2022-2023年高考物理一轮复习 电场的能的性质课件(重点难点易错点核心热点经典考点)
展开1.电势差:电荷在电场中两点间移动时, 的比值,叫做这两点间的电势差.表达式: ,是标量,由电场本身决定.2.电势:电场中某点的电势在数值上等于 ,是标量,描述 的性质,由电场本身决定.
由该点移到电势零点时电场力所做的功
一、电势差、电势、等势面、电势能等概念
3.电势能:电荷在电场中某点具有的电势能等于 ,它是由电荷和电场共同具有的.4.电势能、电势具有 性,与零电势点的选取 关;电势能的改变、电势差与零电势点的选取 关.5.等势面:电场中 点构成的面叫等势面.
它的电荷量与该点电势的乘积
电场力对电荷做正功,电势能减少;电场力对电荷做负功,电势能增加.且电势能的改变量等于电场力做功的多少,即W电=-ΔE.三、匀强电场中电势差与电场强度的关系沿匀强电场场强方向,两点间的电势差等于场强和这两点间距离的乘积,即U=E·d.四、常见电场等势面分布图
二、电场力做功与电势能改变的关系
1.在同一等势面上各点电势相等,所以在同一等势面上移动电荷,电场力不做功.2.电场线跟等势面一定垂直,并且由电势高的等势面指向电势低的等势面.3.等势面越密,电场强度越大.4.等势面不相交,不相切.5.电场线的方向是电势降低的方向.6.沿匀强电场中任何一条直线(等势面除外),电势都是均匀变化的.
题型一:电势高低与电势能大小的比较
例1 某电场的电场线分布如图所示,下列说法正确的是( )A.a点的电势高于b点的电势B.c点的电场强度大于d点的电场强度C.若将正试探电荷由a点移到b点,电场力做正功D.若将一负试探电荷由c点移到d点,电势能减少
【解析】沿电场方向电势降低,φa<φb,A错.电场线的疏密程度反映了电场强度的小大关系,Ec
(2)依据电势高低判断正电荷在电势高处具有的电势能大,负电荷在电势低处具有的电势能大.3.电势与电势能比较
题型二:匀强电场中电势差与场强的关系
(2)已知电场中几点的电势,如果要求某点的电势时,一般采用“等分法”在电场中找与待求点电势相同的等势点,等分法也常用在画电场线的问题中.(3)在匀强电场中,相互平行的相等长度的线段两端间的电势差相等,应用这一点可求解电势.
例3 如图所示,虚线表示等势面,相邻两等势面间的电势差相等.有一带正电的小球在电场中运动,实线表示该小球的运动轨迹.小球在a点的动能等于20 eV,运动到b点时的动能等于2 eV.若取c点为电势零点,则当这个带电小球的电势能等于-6 eV时(不计重力和空气阻力),它的动能等于( )A.16 eV B.14 eV C.6 eV D.4 eV
【思路点拨】正确理解电场力与路径无关及其与电势能的变化关系,运用能量守恒定律是解题的关键.
题型三:电场力做功的计算及电场中的功能关系问题
【解析】由动能定理可知,小球由a到b的过程中,动能减少20 eV-2 eV=18 eV,故电场力做功Wab=-18 eV,小球电势能增加量ΔEpab=18 eV,选C点为零电势点,则a点电势能Epa=-12 eV,又因小球重力不计,只有电场力做功,故小球运动过程中,电势能与动能的和不变,由Epa+Eka=-12 eV+20 eV=8 eV可知,当小球电势能为-6 eV时,它的动能为14 eV,B正确.
【方法与知识感悟】1.电场力做功的计算方法(1)由公式W=Flcs θ计算,此公式只适用于匀强电场,可变形为W=qElcs θ.(2)由W=qU来计算,此公式适用于任何形式的静电场.(3)由动能定理来计算:W电场力+W其他力=ΔEk.(4)由电势能的变化计算:W电场力=Ep1-Ep2.
2.电场中的功能关系(1)若只有电场力做功,电势能与动能之和保持不变;(2)若只有电场力和重力做功,电势能、重力势能、动能之和保持不变;(3)除重力之外,其他各力对物体做的功等于物体机械能的变化.(4)所有力对物体所做的功,等于物体动能的变化.
题型四:E-x图象和φ-x图象问题
例4 空间有一沿x轴对称分布的电场,其电场强度E随x变化的图象如图所示.下列说法正确的是( )A.O点的电势最低B.x2点的电势最高C.x1和-x1两点的电势相等D.x1和x3两点的电势相等
【思路点拨】场源电荷如图分布,以x轴正方向的场强为正,即可得到题中的E-x图象.在E-x图象上取一微元,由U=Ed可知电场强度E随x变化的一小段图象与x轴所围的面积表示对应的两点之间的电势差,据此可比较两点之间电势的高低.
【解析】电势差与电场强度的关系为U=Ed,此表达式适用于匀强电场,图中为非匀强电场的场强E与坐标x的关系图象,当取一段极短长度Δx时,可认为Δx长度内的电场为匀强电场,因此图像所包围的面积表示电势差.图中从O点沿+x轴方向,场强为正值,所以图线与x轴包围的面积表示的电势差为正,表示沿+x轴方向的电势逐渐降低,即O点电势依次大于x1点、x2点、x3点的电势,选项A、B、D错误.而图中沿-x轴方向,场强为负值,所以图线与x轴包围的面积表示的电势差为正,即沿-x轴方向的电势也逐渐降低.因从-x1点到x1点,E-x图线在O点两侧所包围的面积相等,表示这两点间的电势差为零,所以-x1和x1两点电势相等,选项C正确.
【方法与知识感悟】在x轴上,位于x=O处的点电荷的E-x图象是由最大值迅速减小的曲线,图象关于坐标原点对称;等量同种点电荷连线上的E-x图象关于坐标原点对称,两电荷连线的中点处场强为O;两等量异种点电荷连线上的E-x图象关于连线中垂线对称,两点电荷连线中点处场强较小,但不为0.
例5 两个等量异种点电荷位于x轴上,相对原点对称分布,正确描述电势随位置变化规律的是图( )
【思路点拔】φ-x图象的斜率大小表示电场强度沿x轴方向分量的大小(或电场强度的大小).若图象某段平行于x轴,表明电势φ在该段不随x变化,电场强度沿x轴方向的分量为0,空间各点场强与x轴垂直.
【解析】在两个等量异种点电荷连线的垂直平分线上各点的电势都是零,所以坐标原点的电势为零.在x轴负方向上,各点的合电势为正值.在x轴正方向上,各点的合电势为负值,所以,只有A是对的.
【方法与知识感悟】两等量异种点电荷连线中点处电势为零,靠近正电荷处电势大于0,离正电荷越近,电势越高;靠近负电荷处电势小于0,离负电荷越近,电势越低,离正、负电荷无限远处电势都为0.
1.关于静电场,下列结论普遍成立的是( )A.电场强度大的地方电势高,电场强度小的地方电势低B.电场中任意两点之间的电势差只与这两点的场强有关C.在正电荷或负电荷产生的静电场中,场强方向都指向电势降低最快的方向D.将正点电荷从场强为零的一点移动到场强为零的另一点,电场力做功为零
【解析】电势的高低与电场强度的大小无关,A错;电场中任意两点的电势差不仅与这两点的场强有关,还与这两点沿电场线方向的距离有关,B错;在D项中,初、末位置场强为零,中间某段场强可能不为零,电场力做功不一定为零,D错;只有C项正确.
*2.如图所示,带电质点P1固定在光滑的水平绝缘的桌面上,在桌面上距P1一定距离处有另一个带电质点P2,P2在桌面上运动,某一时刻质点P2的速度沿垂直于P1、P2的连线方向,则( )A.若P1、P2为同种电荷,以后P2一定做速度变大的曲线运动B.若P1、P2为同种电荷,以后P2一定做加速度变大的曲线运动C.若P1、P2为异种电荷,以后P2的速度大小和加速度大小可能不变D.若P1、P2为异种电荷,以后P2可能做加速度、速度都变小的曲线运动
*3.如图为一匀强电场,某带电小球从A点运动到B点.在这一运动过程中克服重力做的功为4.0 J,电场力做的功为2.5 J.则下列说法正确的是( )A.小球带正电B.小球在A点的电势能比在B点多1.5 JC.小球在A点的动能比在B点多1.5 JD.小球在A点的机械能比在B点多1.5 J
【解析】电场力做正功,小球带正电,A对.在A点的电势能大于在B点的电势能2.5 J,B错.由能量守恒知道C正确.机械能A点处小于B点处2.5 J,D错.
4.电荷量q=-2.0×10-5C的电荷在匀强电场中由A点移动至B点时电场力做的功为6.0×10-4 J,若把它从A点移至电场中的C点,电场力做的功为-3.0×10-4 J,已知A、B连线与A、C连线夹角为120°,AB=9.0 cm,AC=4.5 cm,求A、B两点的电势差和电场强度.
1.两个等量正点电荷位于x轴上,关于原点O呈对称分布,下列能正确描述x轴上的电场强度E随位置x变化规律的图像是( )
2.如图所示,在粗糙绝缘水平面上固定一点电荷Q,从M点无初速度释放一带有恒定负电荷的小物块,小物块在Q形成的电场中运动到N点静止.则小物块从M点运动到N点的过程中,下列说法中正确的是( )A.小物块所受电场力逐渐增大B.小物块具有的电势能逐渐增大C.Q形成的电场中M点的电势高于N点的电势D.小物块电势能变化量的大小等于克服摩擦力做的功
4.如图所示,两个固定的相同细环相距一定的距离,同轴放置,O1、O2分别为两环的圆心,两环分别带有均匀分布的等量异种电荷.一带正电的粒子从很远处沿轴线飞来并穿过两环,则在带电粒子运动过程中( )A.在O1点粒子加速度方向向右B.从O1到O2过程粒子电势能一直增加C.轴线上O1点左侧存在一点,粒子在该点动能最小D.轴线上O1点右侧、O2点左侧都存在场强为零的点,它们关于O1、O2连线中点对称
*5.如图所示,为某一点电荷所形成的一族电场线,a、b、c三条虚线为三个带电粒子以相同的速度从O点射入电场的运动轨迹,其中b虚线为一圆弧,AB的长度等于BC的长度,且三个粒子的电荷量大小相等,不计粒子重力,则以下说法正确的是( )A.a一定是正粒子的运动轨迹,b和c一定是负粒子的运动轨迹B.由于AB的长度等于BC的长度,故UAB=UBCC.a虚线对应的粒子的加速度越来越小,c虚线对应的粒子的加速度越来越大,b虚线对应的粒子的加速度大小不变D.b虚线对应的粒子的质量大于c虚线对应的粒子的质量
*6.如图所示为一带正电粒子(重力不计)绕负电荷Q旋转,假设该粒子运动轨道为椭圆,A点为离电荷Q最近的点,B点为离电荷Q最远的点.则在粒子由A点运动至B点的过程中,下列说法正确的是( )A.所受库仑力逐渐减小B.速度逐渐减小C.电势能逐渐减少D.电势逐渐升高
*8.如图所示,在y轴上关于O点对称的A、B两点有等量同种电荷+Q,在x轴上C点有点电荷-Q,且CO=OD,∠ADO=60°,下列说法中正确的是( )A.O点的电场强度为零B.D点的电场强度为零C.若将点电荷+q从O移向C,电势能增大D.若将点电荷-q从O移向C,电势能增大
9.假设空间某一静电场的电势φ随x变化情况如图所示,根据图中信息可以确定下列说法中正确的是( )A.空间各点场强的方向均与x轴垂直B.电荷沿x轴从O移到x1的过程中,一定不受电场力的作用C.正电荷沿x轴从x2移到x3的过程中,电场力做正功,电势能减少D.负电荷沿x轴从x4移到x5的过程中,电场力做负功,电势能增加
【解析】只有电势φ随x变化图线为平行x轴部分,场强方向才与x轴垂直,选项A错误;电荷沿x轴从0移到x1的过程中,所受电场力与等势面垂直,电场力不做功,选项B错误;正电荷沿x轴从x2移到x3的过程中,电场力做负功,电势能增加,选项C错误;负电荷沿x轴从x4移到x5的过程中,电场力做负功,电势能增加,选项D正确.
*10.右图是某种静电矿料分选器的原理示意图,带电矿粉经漏斗落入水平匀强电场后,分落在收集板中央的两侧,对矿粉分离的过程,下列表述正确的有( )A.带正电的矿粉落在右侧B.电场力对矿粉做正功C.带负电的矿粉电势能变大D.带正电的矿粉电势能变小
【解析】不管带正电还是负电,电场力做正功,电势能减小,正电荷受的电场力向左故在左边,负电荷在右边,选BD.
11.如图所示,a、b、c、d是某匀强电场中的四个点,它们正好是一个矩形的四个顶点ab=cd=L,ad=bc=2 L,电场线与矩形所在平面平行.已知a、b、d点的电势分别为20 V,24 V和12 V,一个质子以速度v0经过b点,速度方向与bc成45°角,经过一段时间质子经过c点,不计质子的重力,则( )A.a点的电势低于c点电势B.电场强度方向由b指向dC.质子从b点运动到c点,电场力做功8eVD.质子从b点运动到c点,电场力做功10eV
12.在光滑绝缘的水平面上,用长为2L的绝缘轻杆连接两个质量均为m的带电小球A和B.A球的带电量为+2q,B球的带电量为-3q,组成一带电系统,如图所示,虚线MP为AB两球连线的垂直平分线,虚线NQ与MP平行且相距5L.最初A和B分别静止于虚线MP的两侧,距MP的距离均为L,且A球距虚线NQ的距离为4L.若视小球为质点,不计轻杆的质量,在虚线MP,NQ间加上水平向右的匀强电场E后,试求:(1)带电系统向右运动的最大距离;
(2)带电系统从开始运动到速度第一次为零时,B球电势能的变化量;(3)带电系统何时速度最大?最大速度为多少?
【解析】(1)设球A向右运动s时,系统速度为零由动能定理,A球电场力做功等于B球克服电场力做功则2qE×s=3qE×(s-L),则s=3L (2)B球进入电场距离为2L,B球克服电场力做功WFB=6qEL则B球电势能增加了6qEL
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