高考物理一輪復(fù)習(xí)考點(diǎn)精講精練第17講　電場能的性質(zhì)（原卷版）

第17講電場能的性質(zhì)1.掌握電勢、電勢能、電勢差的概念.2.理解電場力做功的特點(diǎn)，掌握電場力做功與電勢能變化的關(guān)系.3.會分析電場中電勢的變化，并能利用功能關(guān)系分析電荷電勢能的變化．考點(diǎn)一辨析電場強(qiáng)度、電勢、電勢差、電勢能1．電勢高低的判斷方法(1)沿電場線方向，電勢越來越低．(2)判斷出UAB的正負(fù)，再由UAB＝φA－φB，比較φA、φB的大小，若UAB>0，則φA>φB，若UAB<0，則φA<φB.2．電勢能大小的比較方法做功判斷法電場力做正功，電荷(無論是正電荷還是負(fù)電荷)從電勢能較大的地方移向電勢能較小的地方，反之，如果電荷克服電場力做功，那么電荷將從電勢能較小的地方移向電勢能較大的地方．（2024?天津模擬）在O點(diǎn)處固定一個正點(diǎn)電荷，P點(diǎn)在O點(diǎn)右上方．從P點(diǎn)由靜止釋放一個帶負(fù)電的小球，小球僅在重力和該點(diǎn)電荷電場力作用下在豎直面內(nèi)運(yùn)動，某一段軌跡如圖所示。M、N是軌跡上的兩點(diǎn)，OP＞OM，OM＝ON，則小球（）A．在運(yùn)動過程中，電勢能先增加后減少 B．在P點(diǎn)的電勢能小于在N點(diǎn)的電勢能 C．在M點(diǎn)的動能小于在N點(diǎn)的動能 D．從M點(diǎn)運(yùn)動到N點(diǎn)的過程中，電場力始終不做功（2024?房山區(qū)一模）電子束焊接機(jī)的核心部件內(nèi)存在如圖所示的高壓電場，K極為陰極，電子在靜電力作用下由A點(diǎn)沿直線運(yùn)動到B點(diǎn)。下列說法正確的是（）A．高壓電場中A、B兩點(diǎn)電勢相等 B．高壓電場中A點(diǎn)電場強(qiáng)度大于B點(diǎn)電場強(qiáng)度 C．電子的電勢能逐漸減小 D．電子的加速度逐漸減?。ǘ噙x）（2024?江門一模）如圖所示，O、A、B為一粗糙絕緣水平面上的三點(diǎn)，不計空氣阻力，一電荷量為+Q的點(diǎn)電荷固定在O點(diǎn)，現(xiàn)有一質(zhì)量為m、電荷量為+q的小金屬塊（可視為質(zhì)點(diǎn)），從A點(diǎn)以速度v0向右運(yùn)動，最后停止在B點(diǎn)，已知小金屬塊與水平面間的動摩擦因數(shù)為μ，A、B間距離為L，靜電力常量為k，重力加速度為g，則下列說法正確的是（）A．該過程中小金屬塊的電勢能增大 B．A、B兩點(diǎn)間的電勢差為m(vC．若在A處庫侖力大于摩擦力，則小金屬塊速度最大時距O點(diǎn)的距離為kQqμmgD．若在A處庫侖力小于摩擦力，則小金屬塊由A向B運(yùn)動過程的平均速度大于v（2024?南開區(qū)一模）如圖所示，虛線a、b、c是電場中的三個等勢面，實(shí)線為一個帶正電粒子僅在電場力作用下的運(yùn)動軌跡，P、Q是軌跡上的兩點(diǎn)。下列說法正確的是（）A．三個等勢面中，等勢面a的電勢最高 B．粒子在Q點(diǎn)時的電勢能比在P點(diǎn)時大 C．粒子在Q點(diǎn)時的動能比在P點(diǎn)時大 D．粒子在Q點(diǎn)時的加速度比在P點(diǎn)時大（2024?西城區(qū)一模）如圖所示，點(diǎn)電荷Q周圍的三個等勢面是同心圓，等勢面上的點(diǎn)A、B、C在同一條電場線上，且AB＝BC?，F(xiàn)將一電荷量為+q的試探電荷從A點(diǎn)由靜止釋放，試探電荷只受靜電力作用，則（）A．該電荷沿著電場線做勻加速直線運(yùn)動 B．該電荷在AB段動能的增量小于BC段動能的增量 C．該電荷在AB段電勢能的減少量大于BC段電勢能的減少量 D．該電荷在AB段運(yùn)動的時間小于BC段運(yùn)動的時間（2024?開福區(qū)校級模擬）電子透鏡兩極間的電場線分布如圖，中間的一條電場線為直線，其他電場線對稱分布，a、b、c、d為電場中的四個點(diǎn)，其中b、d點(diǎn)和b、c點(diǎn)分別關(guān)于x、y軸對稱。一離子僅在電場力作用下從a運(yùn)動到b，軌跡如圖中虛線所示，下列說法正確的是（）A．該離子帶正電 B．離子在a、b兩點(diǎn)的電勢能滿足Epa＜Epb C．b、d直線是等勢面 D．b、c兩點(diǎn)的場強(qiáng)相同考點(diǎn)二電場線、等勢面及運(yùn)動軌跡問題1．幾種常見的典型電場的等勢面比較電場等勢面(實(shí)線)圖樣重要描述勻強(qiáng)電場垂直于電場線的一簇平面點(diǎn)電荷的電場以點(diǎn)電荷為球心的一簇球面等量異種點(diǎn)電荷的電場在連線的中垂線上，電勢為零等量同種正點(diǎn)電荷的電場在連線上，中點(diǎn)電勢最低，而在連線的中垂線上，中點(diǎn)電勢最高2.在電場中帶電粒子運(yùn)動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)動能定理或能量守恒定律判斷動能的變化情況．（2024?新鄭市校級一模）2023年3月，中國科學(xué)家通過冷凍電鏡技術(shù)解析了晶態(tài)冰中蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)，電子顯微鏡是冷凍電鏡中的關(guān)鍵部分，其中一種電子透鏡的電場分布如圖所示，虛線為等勢面，相鄰等勢面間電勢差相等，一電子僅在電場力作用下的運(yùn)動軌跡如圖中實(shí)線所示，a、b是軌跡上的兩點(diǎn)，下列說法正確的是（）A．電子在b點(diǎn)受到的電場力方向豎直向下 B．a(chǎn)點(diǎn)的電場強(qiáng)度小于b點(diǎn)的電場強(qiáng)度 C．a(chǎn)點(diǎn)的電勢高于b點(diǎn)的電勢 D．電子在a點(diǎn)的電勢能小于在b點(diǎn)的電勢能（多選）（2024?郫都區(qū)校級二模）如圖所示，真空中的a、d兩點(diǎn)固定兩個點(diǎn)電荷Q1、Q2，其中Q1帶正電，b、c是ad連線的三等分點(diǎn)，c、e位于以d為圓心的圓周上，e點(diǎn)的場強(qiáng)為零，若取無窮遠(yuǎn)處電勢為零。則以下說法正確的是（）A．同一試探電荷在b點(diǎn)受到的靜電力大于c點(diǎn)受到的靜電力 B．e點(diǎn)的電勢φe＜0 C．電勢差Ubc＝Ube D．Q1的電荷量大于Q2的電荷量（多選）（2024?咸陽二模）如圖甲所示，圓形區(qū)域ABCD處在平行于紙面的勻強(qiáng)電場中，圓心為O，半徑為R＝0.1m。P為圓弧上的一個點(diǎn)，PO連線逆時針轉(zhuǎn)動，θ為PO連線從AO位置開始旋轉(zhuǎn)的角度，P點(diǎn)電勢隨θ變化如圖乙所示。下列說法正確的是（）A．勻強(qiáng)電場的場強(qiáng)大小為20V/m B．勻強(qiáng)電場的場強(qiáng)方向垂直BD連線向右 C．一氦核（24D．一電子從A點(diǎn)沿圓弧逆時針運(yùn)動到B點(diǎn)，電場力先做負(fù)功后做正功（2024?龍崗區(qū)校級三模）如圖所示，平行板電容器的兩個極板與水平面成θ角，極板的長度為L，A板帶負(fù)電，B板帶正電，且B板接地。若一比荷為k的帶電小球恰能從A板左端沿圖中所示水平直線向右通過電容器，重力加速度大小為g，下列說法正確的是（）A．小球帶負(fù)電 B．在此過程中小球的電勢能減小 C．AB板之間電勢差UAB=?gLtanθD．若小球離開電場時速度剛好為0，則運(yùn)動時間為2L考點(diǎn)三靜電場中圖象問題的處理技巧1．v－t圖象：根據(jù)v－t圖象的速度變化、斜率變化(即加速度大小的變化)，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)而確定電場強(qiáng)度的方向、電勢的高低及電勢能的變化．2．φ－x圖象：(1)電場強(qiáng)度的大小等于φ－x圖線的斜率大小，電場強(qiáng)度為零處，φ－x圖線存在極值，其切線的斜率為零．(2)在φ－x圖象中可以直接判斷各點(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φ－x圖象中分析電荷移動時電勢能的變化，可用WAB＝qUAB，進(jìn)而分析WAB的正負(fù)，然后作出判斷．3．E－x圖象：(1)反映了電場強(qiáng)度隨位移變化的規(guī)律．(2)E＞0表示場強(qiáng)沿x軸正方向；E＜0表示場強(qiáng)沿x軸負(fù)方向．(3)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．（2024?棗強(qiáng)縣校級模擬）某區(qū)域存在一電場，該區(qū)域內(nèi)x軸上各點(diǎn)電勢φ隨位置x變化的關(guān)系如圖所示。α粒子從D點(diǎn)由靜止釋放，僅在電場力作用下沿x軸通過C點(diǎn)，下列說法中正確的是（）A．由D點(diǎn)到C點(diǎn)電場強(qiáng)度的方向始終沿x軸正方向C．α粒子從D點(diǎn)到C點(diǎn)運(yùn)動的過程中其電勢能減小10eVB．α粒子從D點(diǎn)到C點(diǎn)運(yùn)動的過程中所受電場力先增大后減小D．α粒子從D點(diǎn)到C點(diǎn)運(yùn)動的過程中其動能先增大后減?。ǘ噙x）（2024?遼寧二模）某靜電場的電場線沿x軸，其電場強(qiáng)度E隨x的變化規(guī)律如圖所示，設(shè)x軸正方向?yàn)殪o電場的正方向，在坐標(biāo)原點(diǎn)有一電荷量為q的帶電粒子僅在電場力作用下由靜止開始沿x軸正向運(yùn)動，則下列說法正確的是（）A．粒子帶正電 B．粒子運(yùn)動到x0處速度最大 C．粒子不可能運(yùn)動到3x0處 D．在0～3x0區(qū)域內(nèi)，粒子獲得的最大動能為7（2024?南充模擬）絕緣水平面上固定一正點(diǎn)電荷Q，另一質(zhì)量為m、電荷量為﹣q（q＞0）的滑塊（可看作點(diǎn)電荷）從a點(diǎn)以初速度v0沿水平面向Q運(yùn)動，b點(diǎn)為滑塊運(yùn)動中距Q最近的點(diǎn)。已知a、b間距離為d，滑塊與水平面間的動摩擦因數(shù)為μ，重力加速度為g。以下判斷正確的是（）A．滑塊在b點(diǎn)的加速度一定為0 B．滑塊在運(yùn)動過程的中間位置，速度的大小等于22C．滑塊在運(yùn)動過程的中間時刻，速度的大小等于v0D．Q產(chǎn)生的電場中，a、b兩點(diǎn)間的電勢差為U考點(diǎn)四用功能關(guān)系分析帶電粒子的運(yùn)動1．功能關(guān)系(1)若只有電場力做功，電勢能與動能之和保持不變；(2)若只有電場力和重力做功，電勢能、重力勢能、動能之和保持不變；(3)除重力外，其他各力對物體所做的功等于物體機(jī)械能的變化．(4)所有力對物體所做功的代數(shù)和，等于物體動能的變化．2．電場力做功的計算方法(1)由公式W＝Flcosα計算，此公式只適用于勻強(qiáng)電場，可變形為：W＝qElcosα.(2)由W＝qU來計算，此公式適用于任何形式的靜電場．(3)由動能定理來計算：W電場力＋W其他力＝ΔEk.(4)由電勢能的變化來計算：WAB＝EpA－EpB.（2024?陜西一模）有一勻強(qiáng)電場平行于直角坐標(biāo)系xoy所在的豎直平面，現(xiàn)將一質(zhì)量為m，帶電量為+q的小球從坐標(biāo)原點(diǎn)O處沿y軸負(fù)向以2m/s的初速度向下拋出，其帶電小球運(yùn)動的軌跡方程為x=54yA．電場強(qiáng)度大小為2mgq，方向與x軸正向夾角45B．電場強(qiáng)度大小為3mgq，方向與x軸正向夾角30C．電場強(qiáng)度大小為2mgq，方向與x軸負(fù)向夾角45°D．電場強(qiáng)度大小為mgq，方向與x軸正向夾角30（2024?深圳一模）兩塊平行金屬板安裝在絕緣基座上，A板連接感應(yīng)起電機(jī)的正極，B板連接負(fù)極。一個由錫紙包裹的乒乓球用絕緣細(xì)線懸掛于AB兩板之間。搖動起電機(jī)，乒乓球在電場力作用下與AB兩板往返運(yùn)動碰撞，下列說法正確是（）A．A板的電勢低于B板的電勢 B．乒乓球往返運(yùn)動過程中始終帶正電 C．A→B的運(yùn)動過程中電場力對乒乓球做負(fù)功 D．A→B的運(yùn)動過程中乒乓球電勢能減?。ǘ噙x）（2024?天津一模）如圖所示，豎直固定的光滑絕緣細(xì)桿上O點(diǎn)套有一個電荷量為﹣q（q＞0），質(zhì)量為m的小環(huán)，整個裝置處在固定于桿左側(cè)電荷量為+Q（Q＞0）的點(diǎn)電荷產(chǎn)生的電場中，桿上a、b兩點(diǎn)與+Q正好構(gòu)成等邊三角形，c是ab的中點(diǎn)．使小環(huán)從O點(diǎn)無初速度釋放，小環(huán)通過a點(diǎn)的速率為v，若已知ab＝Oa＝l，靜電常量為k，重力加速度為g，規(guī)定O點(diǎn)電勢為零。則（）A．小環(huán)下落過程中機(jī)械能守恒 B．小環(huán)下落過程中電勢能先減小后增大 C．小環(huán)在從c點(diǎn)到b點(diǎn)的過程中，速度不斷減小 D．b點(diǎn)電勢為1題型1電勢高低判斷、電勢能大小判斷（2024?金華二模）如圖所示，兩半徑相等的半球球殼Ⅰ和Ⅱ彼此靠的很近（間距可忽略），兩球殼均勻帶有電荷，電荷量均為q（q＞0），O為球心，A為球殼外一點(diǎn)，AO＝x。已知球殼內(nèi)部電場強(qiáng)度處處為零，且球殼Ⅰ在A點(diǎn)形成的電場強(qiáng)度為E1，規(guī)定距O點(diǎn)無限遠(yuǎn)處的電勢為零，下列說法正確的是（）A．O點(diǎn)電勢為零 B．球殼Ⅰ在O點(diǎn)形成的電場強(qiáng)度水平向左 C．球殼Ⅱ在A點(diǎn)形成的電場強(qiáng)度大小E2D．球殼Ⅰ和球殼Ⅱ在A點(diǎn)的電勢相等（2024?貴州模擬）如圖所示，將帶正電的試探電荷沿等量異種點(diǎn)電荷連線從A點(diǎn)移動到B點(diǎn)，再沿連線中垂線從B點(diǎn)移動到C點(diǎn)。在此過程中，對試探電荷所受的靜電力F，所經(jīng)過的各點(diǎn)處電勢φ的高低，試探電荷的電勢能E的大小，下列判斷正確的是（）A．A處與C處的電場力方向相反 B．FA＞FB＞FC C．φA＞φB＞φC D．EA＜EB＝EC題型2公式E=U/d在勻強(qiáng)電場中的應(yīng)用（2024?廣西模擬）如圖，空間中有一勻強(qiáng)電場，大小為mgq，方向與水平方向成30°A．從M點(diǎn)到Q點(diǎn)動能減小 B．在M點(diǎn)和N點(diǎn)的電勢能相等 C．從M點(diǎn)到Q點(diǎn)電場力做負(fù)功 D．動能最大處的電勢低于動能最小處的電勢（2024?寶雞模擬）如圖所示，空間有一勻強(qiáng)電場，其方向與直角三角形△ABC所在的平面平行，∠B＝60°D為BC的中點(diǎn)，AB邊長2cm，D點(diǎn)電勢為0V?，F(xiàn)將一個電荷量為﹣1×10﹣6C的點(diǎn)電荷從電場中的B點(diǎn)移到A點(diǎn)，電場力做了2×10﹣6J的功，再從A點(diǎn)移到點(diǎn)C，點(diǎn)電荷克服電場力做了6×10﹣6J的功。則關(guān)于勻強(qiáng)電場的場強(qiáng)大小和方向說法正確的是（）A．場強(qiáng)方向沿AB直線由A指向B B．場強(qiáng)方向沿AC直線由A指向C C．場強(qiáng)大小為150V/m D．場強(qiáng)大小為200V/m題型3公式E=U/d在非勻強(qiáng)電場中的應(yīng)用（2024?正定縣校級三模）如圖所示，在正四面體ABCD的ABD面內(nèi)，有一內(nèi)切圓，圓心為O，M、N、P分別為BD、AB和AD邊與圓的切點(diǎn)。正四面體的頂點(diǎn)A、B、D分別固定有電荷量為+Q、+Q、﹣Q的點(diǎn)電荷，則（）A．M、P兩點(diǎn)的電場強(qiáng)度相同 B．M、O、N、P四點(diǎn)的電勢φN＞φP＞φO＞φM C．將正試探電荷由C移動到M，電勢能減少 D．將正試探電荷由P移動到N，電場力做負(fù)功題型4等勢面與軌跡問題（多選）（2024?興寧區(qū)二模）某電場的三條等勢線為關(guān)于x軸對稱的橢圓，如圖所示a、c、d為等勢線上的3個點(diǎn)，其電勢分別為φa＝16V，φc＝10Y，φd＝4V，b為ac的中點(diǎn)。一質(zhì)子僅受電場力作用從a點(diǎn)由靜止釋放，下列說法正確的是（）A．沿x軸正方向電勢一直降低 B．質(zhì)子從a到d的過程中加速度減小，速度增大 C．b點(diǎn)的電勢大于13V D．質(zhì)子運(yùn)動到d點(diǎn)時的動能為12eV（2024?佛山二模）靜電透鏡是利用靜電場使電子束會聚或發(fā)散的一種裝置。如圖，一電子在電場中僅受電場力的作用，實(shí)線描繪出了其運(yùn)動軌跡，虛線表示等勢線，各等勢線關(guān)于y軸對稱，a、b、c、d分別是軌跡與等勢線的交點(diǎn)。已知電子在經(jīng)過a點(diǎn)時動能為60eV，各等勢線的電勢高低標(biāo)注在圖中，則（）A．a(chǎn)、d兩點(diǎn)的電場強(qiáng)度相同 B．電子從a到b運(yùn)動時，電場力做負(fù)功 C．電子從c到d運(yùn)動時，電勢能逐漸減小 D．電子在經(jīng)過等勢線d點(diǎn)時的動能為60eV（2024?廣東模擬）圖（a）為金屬四極桿帶電粒子質(zhì)量分析器的局部結(jié)構(gòu)示意圖，圖（b）為四極桿內(nèi)垂直于x軸的任意截面內(nèi)的等勢面分布圖，相鄰兩等勢面間電勢差相等，則（）A．P點(diǎn)電勢比M點(diǎn)的低 B．P點(diǎn)電場強(qiáng)度大小比M點(diǎn)的大 C．M點(diǎn)電場強(qiáng)度方向沿x軸負(fù)方向 D．沿x軸運(yùn)動的帶電粒子，電勢能不變（多選）（2024?寧河區(qū)校級一模）如圖所示，虛線a、b、c是電場中的三個等勢面，相鄰等勢線間的電勢差相等，實(shí)線為一個帶負(fù)電的質(zhì)點(diǎn)僅在電場力作用下的運(yùn)動軌跡，P、Q是軌跡上的兩點(diǎn)。下列說法正確的是（）A．質(zhì)點(diǎn)在Q點(diǎn)時電勢能比P點(diǎn)時大 B．質(zhì)點(diǎn)在Q點(diǎn)時加速度方向與等勢面a垂直 C．三個等勢面中等勢面a的電勢最低 D．Q點(diǎn)的電場強(qiáng)度小于P點(diǎn)的電場強(qiáng)度題型5電場中的三類常見圖像φ-x圖像、Ep-x圖像、E-x圖像（2024?漳州模擬）如圖，絕緣粗糙的水平面附近存在一與x軸平行的電場，其在x軸上的電勢φ與坐標(biāo)x的關(guān)系如圖中曲線所示，圖中的傾斜虛線為該曲線過點(diǎn)（0.15，3）的切線。質(zhì)量為0.10kg、電荷量為1.0×10﹣7C的帶正電滑塊P，從x1＝0.10m處由靜止釋放，滑塊與水平面間的動摩擦因數(shù)為0.20?；瑝K可視為質(zhì)點(diǎn)，最大靜摩擦力等于滑動摩擦力，g取10m/s2。則滑塊（）A．做勻減速直線運(yùn)動 B．經(jīng)過x2＝0.15m處時，速度最大 C．從釋放到經(jīng)過x2＝0.15m處，電場力做功3.0×10﹣2J D．可以滑到x3＝0.30m處（2024?渝中區(qū)模擬）如圖甲所示，有一電荷均勻分布的固定絕緣細(xì)圓環(huán)，圓心為O，軸線上的電場強(qiáng)度如圖乙所示?，F(xiàn)有一帶正電的粒子（不計受到的重力）以大小為v0的初速度沿軸線由P點(diǎn)運(yùn)動到Q點(diǎn)，OP＝OQ＝L。以x軸的正向?yàn)殡妶鰪?qiáng)度的正方向，關(guān)于粒子由P點(diǎn)運(yùn)動到Q點(diǎn)的過程，下列說法正確的是（）A．細(xì)圓環(huán)帶負(fù)電 B．粒子到達(dá)Q點(diǎn)時的速度大小為v0 C．粒子所受靜電力先增大后一直減小 D．粒子到達(dá)Q點(diǎn)時的速度大小為2v