2023高考物理人教A版（2019）大一轮复习--7.2　静电场中的能量（课件）

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第一环节　必备知识落实
第二环节　关键能力形成
1.电势能(1)静电力做功的特点:静电力做功与路径无关,只与初、末位置有关。(2)电势能。①定义:电荷在电场中具有的势能,数值上等于将电荷从该点移到零势能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:静电力做的功等于电势能的减少量,即WAB=EpA-EpB= -Δep 。
1.定义:电场中电势相等的各点组成的面。2.四个特点。(1)等势面一定与电场线垂直。(2)在同一等势面上移动电荷时静电力不做功。(3)电场线方向总是从电势高的等势面指向电势低的等势面。(4)等差等势面越密的地方电场强度越大,反之越小。
1.导体内部的电场强度处处为零。2.导体是一个等势体,导体表面是等势面。3.导体表面处的电场强度方向与导体表面垂直。4.导体内部没有净电荷,净电荷只分布在导体的外表面上。5.在导体外表面越尖锐的位置,净电荷的密度(单位面积上的电荷量)越大,凹陷的位置几乎没有净电荷。
追本溯源观察图片,回答图中问题并思考:零电势点改变时,各点间的电势差是否改变?
提示 若C点电势为零,A点电势为4 V,B点电势为2 V。零电势点改变时,各点间的电势差不变。
1.思考判断(1)静电力做功与重力做功相似,均与路径无关。( )(2)电势等于零的物体一定不带电。( )(3)电场强度为零的点,电势一定为零。( )(4)电场中,电场强度的方向与电势降落最快的方向相同。( )(5)沿电场线方向电场强度越来越小,电势逐渐降低。( )(6)等差等势面越密的地方,电场线越密,电场强度越大。( )
2.如图所示,两个不带电的导体A和B,用一对绝缘柱支持使它们彼此接触。把一带正电荷的物体C置于A附近,贴在A、B下部的金属箔片都张开,则( )A.此时A带正电,B带负电B.此时A电势低,B电势高C.移去C,贴在A、B下部的金属箔片都闭合D.先把A和B分开,然后移去C,贴在A、B下部的金属箔片都闭合
解析:由静电感应可知,A带负电,B带正电,A、B的电势相等,选项A、B错误。若移去C,则两端的感应电荷消失,则贴在A、B下部的金属箔片都闭合,选项C正确。先把A和B分开,然后移去C,则A、B带的电荷仍然存在,故贴在A、B下部的金属箔片仍张开,选项D错误。
3.如图所示,a、b两点位于以电荷量为-Q的负点电荷为球心的球面上,c点在球面外,则( )A.a点电场强度的大小比b点大B.b点电场强度的大小比c点小C.a点电势比b点高D.b点电势比c点低
整合构建1.电势高低的判断
2.电势能大小的判断
3.求静电力做功的几种方法
考向1 电势、电势能的判断【典例1】 匀强电场的电场线是平行等间距的,假如在匀强电场中放入一不带电的金属小球,电场线会发生弯曲,变成如图所示的电场,关于该电场,下列说法正确的是( ) A.由于感应起电,该金属小球放入匀强电场后总电荷量将不为零B.电场线越密的地方电场强度越小C.将一电子从P点移到Q点,电子的电势能一定减少D.P点的电势一定高于Q点的电势
思维点拨(1)如何判断P、Q两点电势的高低?(2)由于感应起电,小球两端的电荷量相等吗?
提示 (1)沿电场线的方向电势逐渐降低。(2)相等。
解析:由于电荷守恒,金属小球的总电荷量仍为零,故A错误。电场线的疏密程度表示电场强度的大小,电场线越密的地方电场强度越大,故B错误。沿电场线方向电势逐渐降低,故P点电势低于Q点电势,又因为电子带负电,所以电子在P点的电势能高于在Q点的电势能,即从P点到Q点电子的电势能一定减少,C正确,D错误。
考向2 电场中的功能关系【典例2】 (2021·辽宁沈阳10月质检)如图所示,在绝缘光滑水平面上的C点固定一个正点电荷甲,另一个带负电的小球乙仅受甲的库仑力作用沿椭圆轨道Ⅰ运动(甲、乙均可视为质点),C点是椭圆轨道的一个焦点。小球乙在某一时刻经过A点时因速度大小突然发生改变(电荷量不变)而进入以C为圆心的圆形轨道Ⅱ做匀速圆周运动,以下说法不正确的是(　　)A.在甲电荷的电场中,轨道Ⅰ上的各点中,D点的电势最低B.乙球在轨道Ⅰ运动时,经过D点时系统的电势能最大C.乙球从轨道Ⅰ进入轨道Ⅱ运动时,系统的总能量不变D.乙球在两个轨道运动时,经过A点的加速度大小相等
解析:电场线从正电荷出发到无穷远终止,根据正点电荷电场的分布规律知越靠近正电荷电势越高,轨道Ⅰ上的各点中,D点的电势最低,故A正确。负电荷在电势高处电势能小,在电势低处电势能大,所以乙球在轨道Ⅰ运动时,经过D点时系统的电势能最大,故B正确。乙球从轨道Ⅰ进入轨道Ⅱ运动时要做近心运动,必须减速,因此系统的总能量减小,故C错误。乙球在两个轨道运动时,经过A点时所受的库仑力相等,则加速度大小相等,故D正确。
训练突破1.(多选)(2020·海南卷)空间存在如图所示的静电场,a、b、c、d为电场中的四个点,则( )A.a点的电场强度比b点的大B.d点的电势比c点的低C.质子在d点的电势能比在c点的小D.将电子从a点移动到b点,静电力做正功
解析:a点的电场线比b点的电场线密,根据电场线的疏密程度表示电场强度的大小,可知a点的电场强度比b点的电场强度大,故A正确。根据沿着电场线方向电势不断降低,可知d点的电势比c点的电势高,故B错误。由于质子带正电,根据电势能公式Ep=qφ,可知质子在d点的电势能比在c点的电势能大,故C错误。由题图可知,a点的电势低于b点的电势,又电子带的是负电荷,故电子在a点的电势能高于在b点的电势能,所以将电子从a点移动到b点,电势能减小,静电力做正功,故D正确。
整合构建1.常见等势面比较
2.在电场中带电粒子运动轨迹问题的分析方法(1)从轨迹的弯曲方向判断受力方向(轨迹向合外力方向弯曲),从而分析电场方向或电荷的正负。(2)结合轨迹、速度方向与静电力的方向,确定静电力做功的正负,从而确定电势能、电势和电势差的变化等。(3)根据动能定理或能量守恒定律判断动能的变化情况。
【典例3】 (2021·海南海口月考)如图所示,阴极射线示波管的聚焦电场由电极A1、A2形成,实线为电场线,虚线为等势线,Z轴为该电场的中心轴线, P、Q、R为一个从左侧进入聚焦电场的电子运动轨迹上的三点,则(　　)　　　　　　　　　　　A.Q点的电势低于P点的电势B.电场中Q点的电场强度小于R点的电场强度C.电子在R点处的电势能小于在Q点处的电势能D.电子从P至R的运动过程中,动能先减小后增加
解析:沿着电场线的方向,电势逐渐降低,所以Q点的电势高于P点的电势,故A错误。电场线的疏密分布反映了电场强度的强弱分布,由题图可知Q点的电场强度大于R点的电场强度,故B错误。R点处的电势高于Q点处的电势,由Ep=qφ可知,电子在R点处的电势能小于在Q点处的电势能,故C正确。电子从P至R的运动过程中,电势能一直在减小,即静电力一直在做正功,所以动能一直在增加,故D错误。
训练突破2.(多选)如图所示,在点电荷Q产生的电场中,实线MN是一条方向未标出的电场线,虚线AB是一个电子只在静电力作用下的运动轨迹。设电子在A、B两点的加速度大小分别为aA、aB,电势能分别为EpA、EpB。下列说法正确的是( )A.电子一定从A向B运动B.若aA>aB,则Q靠近M端且为正电荷C.无论Q为正电荷还是负电荷,一定有EpAaB,则场源电荷必在M端,一定为正电荷,故B正确。电子从A运动到B做减速运动,静电力做负功,电势能增加,故EpA10 VC.φCφ2=φ0>φ1D.x2~x3段的电场强度方向不变,大小均匀增加