(shì)能相互轉(zhuǎn)化,動(dòng)能增大,則電勢(shì)能減小,反之,動(dòng)能減小,則電勢(shì)能增大.(4)電荷電勢(shì)法:正電荷在電勢(shì)高的地方電勢(shì)能大,負(fù)電荷在電勢(shì)低的地方電勢(shì)能大.考點(diǎn)互動(dòng)探究例1 2016全國(guó)卷 關(guān)于靜電場(chǎng)的等勢(shì)面,下列說法正確的是()A.兩個(gè)電勢(shì)不同的等勢(shì)面可能相交B.電場(chǎng)線與等勢(shì)面處處

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

6、Q點(diǎn),電場(chǎng)力做正功D.若電子由P點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到Q點(diǎn),電場(chǎng)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(shì)差與電場(chǎng)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(chǎng)真空點(diǎn)電荷勻強(qiáng)電場(chǎng)決定因素由電場(chǎng)本身決定,與檢驗(yàn)電荷q無關(guān)由場(chǎng)源電荷Q和場(chǎng)源電荷到該點(diǎn)的距離r共同決定由電場(chǎng)本身決定,d為兩點(diǎn)沿電場(chǎng)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(shì)確定電場(chǎng)線的方法:將電勢(shì)最高的點(diǎn)和電勢(shì)最低的點(diǎn)相連,根據(jù)在勻強(qiáng)電場(chǎng)中經(jīng)過相等的距離電勢(shì)差相等,確定連線上與第

7、三個(gè)點(diǎn)的電勢(shì)相等的點(diǎn),電勢(shì)相等的兩點(diǎn)連線為等勢(shì)線,根據(jù)電場(chǎng)線與等勢(shì)線垂直即可畫出電場(chǎng)線.考點(diǎn)三電場(chǎng)線、等勢(shì)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(chǎng)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(chǎng)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(shì)能、電勢(shì)和電勢(shì)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(chǎng)力做功的四種方法(1)定義式:WAB=Flcos =qElcos (適用于勻強(qiáng)電場(chǎng)).(2)電勢(shì)的變化:WAB=qUAB=q(A-B).(3)動(dòng)能定理:W電

8、+W其他=ek.(4)電勢(shì)能的變化:WAB=-Ep=EpA-EpB.3.電場(chǎng)中的功能關(guān)系(1)若只有電場(chǎng)力做功,則電勢(shì)能與動(dòng)能之和保持不變.(2)若只有電場(chǎng)力和重力做功,則電勢(shì)能、重力勢(shì)能、動(dòng)能之和保持不變.(3)除重力、彈力外,其他各力對(duì)物體做的功等于物體機(jī)械能的增量.(4)所有外力對(duì)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(chǎng)的電場(chǎng)線(方向未標(biāo)出),虛線是一帶負(fù)電的粒子只在電場(chǎng)力作用下的運(yùn)動(dòng)軌跡,設(shè)M點(diǎn)和N點(diǎn)的電勢(shì)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(shì)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(chǎng)力做負(fù)功,動(dòng)能減小,故B正確.d、e兩點(diǎn)電勢(shì)相等,N在d、e兩點(diǎn)的電勢(shì)能相等,故C正確.Ucd0,N從c點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到d點(diǎn),電場(chǎng)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(guó)卷 圖20-9中虛線a、b、c、d、f代表勻強(qiáng)電場(chǎng)內(nèi)間距相等的一組等勢(shì)面,已知平面b上的電勢(shì)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(chǎng)力所做的功為6 eV.下列說法正確的是()A.平面c上的電勢(shì)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(shì)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(chǎng)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(huì)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(shì)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(chǎng)力做功與電勢(shì)能變化之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系.考點(diǎn)四電場(chǎng)中的圖像問題考點(diǎn)互動(dòng)探究(1)E-x圖像反映了電場(chǎng)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(shì)差,“面積”大小表示電勢(shì)差大小,兩點(diǎn)的電勢(shì)高低根據(jù)電場(chǎng)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(chǎng)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?chǎng)強(qiáng)度正方向,x軸上各點(diǎn)的電場(chǎng)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(duì)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(chǎng)強(qiáng)度和電勢(shì)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(shì)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(chǎng)強(qiáng)度方向相反,電勢(shì)相等,故A錯(cuò)誤;粒子從B運(yùn)動(dòng)到A,電場(chǎng)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(shì)能相等,速度大小相同,故B、D正確;A、B兩點(diǎn)的電場(chǎng)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(chǎng)強(qiáng)度的大小,在-x圖線切線的斜率為零處,電場(chǎng)強(qiáng)度為零.(2)由-x圖像可以直接判斷各點(diǎn)電勢(shì)的大小,并可根據(jù)電勢(shì)大小關(guān)系確定電場(chǎng)強(qiáng)度的方向.(3)在-x圖像中分析電荷移動(dòng)時(shí)電勢(shì)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(guó)卷 在一靜止點(diǎn)電荷的電場(chǎng)中,任一點(diǎn)的電勢(shì)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(chǎng)中四個(gè)點(diǎn)a、b、c和d的電場(chǎng)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(shì)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(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)力做功量度電勢(shì)能的變化,而電場(chǎng)力做功就是力對(duì)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(chǎng)力,縱截距表示初電勢(shì)能;合力做功量度了動(dòng)能的變化,如果帶電粒子只受電場(chǎng)力的作用,則合力做的功就是電場(chǎng)力做的功,由Ek-Ek0=Fx,得Ek=Ek0+Fx,故Ek-x圖像的斜率表示電場(chǎng)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(chǎng)力的變化,進(jìn)而判斷出電場(chǎng)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(shì)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(shì)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(shì)能為零,在ND段中C點(diǎn)電勢(shì)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(chǎng)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(huì)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(shì)能為0,A點(diǎn)的電勢(shì)能也為0,從O到M,電勢(shì)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(shì)能為零,則這

16、兩點(diǎn)電勢(shì)為零,負(fù)電荷由N到C,電勢(shì)能增加,而由C到D,電勢(shì)能減小,可知在C點(diǎn)左側(cè)電場(chǎng)方向向右,在C點(diǎn)右側(cè)電場(chǎng)方向向左,則正點(diǎn)電荷從N點(diǎn)移到D點(diǎn),電場(chǎng)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(chǎng)力的方向與電場(chǎng)力的大小變化情況,進(jìn)而確定電場(chǎng)的方向、電勢(shì)的高低及電勢(shì)能的變化.考向四電場(chǎng)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(zhǎng)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(chǎng)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(chǎng)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(shì)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(guó)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(chǎng)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(chǎng)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(duì)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(shì)為零.下列說法正確的是()A.b點(diǎn)電勢(shì)為零,電場(chǎng)強(qiáng)度也為零B.正的試探電荷在a點(diǎn)的電勢(shì)能大于零,所受電場(chǎng)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(chǎng)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(shì)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(shì)為零的等勢(shì)線,該線上除無窮遠(yuǎn)外各點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)方向水平向右,O點(diǎn)電場(chǎng)強(qiáng)度最大,O點(diǎn)上下兩側(cè)電場(chǎng)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(shì)沿著電場(chǎng)線逐漸降低,則aO=0,a點(diǎn)電勢(shì)能Epa=qa,因?yàn)閝0,a0,所以Epa0,a點(diǎn)電場(chǎng)強(qiáng)度方向向右,電荷帶正電,所以電場(chǎng)力方向向右,選項(xiàng)