2025高考物理一轮总复习第9章静电场第23讲电场能的性质课件

这是一份2025高考物理一轮总复习第9章静电场第23讲电场能的性质课件，共41页。PPT课件主要包含了知识梳理·易错辨析，末位置，零势能，减少量，电势能的，电势能Ep，电荷量q，零电势，相对性，零电势点等内容，欢迎下载使用。

一、电势能　电势1．电势能(1)电场力做功的特点电场力做功与_______无关，只与___________有关。(2)电势能①定义：电荷在_______中具有的势能，数值上等于将电荷从该点移到_________位置时电场力所做的功。②电场力做功与电势能变化的关系：电场力做的功等于_________________，即WAB＝EpA－EpB＝－ΔEp。
2．电势(1)定义：试探电荷在电场中某点具有的_________与它的_________的比值。(2)定义式：φ＝______。(3)矢标性：电势是_______，有正、负之分，其正(负)表示该点电势比_________高(低)。(4)相对性：电势具有_________，同一点的电势因选取___________的不同而不同。
3．等势面(1)定义：电场中___________的各点组成的面。(2)四个特点①等势面一定与_________垂直。②在_____________上移动电荷时电场力不做功。③电场线方向总是从_________的等势面指向_________的等势面。④等差等势面越密的地方电场强度_______，反之_______。
二、电势差1．定义：电荷在电场中，由一点A移到另一点B时，_____________与移动电荷的_________的比值。2．定义式：UAB＝______。3．电势差与电势的关系：UAB＝___________，UAB＝－UBA。
三、匀强电场中电势差与电场强度的关系
1.电场中电场强度为零的地方电势一定为零。(　　 )2．等势面是客观存在的，电场线与等势面一定垂直。(　　 )3．电场力做功与路径无关。(　　 )4．带电粒子仅受电场力作用时，一定从电势能大的地方向电势能小的地方移动。(　　 )5．由于静电力做功跟移动电荷的路径无关，所以电势差也跟移动电荷的路径无关，只跟这两点的位置有关。(　　 )
电势高低及电势能大小的判断
(能力考点·深度研析)1．电场力做功与电势差、电势能变化的关系关系式WAB＝UABq＝EpA－EpB(1)注意角标顺序：WAB表示电荷从A移到B电场力做的功；UAB表示φA－φB。(2)注意正负含义：电势、电势能的正负均表示大小，电势差的正负表示两点电势的相对高低。(3)注意相对性：电势、电势能都与零电势点有关，而电势差与零电势点无关。
2．判断电场力做功正负、电势高低、电势能变化的方法
►考向1　电势高低和电场力做功正、负的判断 (多选)(2023·广东卷)电子墨水是一种无光源显示技术，它利用电场调控带电颜料微粒的分布，使之在自然光的照射下呈现出不同颜色。透明面板下有一层胶囊，其中每个胶囊都是一个像素。如图所示，胶囊中有带正电的白色微粒和带负电的黑色微粒。当胶囊下方的电极极性由负变正时，微粒在胶囊内迁移(每个微粒电荷量保持不变)，像素由黑色变成白色。下列说法正确的有( )
A．像素呈黑色时，黑色微粒所在区域的电势高于白色微粒所在区域的电势B．像素呈白色时，黑色微粒所在区域的电势低于白色微粒所在区域的电势C．像素由黑变白的过程中，电场力对白色微粒做正功D．像素由白变黑的过程中，电场力对黑色微粒做负功
[解析]　像素呈黑色时，当胶囊下方的电极带负电，像素胶囊里电场线方向向下，所以黑色微粒所在的区域的电势高于白色微粒所在区域的电势，故A正确；像素呈白色时，当胶囊下方的电极带正电，像素胶囊里电场线方向向上，所以黑色微粒所在的区域的电势高于白色微粒所在区域的电势，故B错误；像素由黑变白的过程中，白色微粒受到的电场力向上，位移向上，电场力对白色微粒做正功，故C正确；像素由白变黑的过程中，黑色微粒受到的电场力向下，位移向下，电场力对黑色微粒做正功，故D错误。故选AC。
►考向2　电势高低和电势能大小的判断
[解析]　根据场强叠加以及对称性可知，MN两点的场强大小相同，但是方向不同，选项A错误；因在A、B处的正电荷在M、N两点的合电势相等，在C点的负电荷在M、N两点的电势也相等，则M、N两点电势相等，选项B正确；负电荷从M到O，因A、B两电荷的合力对负电荷的库仑力从O指向M，则该力对负电荷做负功，C点的负电荷也对该负电荷做负功，可知三个电荷对该负电荷的合力对其做负功，则该负电荷的电势能增加，即负电荷在M点的电势能比在O点小；同理可知负电荷在N点的电势能比在O点小，选项C正确，D错误。故选BC。
【跟踪训练】 (2023·湖北卷)在正点电荷Q产生的电场中有M、N两点，其电势分别为φM、φN，电场强度大小分别为EM、EN。下列说法正确的是(　　 )A．若φM>φN，则M点到电荷Q的距离比N点的远B．若EMEN
[解析]　沿着电场线的方向电势降低，根据正点电荷产生的电场特点可知若φM>φN，则M点到电荷Q的距离比N点的近，故A错误；电场线的疏密程度表示电场强度的大小，根据正点电荷产生的电场特点可知若EM电场线、等势面与粒子运动轨道
(能力考点·深度研析)1．常见电场线与等势面
2.电场线、等势面与轨迹问题的分析方法
►考向1　等势面的理解和应用 (多选)(2023·辽宁卷)图(a)为金属四极杆带电粒子质量分析器的局部结构示意图，图(b)为四极杆内垂直于x轴的任意截面内的等势面分布图，相邻两等势面间电势差相等，则( )A．P点电势比M点的低B．P点电场强度大小比M点的大C．M点电场强度方向沿z轴正方向D．沿x轴运动的带电粒子，电势能不变
[解析]　因P点所在的等势面高于M点所在的等势面，可知P点电势比M点的高，选项A错误；因M点所在的等差等势面密集，则M点场强较P点大，即P点电场强度大小比M点的小，选项B错误；场强方向垂直等势面，且沿电场线方向电势逐渐降低，可知M点电场强度方向沿z轴正方向，选项C正确；因x轴上各电势相等，则沿x轴运动的带电粒子，电势能不变，选项D正确。故选CD。
►考向2　等势面与粒子运动轨迹如图所示，虚线为某静电场中的等差等势线(相邻两虚线间的电势差相等)，实线为某带电粒子在该静电场中运动的轨迹，a、b、c、d为粒子的运动轨迹与等势线的交点，除静电力外，粒子受到的其他力均可不计。下列说法正确的是(　　 )A．粒子在a、c两点的加速度大小一定相等B．粒子在b、c两点的速度大小一定相等C．粒子运动过程中速度一定先减小后增大D．粒子在b点时的电势能一定比在d点时的电势能大
[解析]　因a点处的等差等势线比c点处的密集，故a点处的电场强度大于c点处的电场强度，故电荷在a点受到的静电力大于在c点受到的静电力，结合牛顿第二定律可知，粒子在a点的加速度比在c点的加速度大，故A错误；b、c两点的电势相等，则粒子在b、c两点的电势能相等，由能量守恒定律可知，粒子在b、c两点的动能相等，速度大小相等，故B正确；由粒子运动的轨迹弯曲的方向及等势线与电场线垂直可知，粒子受到的静电力指向轨迹曲线内侧且垂直于等势线，则粒子从a运动到b静电力做正功，粒子速度增大，从c运动到d静电力做负功，速度减小，故粒子在由a到d的运动过程中的速度先增大后减小，同理，粒子在由d到a的运动过程中的速度也先增大后减小，故C错误；因粒子由c到d的过程中静电力做负功，动能减小，电势能增大，即粒子在d点的电势能大于在c点的电势能，由于c点电势与b点电势相等，粒子在c点与b点电势能相等，故粒子在d点的电势能大于在b点的电势能，故D错误。
►考向3　电场线与粒子运动轨迹 真空中某静电场电场线的分布如图所示，如图中P、Q两点关于点电荷q1水平对称。P、Q两点电场强度的大小分别为EP、EQ，电势分别为φP、φQ。一个带电粒子沿虚线轨迹从M移动至N。以下选项正确的是(　　 )A．φP<φQB．EQ>EPC．此带电粒子带负电，它的电势能先变大后变小D．此带电粒子带正电，它的电势能先变大后变小
[解析]　根据电场线的分布情况，可知φP>φQ，A错误；根据电场线的疏密比较电场强度的大小，可知P点电场线密，电场强度大，EP>EQ，B错误；根据电场线的特点，可知此电场是由不等量的异种电荷产生的，其中q1带负电，q2带正电，粒子从M点运动到N点，轨迹向左弯曲，受到了向左的力，所以此带电粒子带负电，电势先降低后升高，所以负电荷的电势能先变大后变小，C正确，D错误。
电势差与电场强度的关系
(能力考点·深度研析)1．由匀强电场的电势分布确定电场强度的方法
(2)平行结论法：匀强电场中若两线段(非等势线线段)平行，则这两线段各自的端点间电势差正比于线段长度。题中出现平行线时可用此方法。
►考向1　匀强电场中电场强度和电势差的关系 (2023·黑龙江哈尔滨市第一二二中学模拟)如图，在匀强电场中有一虚线圆，ab和cd是圆的两条直径，其中ab与电场方向的夹角为60°，ab＝0.2 m，cd与电场方向平行，a、b两点间的电势差Uab＝20 V。则(　　 )A．电场强度的大小E＝100 V/mB．b点的电势比d点的低5 VC．将电子从c点移到d点，静电力做正功D．电子在a点的电势能大于在c点的电势能
►考向2　等分法求解电场强度 (2023·内蒙古高三模拟)如图，在匀强电场中，有边长为2 cm的正六边形ABCDEF，其六个顶点均位于同一个圆上，正六边形所在平面与匀强电场的电场线平行，O点为该正六边形的中心，B、D、F三点电势分别为2 V、6 V、4 V，下列说法不正确的是(　　 )A．A点电势为2 VB．UAF等于UCD
等分法确定电场线及电势高低的解题思路
►考向3　非匀强电场中电场强度和电势差的关系 如图是匀强电场遇到空腔导体后的部分电场线分布图，电场线的方向如图所示，M、N、Q是以直电场线上一点O为圆心的同一圆周上的三点，OQ连线垂直于MN，以下说法正确的是(　　 )A．O点电势与Q点电势相等B．将一正电荷由M点移到Q点，电荷的电势能减少C．MO间的电势差等于ON间的电势差D．在Q点释放一个正电荷，正电荷所受电场力将沿与OQ垂直的方向竖直向上
[解析]　过O点和Q点作电场的等势面，如图所示，由图可知，O、Q两点的电势不相等，故A项错误；将一正电荷由M点移到Q点，电场力对电荷做正功，故电荷的电势能减少，故B项正确；MO与ON相等，但由于电场不是匀强电场，且MO间的平均场强大于ON间的平均场强，因此由U＝Ed可推得，MO间的电势差大于ON间的电势差，故C项错误；在Q点释放一个正电荷，正电荷所受电场力将沿Q点电场线的切线方向斜向上，故D项错误。
【跟踪训练】 (多选)(2021·湖南卷)如图，圆心为O的圆处于匀强电场中，电场方向与圆平面平行，ab和cd为该圆直径。将电荷量为q(q>0)的粒子从a点移动到b点，电场力做功为2W(W>0)；若将该粒子从c点移动到d点，电场力做功为W。下列说法正确的是( )A．该匀强电场的场强方向与ab平行B．将该粒子从d点移动到b点，电场力做功为0.5WC．a点电势低于c点电势D．若只受电场力，从d点射入圆形电场区域的所有带电粒子都做曲线运动