人教版（2019）高中物理必修三新教材同步 第10章 专题强化　电场能的性质（教师版+学生版）

这是一份人教版（2019）高中物理必修三新教材同步 第10章 专题强化　电场能的性质（教师版+学生版），文件包含人教版2019高中物理必修三新教材同步第10章专题强化电场能的性质--教师版docx、人教版2019高中物理必修三新教材同步第10章专题强化电场能的性质--学生版docx等2份试卷配套教学资源，其中试卷共32页， 欢迎下载使用。

专题强化3　电场能的性质[学科素养与目标要求]　物理观念:1．会根据电场线和运动轨迹判断电场力做功情况和电势能变化情况.2．能利用动能定理、功能关系分析电场综合问题.3．理解E－x、φ－x图像的意义，并会分析有关问题．一、电场线、等势面、运动轨迹的综合问题导学探究图中虚线1、2、3、4表示匀强电场的等势面。一带正电的粒子只在静电力的作用下从a点运动到b点,轨迹如图中实线所示。(1)正电粒子受的静电力方向如何?电场线的方向如何?(2)a、b两点的电势哪点高?(3)粒子在a点的电势能大还是在b点电势能大?动能呢?知识深化1．已知等势面的形状分布,根据电场线和等势面相互垂直可以绘制电场线。2．由电场线和等差等势面的疏密,可以比较不同点的电场强度大小,电场线或等势面密集处,电场强度较大。3．根据电荷的运动轨迹弯向力指的那一侧,静电力沿着电场线的切向方向,可以判断电荷所受静电力方向;根据电荷所受静电力方向和电荷的速度方向(运动轨迹的切线方向)的夹角,判断静电力做功情况,进而判断电势能变化情况,结合动能定理判断电荷的动能变化情况。例1 (2018·天津卷)如图1所示，实线表示某电场的电场线(方向未标出)，虚线是一带负电的粒子只在电场力作用下的运动轨迹，设M点和N点的电势分别为φM、φN，粒子在M和N时加速度大小分别为aM、aN，速度大小分别为vM、vN，电势能分别为EpM、EpN.下列判断正确的是(　　)图1A．vM＜vN，aM＜aN B．vM＜vN，φM＜φNC．φM＜φN，EpM＜EpN D．aM＜aN，EpM＜EpN1．速度方向沿运动轨迹的切线方向，所受电场力的方向沿电场线的切线方向或反方向，所受合外力的方向指向轨迹曲线凹侧．2．电势能大小的判断方法(1)电场力做功：电场力做正功，电势能减小；电场力做负功，电势能增加．(2)利用公式法：由Ep＝qφ知正电荷在电势高处电势能大，负电荷在电势低处电势能大． INCLUDEPICTURE "E:\\张潇\\2020\\同步\\例2.TIF" \* MERGEFORMAT  INCLUDEPICTURE "E:\\张潇\\2020\\同步\\例2.TIF" \* MERGEFORMATINET 例2 (多选)(2018·菏泽市期末)如图2所示，虚线A、B、C表示某电场中的三个等势面，相邻等势面间的电势差相等，一电子从右侧垂直等势面A向左进入电场，运动轨迹与等势面分别交于a、b、c三点，则可以判断(　　)图2A．三个等势面的电势大小为φA>φB>φCB．三个等势面的电势大小为φC>φB>φAC．电子由a到c电势能不断减小D．电子由a到c动能不断减小二、电场中的功能关系导学探究如图所示,在光滑绝缘直杆下端固定一电荷量为+Q的点电荷,杆上A、B两点间的距离为h,一电荷量为-q、质量为m的绝缘小球穿在直杆上,由静止从A点滑到B点时的速度为3gℎ,求静电力所做的功。知识深化1.计算静电力做功的常见方法(1)利用静电力做功与电势能的关系WAB=EpA-EpB求解。(2)利用W=Fd求解,此公式只适用于匀强电场。(3)利用公式WAB=qUAB求解。(4)利用动能定理W合=ΔEk求解。2.分析电荷电势能变化的方法(1)公式法:由公式Ep=qφ判断。(2)做功法:静电力做正功,电势能减少;静电力做负功,电势能增加,即W=Ep1-Ep2。(3)电荷法:正电荷在电势高的地方电势能大。负电荷在电势低的地方电势能大。例3 如图3所示，在竖直平面内，光滑绝缘直杆AC与半径为R的圆周交于B、C两点，在圆心处有一固定的正点电荷，B点为AC的中点，C点位于圆周的最低点．现有一质量为m、电荷量为－q、套在杆上的带负电小球(可视为质点)从A点由静止开始沿杆下滑．已知重力加速度为g，A点距过C点的水平面的竖直高度为3R，小球滑到B点时的速度大小为2eq \r(gR).求：图3(1)小球滑到C点时的速度大小；(2)若以C点为零电势点，试确定A点的电势．电场中的功能关系1．合力做功等于物体动能的变化量，即W合＝ΔEk，这里的W合指合外力做的功．2．电场力做功决定带电体电势能的变化量，即WAB＝EpA－EpB＝－ΔEp.这与重力做功和重力势能变化之间的关系类似．3．只有电场力做功时，带电体电势能与机械能的总量不变，即Ep1＋E机1＝Ep2＋E机2.这与只有重力做功时，物体的机械能守恒类似．三、φ－x图像和E－x图像知识深化φ-x图像和E-x图像的分析要点(1)φ-x图像:对比E=Ud与速度的定义式v=ΔxΔt,速度是位移对时间的变化率,电场强度是电势差对空间位置的变化率。位移随时间变化越快,则速度越大;电势随空间位置变化越快,则电场强度越大。电势φ随沿电场强度方向上的距离x分布的图像,即φ-x图像,其斜率ΔφΔx等于电势差对空间位置的变化率,即等于电场强度,电场强度的方向由沿电场强度方向电势降低判断。(2)E-x图像:对比U=Ed(或U=Ex)与位移公式Δx=vt,v-t图线与时间轴所围的面积表示位移,E-x图线与x轴所围的面积表示两点间的电势差U,电势差的正负由沿电场强度方向电势降低判断。 INCLUDEPICTURE "E:\\张潇\\2020\\同步\\例4.TIF" \* MERGEFORMAT  INCLUDEPICTURE "E:\\张潇\\2020\\同步\\例4.TIF" \* MERGEFORMATINET 例4 (多选)空间某一静电场的电势φ在x轴上的分布如图4所示，x轴上两点B、C的电场强度在x轴方向上的分量分别是EBx、ECx，下列说法中正确的有(　　)图4A．EBx的大小大于ECx的大小B．EBx的方向沿x轴正方向C．电荷在O点受到的电场力在x轴方向上的分量最大D．负电荷沿x轴从B移到C的过程中，电场力先做正功后做负功从φ－x图像上可直接看出电势随位置的变化，可间接求出场强E随x的变化情况：φ－x图像切线斜率的绝对值k＝|eq \f(Δφ,Δx)|＝|eq \f(U,d)|，为E的大小，场强E的方向为电势降低的方向． INCLUDEPICTURE "E:\\张潇\\2020\\同步\\例5.TIF" \* MERGEFORMAT  INCLUDEPICTURE "E:\\张潇\\2020\\同步\\例5.TIF" \* MERGEFORMATINET 例5 (多选)静电场在x轴上的电场强度E随x的变化关系如图5所示，x轴正方向为电场强度正方向，带正电的点电荷沿x轴运动，则点电荷(　　)图5A．在x2和x4处电势能相等B．由x1运动到x3的过程中电势能增大C．由x1运动到x4的过程中电场力先增大后减小D．由x1运动到x4的过程中电场力先减小后增大1．E－x图像中E的正负反映E的方向，E为正表示与正方向相同．2．E的数值反映电场强度的大小，由此可以确定电场的强弱分布．3．E－x图线与x轴所围的面积表示“两点之间的电势差U”，电势差的正负由沿场强方向电势降低判断．1．(电场线、等势面与运动轨迹分析)如图6所示，实线是匀强电场的电场线，带电粒子q1、q2分别从A、C两点以初速度v垂直射入电场，其运动轨迹分别是图中的ABC、CDA.已知q1带正电，不计粒子重力和阻力．则下列说法中正确的是(　　)图6A．q2也带正电B．A点的电势低于C点的电势C．电场力对q1做正功，对q2做负功D．q1、q2的电势能均减小2．(φ－x图像)(多选)(2019·扬州市期中)两个点电荷Q1和Q2固定在x轴上O、D两点，两者之间连线上各点电势高低如图7中曲线所示(OB>BD)，取无穷远处电势为零，由图可知(　　)图7A．B点电场强度为零B．Q1为负电荷，Q2为正电荷C．Q1电荷量一定大于Q2电荷量D．将电子沿x轴从A点移到C点，电场力一直做正功3.(电场中的功能关系)(多选)(2019·江苏卷)如图8所示，ABC为等边三角形，电荷量为＋q的点电荷固定在A点．先将一电荷量也为＋q的点电荷Q1从无穷远处(电势为0)移到C点，此过程中，电场力做功为－W.再将Q1从C点沿CB移到B点并固定．最后将一电荷量为－2q的点电荷Q2从无穷远处移动到C点．下列说法正确的有(　　)图8A．Q1移入之前，C点的电势为eq \f(W,q)B．Q1从C点移到B点的过程中，所受电场力做的功为0C．Q2从无穷远处移到C点的过程中，所受电场力做的功为2WD．Q2在移到C点后的电势能为－4W4.(电场综合问题)(2018·东北师大附中高二月考)如图9所示，在足够长的光滑绝缘水平直线轨道上方h高度的P点固定一个电荷量为＋Q的点电荷．一质量为m、带电荷量为＋q的物块(可视为质点)从轨道上的A点以初速度v0沿轨道向右运动，当运动到P点正下方B点时速度为v.已知点电荷产生的电场在A点的电势为φ(取无穷远处电势为零)，PA连线与水平轨道的夹角为60°，重力加速度为g，静电力常量为k.试求：图9(1)物块在A点时受到轨道的支持力大小；(2)点电荷产生的电场在B点的电势．1.(2018·潍坊市期末)某带电粒子仅在电场力作用下由A点运动到B点，电场线、粒子在A点的初速度及运动轨迹如图1所示，可以判定(　　)图1A．粒子带负电B．粒子的加速度减小C．粒子的动能增加D．粒子的电势能增加2．(多选)如图2所示，一带正电的点电荷固定于O点，两虚线圆均以O为圆心，两实线分别为带电粒子M和N仅在电场力作用下先后在电场中运动的轨迹，a、b、c、d、e为轨迹和虚线圆的交点．下列说法正确的是(　　)图2A．M带负电荷，N带正电荷B．M在b点的动能小于它在a点的动能C．N在d点的电势能等于它在e点的电势能D．N在从c点运动到d点的过程中克服电场力做功3．(2019·宿迁市高一下期末)如图3所示，一带电粒子仅在电场力作用下沿着图中曲线JK穿过一匀强电场，a、b、c、d为该电场的等势面，可以确定(　　)图3A．该粒子带正电B．电场方向垂直等势面向左C．电场方向垂直等势面向右D．从J到K运动过程中粒子的电势能减小4．质量为m的带电小球射入匀强电场后，以方向竖直向上、大小为2g的加速度向下运动，在小球下落h的过程中(　　)A．小球的重力势能减少了2mghB．小球的动能增加了2mghC．电场力做负功2mghD．小球的电势能增加了3mgh5．(多选)(2019·济南市期末)如图4所示，竖直向上的匀强电场中，绝缘轻质弹簧竖直立于水平地面上，上面放一带正电的小球，小球与弹簧不连接，施加外力将小球向下压至某位置静止．现撤去外力，小球从静止开始运动到离开弹簧的过程中，重力、电场力对小球所做的功分别为W1和W2，则上述过程中(　　)图4A．小球与弹簧组成的系统机械能守恒B．小球的重力势能增加－W1C．小球的电势能增加W1＋W2D．小球的电势能减少W26．如图5甲所示，一条电场线与Ox轴重合，取O点电势为零，Ox方向上各点的电势φ随x变化的情况如图乙所示，若在O点由静止释放一电子，电子仅受电场力的作用，则(　　)图5A．电子沿Ox的负方向运动B．电子的电势能将增大C．电子运动的加速度恒定D．电子运动的加速度先减小后增大7．(多选)在如图6所示的匀强电场中，一带电微粒自A点由静止释放，微粒沿直线运动到B点，在此过程中(　　)图6A．微粒做匀变速直线运动B．微粒所受的电场力小于微粒所受的重力C．微粒从A点到B点的过程中，电势能的减少量大于重力势能的减少量D．微粒从A点到B点的过程中，电势能和重力势能减少量的总和等于微粒增加的动能8．(2018·六安一中质检)沿电场中某条直电场线方向建立x轴，该电场线上各点电场强度E随x的变化规律如图7所示，坐标原点O、x1、x2和x3分别与x轴上O、A、B、C四点相对应，相邻两点间距相等．一个带正电的粒子从O点由静止释放，运动到A点的动能为Ek，仅考虑电场力作用，则(　　)图7A．从O点到C点，电势先升高后降低B．粒子先做匀加速运动，后做变加速运动C．粒子在AB段电势能变化量大于BC段电势能变化量D．粒子在AB段电势能变化量小于BC段电势能变化量9．(多选)(2019·东阳中学模拟)如图8所示，一带电粒子在匀强电场中从A点抛出，运动到B点时速度方向竖直向下，且在B点时粒子的速度为粒子在电场中运动的最小速度．已知电场方向和粒子运动轨迹在同一竖直平面内，粒子的重力和空气阻力忽略不计，则(　　)图8A．静电力方向一定水平向右B．电场中A点的电势一定高于B点的电势C．从A到B的过程中，粒子的电势能一定减小D．从A到B的过程中，粒子的电势能与机械能之和一定不变10.(多选)(2019·哈师大附中期中)电荷量不等的两点电荷固定在x轴上坐标为－3L和3L的两点，其中坐标为3L处电荷带正电，电荷量为Q.两点电荷连线上各点电势φ随x变化的关系如图9所示，其中x＝L处电势最低，x轴上M、N两点的横坐标分别为－2L和2L，则下列判断正确的是(　　)图9A．两点电荷一定为异种电荷B．原点O处场强大小为eq \f(kQ,3L2)C．负检验电荷在原点O处受到向左的电场力D．负检验电荷由M点运动到N点的过程，电势能先减小后增大11．如图10所示，光滑绝缘细杆竖直放置，它与以正点电荷Q为圆心的某圆交于B、C两点，质量为m、带电荷量为－q的有孔小球从杆上A点无初速度下滑，已知q≪Q，AB＝h，重力加速度为g，小球滑到B点时的速度大小为eq \r(3gh).求小球由A到C的过程中静电力做的功及A、C两点间的电势差．图1012.如图11所示的匀强电场，等势面是一簇互相平行的竖直平面，相邻等势面间隔均为d，各等势面电势已在图中标出(U>0)，现有一质量为m的带电小球以速度v0、方向与水平方向成45°角斜向上射入电场，要使小球做直线运动，求：(重力加速度为g)图11(1)小球应带何种电荷及其电荷量；(2)小球受到的合外力大小；(3)在入射方向上小球运动的最大位移的大小xm.(电场范围足够大)13.如图12所示，高为h的光滑绝缘直杆AD竖直放置，在D处有一固定的正点电荷，电荷量为Q.现有一质量为m的带电小球套在杆上，从A点由静止释放，运动到B点时速度达到最大值，到C点时速度正好又变为零，B、C和D相距分别为eq \f(1,3)h、eq \f(1,4)h，静电力常量为k，重力加速度为g，求：图12(1)小球的电荷量q和在C点处的加速度；(2)C、A两点间的电势差．14.(多选)(2019·山西大学附属中学高二上月考)如图13，一粗糙绝缘竖直平面与两个等量异种点电荷连线的中垂线重合，A、O、B为竖直平面上的三点，且O为等量异种点电荷连线的中点，AO＝BO.现有带电荷量为q、质量为m的小物块(可视为质点)，从A点以初速度v0向B滑动，到达B点时速度恰好为0.则(　　)图13A．小物块一定带负电B．从A到B，小物块的加速度先增大后减小C．从A到B，小物块所受电场力做的功为－mghABD．电场中A、B两点间电势差UAB＝0