9.2 电场能的性质 课件 -2027届高考物理一轮复习人教版（2019）（含答案）

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学习目标:1.理解电势能、电势的含义,掌握静电力做功与电势能变化的关系。2.会处理电场线、等势面与运动轨迹结合问题。3.掌握匀强电场中电势差及其与电场强度的关系。
解析 1.√　电势是标量,其正负表示相对于零电势点的高低。2.×　电势高低与带电与否无关。例如接地导体电势为零,但可能带电。3.×　电场强度大小与电势高低无必然联系。4.×　粒子运动方向由初速度和受力决定。粒子初速度为0且仅受静电力时,带电粒子一定从电势能大的地方向电势能小的地方移动。5.×　电势能与电荷正负有关。正电荷在电势高处电势能大,负电荷则相反。6.×　沿电场线方向电势一定降低,但电场强度不一定减小。7.√　8.√
考点一　描述电场能的性质的物理量
1.静电力做功 类比重力做功(1)特点:静电力所做的功与电荷的起始位置和　　　　位置有关,与电荷经过的　　　　无关。 (2)计算方法①W=　　　　,只适用于匀强电场,其中d为沿　　　 　的距离,计算时q不带正负号。 ②WAB=　　　　,适用于任何电场,计算时q要带正负号。 
2.电势能(1)定义:电荷在电场中具有的　　　　能,数值上等于将电荷从该点移到　　　　位置时静电力所做的功。 (2)静电力做功与电势能变化的关系:静电力做的功等于　　　　的减少量,即WAB=EpA-EpB=-ΔEp。 (3)电势能的相对性:电势能是　　　　的,通常把电荷离场源电荷               处的电势能规定为零,或把电荷在大地　　　　上的电势能规定为零。 
典例1　(2021江苏卷)一球面均匀带有正电荷,球内的电场强度处处为零,如图所示,O为球心,A、B为直径上的两点,OA=OB,现垂直于AB将球面均分为左右两部分,C为截面上的一点,移去左半球面,右半球面所带电荷仍均匀分布,则(　　)A.O、C两点电势相等B.A点的电场强度大于B点C.沿直线从A到B电势先升高后降低D.沿直线从A到B电场强度逐渐增大
解析 由于球壳内部的电场强度为零,补全以后可知在右侧球壳任取一点,该点和C连线后过左半边球壳一点,两点对C的库仑力为零,即等大反向共线,将左侧沿竖直对称到右侧球面,则可以知道这两个点在C点的合电场强度水平向左,根据叠加原理可知C点电场强度向左,同理OC上都是水平向左,因此OC是等势线,故A项正确;将题中半球壳补成一个完整的球壳,且带电均匀,设左、右半球在A点产生的电场强度大小分别为E1和E2;由题知,均匀带电球壳内部电场强度处处为零,则知E1=E2,根据对称性,左右半球在B点产生的电场强度大小分别为E2和E1,且E1=E2,在图示电场中,A的电场强度大小为E2,方向向左,B的电场强度大小为E1,方向向左,所以A点的电场强度与B点的电场强度相同,沿直线从A到B电场强度不可能逐渐增大,故BD项错误;根据电场的叠加原理可知,在AB连线上电场线方向向左,沿着电场线方向电势逐渐降低,则沿直线从A到B电势升高,故C项错误。
典例2　如图所示,导体被扭弯形成一个空腔,空腔内放置一孤立的带负电的点电荷,A点在空腔内,B点在导体内,C点在空腔外,D点在导体的外表面,P点在导体的内表面,空腔的内表面接地,规定大地的电势为0,下列说法正确的是(　　)A.导体的外表面带负电,内表面带正电B.B、C、D三点的电场强度关系为ED>EC>EBC.D、P两点的电场强度关系为ED>EPD.A、D两点的电势关系为φAED,C项错误;导体与地球合为一个等势体,φB=φC=φD=0,电场线由导体直线向带负电的点电荷,沿着电场线的方向电势降低,则有φAEc=Ed,φc=φd>φb>φa,故选A。
对点演练2　(2026南通一模)正六边形6个顶点各固定一个等量正点电荷,中心也固定一个点电荷,电荷附近的电场线分布如图所示,a、b、c三点在以中心为圆心的圆上。则(　　)A.中心处的点电荷带负电B.b、c处电场强度相同C.a处的电势比c处的低D.b处的电势比c处的低
解析 电场线从正电荷出发,到负电荷终止。图中电场线从正六边形顶点的正电荷出发,没有汇向中心处的点电荷,说明中心处的点电荷带正电,A错误;电场强度是矢量,既有大小又有方向,根据电场线的分布和对称性可知,b、c两点电场强度的大小相等,但方向肯定不同,B错误;根据电荷分布的对称性,b、c两点的电势相等,相较于a点,b、c两点更靠近正电荷,所以a处的电势比c处的低,C正确,D错误。
考点二　电场线、等势面与粒子运动轨迹的问题
1.等势面(1)定义:电场中　　　　　　的各点构成的面。 (2)四个特点:①在同一等势面上移动电荷时静电力　　 　。 ②电场线一定与等势面垂直,并且从电势　　的等势面指向电势　　的等势面。 ③等差等势面越密的地方电场强度　　　　,电场线越　　　　,反之　　　　。 ④任意两个等势面都不相交。
2.几种典型电场的等势线(面)
3.带电粒子的运动轨迹的分析方法
典例3　如图所示,实线A、B表示电场中的一条电场线,虚线为一带负电的粒子仅在电场力作用下通过该区域的运动轨迹。下列说法正确的是(　　)A.电场的方向由A指向BB.电场中A点的电势比B点的电势高C.该粒子一定沿虚线从M点运动到N点D.该粒子在M点的电势能大于该粒子在N点的电势能
对点演练3　如图,在某静电除尘器产生的电场中,两带负电荷的相同微粒只受电场力作用,分别从p点沿直线pm、曲线pn运动,被吸附到金属圆筒上的m点和n点。下列说法正确的是(　　)A.p点电场强度小于n点电场强度B.两微粒到m、n的动能可能相同C.两微粒在p点的速度可能都为零D.微粒在p点的电势能小于在m点的电势能
解析 电场线的疏密程度表示电场强度的大小,故p点电场强度大于n点电场强度,A项错误;m点和n点处在同一等势面上,故Upm=Upn=U,由动能定理可得qU=Ek-Ek0,若两微粒的初动能相同,则到m、n的动能就相同,B项正确;沿直线pm运动的微粒,其初速度可能为零,可能不为零,沿曲线pn运动的微粒,其初速度不可能为零,否则不会做曲线运动,C项错误;微粒从p点运动到m点,电场力做正功,电势能减小,故微粒在p点的电势能大于在m点的电势能,D项错误。
考点三　匀强电场中电势差与电场强度的关系
甲 乙