人教版 (2019)必修 第三册第十章 静电场中的能量综合与测试课文配套ppt课件
展开素养培优课(二) 电场能的性质
(教师用书独具)
培优目标：1．掌握电势和电势能大小的判断方法。 2．理解电场中的功能关系和能量守恒定律。 3．会应用功能关系和能量守恒定律解决相关问题。
考点1 电势高低及电势能大小的判断
1．电势高低的判断方法
判断角度 | 判断方法 |
依据电场线方向 | 沿电场线方向，电势越来越低(电场线的方向就是电势降低最快的方向) |
场源电荷判断法 | 离场源正电荷越近的点，电势越高；离场源负电荷越近的点，电势越低 |
根据电场力做功判断 | 正电荷在电场力作用下移动时，电场力做正功，电荷由高电势处移向低电势处；正电荷克服电场力做功，电荷由低电势处移向高电势处。对于负电荷，情况恰好相反 |
根据Ep＝qφ判断 | 正电荷所在处的电势能越大，该点电势越高；负电荷所在处的电势能越大，该点电势越低 |
2．电势能大小的判断方法
判断角度 | 判断方法 |
做功判断法 | 电场力做正功，电势能减少；电场力做负功，电势能增大 |
电荷电势法 | 正电荷在电势越高的地方电势能越大；负电荷在电势越低的地方电势能越大 |
公式法 | 由Ep＝qφ，将电荷的大小、正负号一起代入公式。若Ep为正值，其绝对值越大表示电势能越大；如Ep为负值，其绝对值越小，表示电势能越大 |
能量守恒法 | 若只有电场力做功，电荷的动能和电势能之和不变，电荷动能增加，电势能减少；电荷动能减少，电势能增加 |
场源电荷判断法 | 离场源正电荷越近，检验正电荷(或负电荷)的电势能越大(或越小)，离场源负电荷越近，检验正电荷(或负电荷)的电势能越小(或越大) |
电场线法 | 顺着电场线的方向，检验正电荷(或负电荷)的电势能减少(或增加)，逆着电场线的方向，检验正电荷(或负电荷)的电势能增加(或减少) |
【典例1】 在真空中A、B两点分别放置等量异种电荷，在电场中通过A、B两点的竖直平面内对称位置取一正方形路径abcd，如图所示，现将一电子沿abcd移动一周，则以下判断中正确的是( )
A．由a→b，电势降低，电子的电势能减少
B．由b→c，电势先降低后升高，电场对电子先做正功后做负功，总功为零
C．由c→d，电子的电势能增加
D．由d→a，电子的电势能先减少后增加，电势能总增量为零
[思路点拨] (1)根据电势高低，分析电场力对电子做功的正负。
(2)根据等势线的分布情况分析电势的变化。
D [等量异种点电荷的电场线及等势面分布情况如图所示，由图中电场线分布可知，从a到b电势逐渐降低，电子的电势能增加，A错误；再由等势线的分布可知，b、c在同一等势面上，沿直线由b到c电势先降低后升高，电场对电子先做负功，后做正功，总功为零，B错误；由c到d，电场对电子做正功，电子的电势能减少，C错误；a、d在同一等势面上，由d到a，电子的电势能先减少后增加，电势能总增量为零，D正确。]
(1)同一条电场线上的两点，可用沿电场线方向，电势降低，比较两点电势高低；不在同一电场线上的两点，可画出过两点的等势面，再用沿电场线由高等势面指向低等势面比较两点电势高低。
(2)判断电势能增减时最常用的方法是将电荷从一点移至另一点，判断电场力做功的正、负，从而比较电荷具有电势能的增减情况。
[跟进训练]
1．如图所示，将带正电的甲球放在不带电的乙球左侧，两球在空间形成了稳定的静电场，实线为电场线，虚线为等差等势线。A、B两点与两球球心连线位于同一直线上，C、D两点关于直线AB对称，则( )
A．A点和B点的电势相同
B．正电荷从A点移至B点，电场力做正功
C．C点和D点的电场强度相同
D．负电荷从C点移至D点，电势能增大
B [本题疑难之处是不清楚电场线的特点。A点和B点不在同一个等势线上，所以它们的电势不同，所以A错误；从A点至B点，电势降低，所以正电荷从A点移至B点，电场力做正功，所以B正确；根据电场的对称性可知，C点和D点的电场强度的大小相等，但是它们的方向不同，所以C错误；C点和D点在同一个等势线上，负电荷从C点移至D点，电势能不变，所以D错误。]
考点2 电场中的功能关系
功是能量转化的量度，每一种力做功必然伴随一种能量与其他能量的相互转化。
1．电场力做功实现了电势能与其他形式的能的相互转化，电场力做正功，电势能减少，电势能转化为其他形式的能；电场力做负功，电势能增加，其他形式的能转化为电势能。
2．重力做功实现了重力势能与其他形式的能的相互转化，重力做正功，重力势能减少，重力势能转化为其他形式的能；重力做负功，重力势能增加，其他形式的能转化为重力势能。
3．合外力做功实现了动能与其他形式的能的相互转化，合外力做正功，动能增加，其他形式的能转化为动能；合外力做负功，动能减少，动能转化为其他形式的能。
4．除重力(系统内弹力)以外的力做功实现了机械能与其他形式的能的相互转化，除重力(系统内弹力)以外的力做正功，机械能增加，其他形式的能转化为机械能；除重力(系统内弹力)以外的力做负功，机械能减少，机械能转化为其他形式的能。
5．只有电场力做功，电势能与动能相互转化，二者之和保持不变。只有重力和电场力做功是重力势能、电势能和动能相互转化，三者之和保持不变。
【典例2】 如图所示，在水平向右的匀强电场中有一绝缘斜面，斜面上有一带电金属块沿斜面滑下，已知在金属块滑下的过程中动能增加了12 J，金属块克服摩擦力做功8.0 J，重力做功24 J，则以下判断正确的是( )
A．金属块带负电荷
B．金属块的电势能减少4.0 J
C．金属块克服静电力做功8.0 J
D．金属块的机械能减少12 J
[思路点拨] (1)根据动能定理求电场力做功，进而判断金属块的电性。
(2)电场力做功量度电势能的改变。
D [在金属块滑下的过程中动能增加了12 J，金属块克服摩擦力做功8.0 J，重力做功24 J，根据动能定理得W总＝WG＋W电＋Wf＝ΔEk，解得W电＝－4 J，所以金属块克服静电力做功4.0 J，金属块的电势能增加4 J。由于金属块下滑，静电力做负功，所以静电力应该水平向右，所以金属块带正电荷。在金属块滑下的过程中重力做功24 J，重力势能减小24 J，动能增加了12 J，所以金属块的机械能减少12 J，故D正确，A、B、C错误。]
[跟进训练]
2．质量为m的带电小球在匀强电场中以初速度v0水平抛出，小球的加速度方向竖直向下，其大小为g。则在小球竖直分位移为H的过程中，以下结论中正确的是( )
A．小球的电势能增加了
B．小球的动能增加了
C．小球的重力势能减少了
D．小球的机械能增加了
B [分析小球的受力情况，根据牛顿第二定律可知，mg－qE＝ma，解得静电力qE＝mg，方向竖直向上，在小球竖直分位移为H的过程中，静电力做功为－mgH，根据功能关系可知，小球的电势能增加mgH，机械能减小了mgH，A、D错误；重力做功为mgH，重力势能减少了mgH，C错误；根据动能定理可知，合外力做功，动能增加了，B正确。]
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