新教材2023版高中物理章末素養(yǎng)培優(yōu)1第一章靜電場學(xué)案教科版必修第三冊

章末素養(yǎng)培優(yōu)1核心素養(yǎng)(一)——物理觀念1．電場強(qiáng)度、電勢、電勢差、電勢能的比較比較項(xiàng)目物理量電場強(qiáng)度電勢電勢差電勢能意義描述電場力的性質(zhì)描述電場能的性質(zhì)描述電場力做功的本領(lǐng)描述電荷在電場中的勢能定義式E＝Fφ＝EUAB＝WEp＝qφ標(biāo)矢性矢量標(biāo)量標(biāo)量標(biāo)量決定因素由電場本身決定，與檢驗(yàn)電荷無關(guān)由電場本身決定，與檢驗(yàn)電荷無關(guān)，其大小與電勢零點(diǎn)的選取有關(guān)，具有相對性由電場本身和兩點(diǎn)間位置決定，與檢驗(yàn)電荷無關(guān)，與電勢零點(diǎn)的選取無關(guān)由電荷量和該點(diǎn)電勢共同決定，與電勢零點(diǎn)的選取有關(guān)2.電勢高低、電勢能大小的判斷思路(1)由電場力做功判斷(2)由電場線的方向判斷電場線分布及方向?電勢的高低例1如圖所示，在勻強(qiáng)電場中，有邊長為5cm的等邊三角形ABC，三角形所在平面與勻強(qiáng)電場的電場線平行，O點(diǎn)為該三角形的中心，三角形各頂點(diǎn)的電勢分別為φA＝1V、φB＝3V、φC＝5V，下列說法正確的是()A．O點(diǎn)電勢為3VB．勻強(qiáng)電場的場強(qiáng)大小為80V/m，方向由A指向CC．在三角形ABC外接圓的圓周上電勢最低點(diǎn)的電勢為1VD．將電子由C點(diǎn)移到A點(diǎn)，電子的電勢能增加了4eV核心素養(yǎng)(二)——科學(xué)思維一、利用電場線與等勢線分析帶電粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡1．已知等電勢面的形狀分布，根據(jù)電場線和等勢面相互垂直可以繪制電場線．2．帶電粒子在電場中運(yùn)動(dòng)時(shí)，在電場線密處所受電場力大，加速度也大．3．速度方向沿運(yùn)動(dòng)軌跡的切線方向，所受電場力的方向沿電場線的切線方向或反方向，所受合外力的方向指向曲線凹側(cè)．例2如圖所示，實(shí)線為某電場的電場線(方向未標(biāo)明)，虛線為一帶電的粒子僅在電場力作用下通過該區(qū)域時(shí)的運(yùn)動(dòng)軌跡．下列判斷中正確的是()A．粒子一定是從M點(diǎn)向N點(diǎn)運(yùn)動(dòng)B．帶電粒子在M點(diǎn)的加速度一定大于在N點(diǎn)的加速度C．M點(diǎn)的電勢一定高于N點(diǎn)的電勢D．帶電粒子在M點(diǎn)的電勢能一定大于在N點(diǎn)的電勢能例3(多選)如圖所示，O是一固定的點(diǎn)電荷，虛線是該點(diǎn)電荷產(chǎn)生的電場中的三條等勢線，正點(diǎn)電荷q僅在電場力的作用下沿實(shí)線所示的軌跡從a處運(yùn)動(dòng)到b處，然后又運(yùn)動(dòng)到c處．由此可知()A．O為負(fù)電荷B．在整個(gè)過程中，q的電勢能先變小后變大C．在整個(gè)過程中，q的加速度先變大后變小D．在整個(gè)過程中，電場力做功為零二、電勢、電勢能、電場力做功的綜合分析1．求解電場力做功的方法(1)利用電場力做功與電勢能的關(guān)系求解：WAB＝EpA－EpB.(2)利用W＝Fd求解，此公式只適用于勻強(qiáng)電場．(3)利用公式WAB＝qUAB求解．(4)利用動(dòng)能定理求解．2．靜電場中的功能關(guān)系：電場力做的功等于電勢能的減少量，即W電＝－ΔEp.例4如圖所示，在絕緣粗糙的水平面上，相距為L的A、B兩點(diǎn)處分別固定著兩個(gè)等電荷量的正電荷，a、b是AB連線上的兩點(diǎn)，其中Aa＝Bb＝L4，O為AB連線的中點(diǎn)，一質(zhì)量為m、帶電荷量為＋q的小滑塊(可以看成質(zhì)點(diǎn))以初動(dòng)能Ek0從a點(diǎn)出發(fā)，沿AB直線向b運(yùn)動(dòng)，其中小滑塊第一次經(jīng)過O點(diǎn)時(shí)的動(dòng)能為初動(dòng)能的3倍，到達(dá)b點(diǎn)時(shí)動(dòng)能恰好為零，小滑塊最終停在O(1)小滑塊與水平面間的動(dòng)摩擦因數(shù)；(2)O、b兩點(diǎn)間的電勢差；(3)小滑塊運(yùn)動(dòng)的總路程．章末素養(yǎng)培優(yōu)核心素養(yǎng)(一)例1解析：因?yàn)棣誂＝1V、φC＝5V，則AC中點(diǎn)(設(shè)為D點(diǎn))的電勢為φD＝3V，則BD連線為等勢面，因O點(diǎn)在該等勢面上，則O點(diǎn)電勢為3V，A正確；電場線與等勢面正交，可知?jiǎng)驈?qiáng)電場的場強(qiáng)方向由C指向A，大小為E＝UCAd＝40.05V/m＝80V/m，B錯(cuò)誤；沿電場線電勢逐漸降低，若過圓心O做一條電場線，則交圓周與F點(diǎn)，該點(diǎn)電勢最低，則UOF＝φO－φF＝Er＝80×0.052×32V＝433V，則φF＝(3－433)V≈0.69V，在三角形ABC外接圓的圓周上電勢最低點(diǎn)的電勢為0.69V，C錯(cuò)誤；由C到A電勢降低答案：AD核心素養(yǎng)(二)例2解析：電場線越密的位置電場強(qiáng)度越強(qiáng)，由圖可知，N點(diǎn)的電場強(qiáng)度大于M點(diǎn)的電場強(qiáng)度，可知帶電粒子在N點(diǎn)的加速度一定大于在M點(diǎn)的加速度，B錯(cuò)誤；結(jié)合電場線和運(yùn)動(dòng)軌跡可知粒子的受力如圖所示，由于粒子電性未知，無法判斷電場線方向，即無法判斷M、N點(diǎn)的電勢大小關(guān)系，也無法判斷粒子的運(yùn)動(dòng)方向，C錯(cuò)誤；粒子做曲線運(yùn)動(dòng)，可以從M點(diǎn)向N點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，也可以從N點(diǎn)向M點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，若粒子由M向N運(yùn)動(dòng)，電場力做正功，電勢能減小，若粒子由N向M點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，電場力做負(fù)功，電勢能增加，即無論粒子的運(yùn)動(dòng)方向如何，帶電粒子在M點(diǎn)的電勢能一定大于在N點(diǎn)的電勢能，A錯(cuò)誤，D正確．答案：D例3解析：由運(yùn)動(dòng)軌跡分析可知q受到庫侖斥力的作用，O應(yīng)為正電荷，A錯(cuò)誤；從a到b的過程q受到逐漸變大的庫侖斥力，速度逐漸減小，加速度逐漸增大，電勢能逐漸增大；而從b到c的過程q受到逐漸變小的庫侖斥力，速度逐漸增大，加速度逐漸減小，電勢能逐漸減小，B錯(cuò)誤，C正確；由于a、c兩點(diǎn)在同一等勢面上，整個(gè)過程中，電場力不做功，D正確．答案：CD例4解析：(1)a、b是AB連線上的兩點(diǎn)，其中Aa＝Bb＝L4，可知a、b兩點(diǎn)關(guān)于O點(diǎn)對稱，則a、b即Uab＝0.設(shè)小滑塊與水平面間的摩擦力大小為f，對小滑塊從a到b的過程中，由動(dòng)能定理得：－fL2＝0－Ek0摩擦力：f＝μmg，解得：μ＝2E(2)對于小滑塊從O到b的過程中，由動(dòng)能定理得：qUOb－μmg·L4＝0