2026届高考物理一轮复习课件 第九章 第3讲 小专题 电场中的功能关系和图像问题

这是一份2026届高考物理一轮复习课件 第九章 第3讲 小专题 电场中的功能关系和图像问题，共51页。PPT课件主要包含了考点一，电场中的功能关系，常见的功能关系，考点二，静电场中的图像问题，满分42分，课时作业，基础对点练，BCD，综合提升练等内容，欢迎下载使用。
如图所示,绝缘粗糙水平面左侧固定一水平放置的绝缘轻质弹簧,空间存在水平向右的匀强电场,一质量为m、带正电的小物块(视为质点)以初速度v0从A点开始向左运动,并压缩弹簧至B点。
(1)小物块从A点运动到B点过程中有哪些力对物块做功?分别做正功还是负功?
提示:(1)小物块由A点运动到B点过程中,电场力对物块做负功,摩擦力对物块做负功,弹簧弹力做负功。
(2)小物块从A点运动到B点过程中哪些能量减少了?哪些能量增加了?
提示: (2)小物块的动能减少了;小物块的电势能增加了,弹簧的弹性势能增加了,内能增加了。
(1)合外力做功等于动能的变化量,即W合=Ek2－Ek1=ΔEk(动能定理)。(2)重力做功等于物体重力势能的减少量,即WG=EpG1－EpG2=－ΔEpG。(3)静电力做功等于电势能的减少量,即W电=Ep电1－Ep电2=－ΔEp电。(4)弹簧弹力做功等于弹性势能的减少量,即W弹=Ep弹1－Ep弹2=－ΔEp弹。(5)除了重力和弹簧弹力之外其他力做的总功等于物体机械能的变化,即W其他力=E机2－E机1=ΔE机。
2.电场中常见的能量关系
(1)若只有电场力做功,则动能和电势能之间相互转化,二者之和保持不变,即ΔEk=－ΔEp。(2)若只有电场力和重力做功,则机械能和电势能之间相互转化,电势能、重力势能、动能之和保持不变。
注意:动能定理可以把不同力对物体做的功联系起来;能量守恒定律可以把系统中参与变化的所有能量联系起来。
[例1] 【仅在静电力作用下的功能关系】 (2024·贵州模拟)如图所示,虚线a、b、c、d、e是电场中的一组平行等差等势面,相邻两等势面间的电势差为3 V,其中a等势面的电势为9 V,电子以某初速度从P点平行纸面射入,速度方向与a等势面夹角为45°,已知该电子恰好能运动到e等势面(不计电子重力)。则(　　)[A] 电子在电场中做匀减速直线运动[B] 电子运动到e等势面时动能为0[C] 电子运动到c等势面时动能为18 eV[D] 电子返回a等势面时动能为12 eV
[例2] 【重力和静电力作用下的功能关系】 (2024·黑吉辽卷,6)在水平方向的匀强电场中,一带电小球仅在重力和电场力作用下于竖直面(纸面)内运动。如图,若小球的初速度方向沿虚线,则其运动轨迹为直线,若小球的初速度方向垂直于虚线,则其从O点出发运动到O点等高处的过程中(　 　)[A] 动能减小,电势能增大[B] 动能增大,电势能增大[C] 动能减小,电势能减小[D] 动能增大,电势能减小
【解析】 根据题意,若小球的初速度方向沿虚线,则其运动轨迹为直线,可知电场力和重力的合力沿着虚线方向,又电场强度方向为水平方向,根据力的合成可知,电场力方向水平向右;若小球的初速度方向垂直于虚线,则其从O点出发运动到O点等高处的过程中重力对小球做功为零,电场力的方向与小球的位移方向相同,则电场力对小球做正功,小球的动能增大,电势能减小。
[变式] 在[例3] 中弹簧的劲度系数是多少?物块下落过程中的最大速度是多少?
2.E－x图像(电场方向与x轴平行)(1)E－x图像为静电场在x轴上的电场强度E随x的变化关系,若规定x轴正方向为电场强度E的正方向,则E>0时,电场强度E沿x轴正方向;EOM,OM=ON,则小球( 　　)[A] 在运动过程中,电势能先增加后减少[B] 在P点的电势能大于在N点的电势能[C] 在M点的机械能等于在N点的机械能[D] 从M点运动到N点的过程中,电场力始终不做功
3.(4分)(2024·四川南充模拟)如图所示,水平放置的轻质绝缘弹簧左端固定在竖直墙壁上,右端连接一放置在光滑绝缘水平面上的带正电小球,水平面上方存在水平向右的匀强电场。初始时弹簧处于压缩状态,将小球由静止释放,小球运动过程中弹簧始终在弹性限度内,则在小球向右运动的过程中(　 　)[A] 弹簧恢复原长时,小球的速度最大[B] 小球运动到最右端时,小球的加速度为零[C] 小球运动到最右端时,弹簧的弹性势能最大[D] 小球运动到最右端时,弹簧的弹性势能与初始时相等
【解析】 当小球在水平方向上受到电场力和弹簧弹力平衡时,加速度为零,小球速度有最大值,此时弹簧处于伸长状态,故A错误;小球做简谐运动,电场力和弹簧弹力的合力提供回复力,小球运动到最右端时弹簧的弹性势能最大,此时小球速度为零,小球的加速度最大,故B错误,C正确;在小球向右运动到最右端的过程,电场力做正功,根据动能定理W电+W弹=0,可知弹簧弹力做负功,小球运动到最右端时,弹簧的弹性势能比初始时的大,D错误。
4.(6分)(2024·云南昭通模拟)(多选)如图甲所示,一绝缘带电的竖直圆环上均匀分布着电荷,一光滑绝缘细杆从圆心垂直于圆环平面穿过圆环,杆上穿一个带负电的小球(图中未画出),现使小球从a点由静止释放,并开始计时,先后经过b、c两点,其运动过程中的v－t图像如图乙所示。下列说法正确的是( 　　)[A] 带电圆环在圆心处产生的电场强度为零[B] c点场强大于b点场强[C] a点的电势高于b点的电势[D] 电势差Uab大于Ubc
对点2.静电场中的图像问题
5.(4分)(2025·内蒙古高考适应性考试)如图,一带正电小球甲固定在光滑绝缘斜面上,另一带正电小球乙在斜面上由静止释放。以释放点为原点,沿斜面向下为正方向建立x轴。在乙沿x轴加速下滑过程中,其动能Ek和机械能E随位置x变化的图像,可能正确的是(　　)
7.(6分)(2024·河南开封质检)(多选)空间中有水平方向的匀强电场,一质量为m、带电荷量为q的微粒在某平面内运动,其电势能和重力势能随时间的变化如图所示,则该微粒(　 　)[A] 一定带正电[B] 0～3 s内静电力做的功为－9 J[C] 运动过程中动能不变[D] 0～3 s内除静电力和重力外所受其他力对微粒做的功为12 J
【解析】 由于不清楚电场强度的方向,故无法确定微粒的电性,故A错误;由题图可知,0～3 s内电势能增加9 J,则0～3 s静电力做的功为－9 J,故B正确;由题图可知,电势能均匀增加,即静电力做的功与时间成正比,说明微粒沿静电力方向做匀速直线运动,同理,沿重力方向也做匀速直线运动,则微粒的合运动为匀速直线运动,所以运动过程中速度不变,动能不变,故C正确;由功能关系可知,0～3 s 内重力势能与电势能共增加12 J,又微粒的动能不变,故0～3 s内除静电力和重力外所受其他力对微粒做的功为12 J,故D正确。
9.(4分)(2024·吉林二模)一个封闭绝缘环由两个直径相同的半圆环BCD、EFA和两段直杆AB、DE组成,ABDE是矩形,封闭环固定在绝缘水平面上,ABCD段和DEFA段分别均匀分布等量的异种电荷,在环的中心O垂直于水平面固定一根粗细均匀的粗糙绝缘杆,一只带正电的小球套在杆上,从P点由静止释放,小球向下运动,在小球从P点运动到O点的过程中,则(　 　)[A] 小球的电势能越来越大[B] 小球受到的摩擦力越来越大[C] 小球运动的加速度越来越大[D] 小球的动能一定越来越大
【解析】 将封闭环上的电荷看成是由若干组等量异种电荷组成,根据电场的叠加可知,绝缘杆所在处的电场方向与杆垂直且从上向下电场强度越来越大,根据等量异种电荷的电势分布可知小球向下运动过程中,电势能不变,A错误;电场力越来越大,正压力越来越大,滑动摩擦力越来越大,B正确;由于有摩擦力,小球可能先做加速运动后做减速运动,即可能加速度先减小后反向增大,速度先增大后减小,则动能可能先增大后减小,C、D错误。