專題02-電場能的性質(zhì)-高二物理精講精練(2019人教版必修第三冊)(原卷版)

電場能的性質(zhì)專題精講考點(diǎn)1：電勢高低及電勢能大小的判斷電勢高低的判斷方法判斷角度判斷方法依據(jù)電場線方向沿電場線方向，電勢越來越低。(電場線的方向就是電勢降低最快的方向)場源電荷判斷法離場源正電荷越近的點(diǎn)，電勢越高；離場源負(fù)電荷越近的點(diǎn)，電勢越低根據(jù)電場力做功判斷正電荷在電場力作用下移動(dòng)時(shí)，電場力做正功，電荷由高電勢處移向低電勢處；正電荷克服電場力做功，電荷由低電勢處移向高電勢處。對于負(fù)電荷，情況恰好相反根據(jù)Ep＝qφ判斷正電荷所在處的電勢能越大，該點(diǎn)電勢越高；負(fù)電荷所在處的電勢能越大，該點(diǎn)電勢越低電勢能大小的判斷方法判斷角度判斷方法做功判斷法電場力做正功，電勢能減少；電場力做負(fù)功，電勢能增大電荷電勢法正電荷在電勢越高的地方電勢能越大；負(fù)電荷在電勢越低的地方電勢能越大公式法由Ep＝qφ，將電荷的大小、正負(fù)號一起代入公式。若Ep為正值，其絕對值越大表示電勢能越大；如Ep為負(fù)值，其絕對值越小，表示電勢能越大能量守恒法若只有電場力做功，電荷的動(dòng)能和電勢能之和不變，電荷動(dòng)能增加，電勢能減少；電荷動(dòng)能減少，電勢能增加場源電荷判斷法離場源正電荷越近，檢驗(yàn)正電荷(或負(fù)電荷)的電勢能越大(或越小)，離場源負(fù)電荷越近，檢驗(yàn)正電荷(或負(fù)電荷)的電勢能越小(或越大)電場線法順著電場線的方向，檢驗(yàn)正電荷(或負(fù)電荷)的電勢能減少(或增加)，逆著電場線的方向，檢驗(yàn)正電荷(或負(fù)電荷)的電勢能增加(或減少)【例1】下列關(guān)于電勢高低及電勢能增減的判斷，正確的是()A．正電荷從A點(diǎn)移到B點(diǎn)時(shí)，其電勢能增加，A點(diǎn)電勢一定較低B．正電荷只在電場力作用下，從A點(diǎn)移到B點(diǎn)，A點(diǎn)電勢一定較高C．負(fù)電荷從A點(diǎn)移到B點(diǎn)，外力做正功，電勢能一定增加D．負(fù)電荷從A點(diǎn)移到B點(diǎn)，電場力做負(fù)功，電勢能一定減小【例2】（2022·廣東揭西·高二期末）（多選）如圖所示，圖中實(shí)線是一簇未標(biāo)明方向的由點(diǎn)電荷產(chǎn)生的電場線，虛線是某帶電粒子通過該電場區(qū)域時(shí)的運(yùn)動(dòng)軌跡，a、b是軌跡上的兩點(diǎn)（先后經(jīng)過a，b兩點(diǎn)）。若帶電粒子在運(yùn)動(dòng)過程中只受到電場力作用，下列說法正確的是（）A．粒子一定帶負(fù)電B．帶電粒子在a點(diǎn)的加速度一定大于在b點(diǎn)的加速度C．帶電粒子在a點(diǎn)的動(dòng)能一定大于在b點(diǎn)的動(dòng)能D．帶電粒子在a點(diǎn)的電勢能一定大于在b點(diǎn)的電勢能【技巧與方法】（1）同一條電場線上的兩點(diǎn)，可用沿電場線方向，電勢降低，比較兩點(diǎn)電勢高低；不在同一電場線上的兩點(diǎn)，可畫出過兩點(diǎn)的等勢面，再用沿電場線由高等勢面指向低等勢面比較兩點(diǎn)電勢高低。（2）判斷電勢能增減時(shí)最常用的方法是將電荷從一點(diǎn)移至另一點(diǎn)，判斷電場力做功的正、負(fù)，從而比較電荷具有電勢能的增減情況?！踞槍τ?xùn)練】【變式1】(多選)如圖所示，虛線圓是某靜電場中的等勢面，其電勢分別為φa、φb和φc。一帶正電粒子射入電場中，其運(yùn)動(dòng)軌跡如實(shí)線KLMN所示，由圖可知()A．粒子從K到L的過程中，靜電力做負(fù)功B．粒子從L到M的過程中，靜電力做負(fù)功C．粒子從K到L的過程中，電勢能增加D．粒子從L到M的過程中，動(dòng)能減少，電勢能增加【變式2】（2022·廣東天河·高二期末）P、Q兩電荷的電場線分布如圖所示，c、d為電場中的兩點(diǎn)。一帶電粒子從a運(yùn)動(dòng)到b（不計(jì)重力），軌跡如圖所示。下列判斷正確的是（）A．P、Q帶同種電荷B．c、d兩點(diǎn)的電勢相等C．帶電粒子在a點(diǎn)所受電場力小于在b點(diǎn)所受電場力D．帶電粒子從a運(yùn)動(dòng)到b，電場力做負(fù)功，電勢能增大【變式3】（2022·廣東·高二期末）某點(diǎn)電荷電場中，僅受電場力作用下的一帶電粒子運(yùn)動(dòng)軌跡如圖虛線，取無窮遠(yuǎn)處為零電勢點(diǎn)，則（）A．場源點(diǎn)電荷為負(fù)電荷B．B點(diǎn)電勢能一定大于零C．粒子在B點(diǎn)時(shí)的加速度最小D．粒子在B點(diǎn)的電勢能小于在C點(diǎn)的電勢能考點(diǎn)2：電場中的功能關(guān)系功是能量轉(zhuǎn)化的量度，每一種力做功必然伴隨一種能量與其他能量的相互轉(zhuǎn)化。1．電場力做功實(shí)現(xiàn)了電勢能與其他形式的能的相互轉(zhuǎn)化，電場力做正功，電勢能減少，電勢能轉(zhuǎn)化為其他形式的能；電場力做負(fù)功，電勢能增加，其他形式的能轉(zhuǎn)化為電勢能。2．重力做功實(shí)現(xiàn)了重力勢能與其他形式的能的相互轉(zhuǎn)化，重力做正功，重力勢能減少，重力勢能轉(zhuǎn)化為其他形式的能；重力做負(fù)功，重力勢能增加，其他形式的能轉(zhuǎn)化為重力勢能。3．合外力做功實(shí)現(xiàn)了動(dòng)能與其他形式的能的相互轉(zhuǎn)化，合外力做正功，動(dòng)能增加，其他形式的能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能；合外力做負(fù)功，動(dòng)能減少，動(dòng)能轉(zhuǎn)化為其他形式的能。4．除重力(系統(tǒng)內(nèi)彈力)以外的力做功實(shí)現(xiàn)了機(jī)械能與其他形式的能的相互轉(zhuǎn)化，除重力(系統(tǒng)內(nèi)彈力)以外的力做正功，機(jī)械能增加，其他形式的能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能；除重力(系統(tǒng)內(nèi)彈力)以外的力做負(fù)功，機(jī)械能減少，機(jī)械能轉(zhuǎn)化為其他形式的能。5．只有電場力做功，電勢能與動(dòng)能相互轉(zhuǎn)化，二者之和保持不變。只有重力和電場力做功是重力勢能、電勢能和動(dòng)能相互轉(zhuǎn)化，三者之和保持不變。【例3】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滑下，已知在金屬塊滑下的過程中動(dòng)能增加了12J，金屬塊克服摩擦力做功8.0J，重力做功24J，則以下判斷正確的是()A．金屬塊帶負(fù)電荷B．金屬塊的電勢能減少4.0JC．金屬塊克服靜電力做功8.0JD．金屬塊的機(jī)械能減少12J【例4】（2022·廣東肇慶·高二期末）如圖所示，長、傾角的光滑斜面固定在水平地面上，整個(gè)斜面處在方向沿斜面向上的勻強(qiáng)電場中。將一個(gè)質(zhì)量、電荷量帶正電的小滑塊從斜面頂端由靜止釋放，已知小滑塊到達(dá)斜面底端所用的時(shí)間，重力加速度，，，求：（1）小滑塊下滑過程中的加速度大??；（2）勻強(qiáng)電場電場強(qiáng)度的大小；（3）小滑塊從最高點(diǎn)滑到底端的過程中，電場力做的功和小滑塊電勢能的增加量?！踞槍τ?xùn)練】訓(xùn)練角度1：只在靜電力作用下的功能問題1．如圖所示，實(shí)線為電場線，虛線為等勢面，相鄰兩等勢面間的電勢差相等。一個(gè)正電荷在等勢面L3處的動(dòng)能為20J，運(yùn)動(dòng)到等勢面L1處的動(dòng)能為0；現(xiàn)取L2為零電勢參考平面，則當(dāng)此電荷的電勢能為4J時(shí)，它的動(dòng)能為(不計(jì)重力及空氣阻力)()A．16J B．10JC．6J D．4J2．（2022·廣東湛江·高二期末）（多選）如圖所示，在正方形ABCD區(qū)域內(nèi)有方向平行于AB邊的勻強(qiáng)電場，E、F、H是對應(yīng)邊的中點(diǎn)，P是FH的中點(diǎn)。一個(gè)帶正電的粒子從F點(diǎn)沿FH方向射入電場后恰好從C點(diǎn)射出，不計(jì)粒子受到的重力，下列說法正確的是（）A．粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡經(jīng)過PE的中點(diǎn)B．粒子從C點(diǎn)射出時(shí)速度方向一定沿AC方向C．增大粒子的初速度，粒子一定從HC之間某點(diǎn)射出D．減小粒子的初速度，粒子一定從EC之間某點(diǎn)射出訓(xùn)練角度2：只有重力和靜電力做功的功能問題3．(多選)質(zhì)量為m的帶電小球在勻強(qiáng)電場中以初速度v0水平拋出，小球的加速度方向豎直向下，其大小為eq\f(2,3)g。則在小球豎直分位移為H的過程中，以下結(jié)論中正確的是()A．小球的電勢能增加了eq\f(2mgH,3)B．小球的動(dòng)能增加了eq\f(2mgH,3)C．小球的重力勢能減少了eq\f(mgH,3)D．小球的機(jī)械能減少了eq\f(mgH,3)4．如圖所示，地面上有水平向右的勻強(qiáng)電場，將一帶電小球從電場中的A點(diǎn)以某一初速度射出，小球恰好能沿與水平方向成30°角的虛線由A向B做直線運(yùn)動(dòng)，不計(jì)空氣阻力，下列說法正確的是()A．小球帶正電荷B．小球受到的電場力與重力大小之比為2∶1C．小球從A運(yùn)動(dòng)到B的過程中電勢能增加D．小球從A運(yùn)動(dòng)到B的過程中電場力所做的功等于其動(dòng)能的變化量1．在如圖所示的四個(gè)電場中，均有相互對稱分布的a、b兩點(diǎn)，其中a、b兩點(diǎn)電勢和場強(qiáng)都相同的是()ABCD2．一個(gè)帶正電的質(zhì)點(diǎn)所帶的電荷量q＝2.0×10－9C，在靜電場中由a點(diǎn)移到b點(diǎn)，在這個(gè)過程中，除靜電力外，其他力做正功為6.0×10－5J，質(zhì)點(diǎn)的動(dòng)能增加了8.0×10－5J，則a、b兩點(diǎn)間的電勢差為()A．3×104V B．1×104VC．4×104V D．7×104V3．一帶電粒子沿圖中曲線穿過一勻強(qiáng)電場中的等勢面，且四個(gè)等勢面的電勢關(guān)系滿足φa＞φb＞φc＞φd，若不計(jì)粒子所受重力，則()A．粒子一定帶正電B．粒子的運(yùn)動(dòng)是勻變速運(yùn)動(dòng)C．粒子從A點(diǎn)到B點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的過程中動(dòng)能先減小后增大D．粒子從A點(diǎn)到B點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的過程中電勢能增大4．如圖所示，三個(gè)同心圓是以同一負(fù)點(diǎn)電荷為圓心的等勢面，相鄰等勢面的電勢差相等，則下列說法正確的是()A．一個(gè)點(diǎn)電荷＋q在B點(diǎn)所受的靜電力比在A點(diǎn)的大B．一個(gè)點(diǎn)電荷＋q在B點(diǎn)具有的電勢能比在A點(diǎn)的小C．將同一個(gè)電荷由B點(diǎn)移到D點(diǎn)靜電力做的功比由C點(diǎn)移到A點(diǎn)多D．將電荷＋q由B點(diǎn)移到C點(diǎn)，靜電力做正功5.如圖所示，在等量異種點(diǎn)電荷形成的電場中有A、B、C三點(diǎn)，A點(diǎn)為兩點(diǎn)電荷連線的中點(diǎn)，B點(diǎn)為連線上距A點(diǎn)距離為d的一點(diǎn)，C點(diǎn)為兩點(diǎn)電荷連線中垂線上距A點(diǎn)距離也為d的一點(diǎn)，則下面關(guān)于三點(diǎn)電場強(qiáng)度E、電勢φ的關(guān)系，正確的是()A．EA＝EC>EB，φA＝φC>φBB．EB>EA>EC，φA＝φC>φBC．EA<EB，EA<EC，φA>φB，φA>φCD．因?yàn)殡妱萘泓c(diǎn)未規(guī)定，所以無法判斷電勢高低6．如圖所示，真空中O點(diǎn)處有一點(diǎn)電荷，在它產(chǎn)生的電場中有a、b兩點(diǎn)，a點(diǎn)的電場強(qiáng)度大小為Ea，與ab連線成53°角，b點(diǎn)的電場強(qiáng)度大小為Eb，與ab連線成37°角。關(guān)于a、b兩電場Ea、Eb及φa、φb關(guān)系，正確的是()A．25Ea＝9Eb，φa＞φb B．16Ea＝9Eb，φa＜φbC．9Ea＝25Eb，φa＞φb D．9Ea＝16Eb，φa＜φb7．(多選)位于A、B處的兩個(gè)帶有不等量負(fù)電荷的點(diǎn)電荷在平面內(nèi)的電勢分布如圖所示，圖中實(shí)線表示等勢線，則()A．a(chǎn)點(diǎn)和b點(diǎn)的電場強(qiáng)度相同B．正電荷從c點(diǎn)移到d點(diǎn)，靜電力做正功C．負(fù)電荷從a點(diǎn)移到c點(diǎn)，靜電力做正功D．正電荷從e點(diǎn)沿圖中虛線移到f點(diǎn)電勢能先減小后增大8．(多選)如圖所示，虛線框內(nèi)有勻強(qiáng)電場，AA′、BB′、CC′是該電場的三個(gè)等勢面，相鄰等勢面間的距離均為3.0cm，已知BB′上的電勢為0V。一個(gè)電子沿AA′方向以初動(dòng)能Ek＝4eV自圖中的P點(diǎn)進(jìn)入電場，剛好從C′點(diǎn)離開電場，電子從P到C′的過程靜電力做功為6eV。下列說法正確的是()A．平面AA′上的電勢為3VB．該勻強(qiáng)電場的電場強(qiáng)度為100N/CC．該粒子經(jīng)過平面BB′時(shí)的電勢能為10eVD．該粒子從P到C′的過程動(dòng)能和電勢能總和守恒9．如圖所示，點(diǎn)電荷Q形成的電場中，現(xiàn)把一個(gè)q＝－2.0×10－8C的試探電荷由無窮遠(yuǎn)處分別移到電場中的A、B、C三點(diǎn)，則：（1）靜電力做正功還是負(fù)功？（2）若移動(dòng)電荷分別做功為6.0×10－7J、4.0×10－7J、1.0×10－7J，以無窮遠(yuǎn)處為零電勢點(diǎn)，這三點(diǎn)的電勢分別為多少？（3）若選擇B點(diǎn)為電勢零點(diǎn)，這三點(diǎn)的電勢又分別為多少？10．如圖所示，Q為固定的正點(diǎn)電荷，A、B兩點(diǎn)在Q的正上方和Q相距分別為h和0.25h，將一帶電小球從A點(diǎn)由靜止釋放，運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)時(shí)速度正好又變?yōu)?。若此