2012届高考物理一轮复习 第28讲 电场的能的性质精品课件

第28讲电场的能的性质编读互动第28讲│编读互动1．本讲重点是理解电势能、电势、电势差等概念，以及它们之间的关系与区别，电场力做功与电势能的变化关系及带电粒子在非匀强电场中运动问题应特别关注．2．本讲应从对电势能的认识角度定义电势，从而总结电场力做功的求解方法，并会从电势定义式等推导静电力做功与电势差的关系．(1)通过例1和变式题复习电场强度与电势、电势差、电场力做功的关系；(2)通过例2和变式题复习电场强度与电势差之间的关系；(3)通过例3和变式题复习电势能的定量计算；(4)通过例4和变式题复习电场线与运动轨迹以及通过等势面分析电场强度、电场力做功、电势能的变化问题．考点整合第28讲│考点整合一、电势1.意义电势是反映电场的能的性质的物理量，电场中某点的电势用电荷在电场中某一点具有的________与它的________的比值表示，φ＝Epq.2.标量性电势是标量，只有大小没有方向，电势为正表示该点的电势比________高，电势为负表示该点电势比________低．电势能电荷量零电势零电势第28讲│考点整合二、等势面1.定义：电场中________的各点构成的面叫做等势面．2.性质(1)等势面跟电场线处处________，电场线由电势________的等势面指向电势________的等势面；(2)同一等势面上任意两点间的电势差为零，在等势面上移动电荷电场力________；(3)在相邻等势面间的电势之差相等的情况下，等势面密处电场强度________；(4)任意两个等势面不会________．电势相同垂直高低不做功大相交第28讲│考点整合3.相对性同一点的电势随零电势点选取的不同而不同，因此说某点电势的高低应相对于一个零电势点，通常认为________或________的电势为零．4.用电场线判断电势高低：沿电场线方向电势________．5.电势与电场强度：电势高低与电场强度大小没有必然的联系，某点的电势为零，电场强度________为零，反之亦然．无穷远处大地降低不一定第28讲│考点整合三、电势差1.定义：电场中两点间电势的差值叫做电势差，UAB＝______________.2.标量性：电势差是标量，无方向，电势差的正负表示电场中两点电势的相对________．3.决定因素：电场中两点之间的电势差由电场本身的性质决定，与________位置有关，与________的选取无关．高低初末零电势点.φA－φB第28讲│考点整合四、电势能1.意义电势能是电荷在________中具有的势能．电荷在电场中某点的电势能，等于静电力把电荷从该点移动到零势能位置时所做的功．2.相对性：电势能是电荷与________共有的，具有________性，通常取________或________为电势能的零点．电场所在电场无穷远处相对大地第28讲│考点整合3.与电场力做功的关系电场力对电荷做正功，电荷的电势能________(电势能转化为其他形式的能)，电场力做的功等于电势能的减少，即WAB＝________；电荷克服电场力做功，电荷的电势能________(其他形式的能转化为电势能)，增加的电势能等于电荷克服电场力所做的功，即|WAB|＝________.此结论可用于电势能增减的判定．减少EpA－EpB增加EpB－EpA第28讲│考点整合五、电场力做功1.特点：电场力做功与________无关，只与带电体所带电荷及其初、末位置之间的________有关．2.计算方法(1)用WAB＝FLABcosθ求电场力的功，仅适用于________电场．(2)用WAB＝qUAB求电场力的功，适用于________电场，计算时应将q、UAB的正、负号代入公式进行计算，根据WAB的正、负来确定是电场力做功，还是克服电场力做功．(3)用电场力做功与电势能变化的关系WAB＝________计算．(4)电场力做功可根据动能定理求解，W电＋W其他＝________.路径电势差匀强所有－ΔEpΔEk第28讲│考点整合六、电势差与电场强度的关系1.公式U＝Ed定量计算时只适用于________电场，其中U为电场中某两点间的电势差，d为两点间沿________方向上的距离，E为匀强电场的电场强度．2.公式E＝________给出了电场强度的另一种计算方法，还给出了电场强度的单位________，用本公式定量计算只适用于________电场．匀强电场线伏/米匀强Ud要点探究►探究点一对描述能的性质的概念的考查第28讲│要点探究1.电势与电势能的比较(1)电势是反映电场的能的性质的物理量，电势能是电荷在电场中某点所具有的势能．(2)电场中某一点的电势φ的大小，跟电场本身和零电势点的选取有关，跟试探电荷无关，电势能Ep的大小是由点电荷的电荷量q和该点的电势φ共同决定的．第28讲│要点探究(3)电势沿电场线逐渐降低，确定零电势点后，某点的电势高于零者，为正值；某点的电势低于零者，为负值．正点荷(＋q)在电场中某点的电势能的正负跟该点电势的正负相同；负电荷(－q)在电场中某点的电势能的正负跟该点电势的正负相反．(4)电势的单位是伏特(V)，电势能的单位是焦耳(J)．(5)电势的正负表示电势的高低，电势能的正负表示电势能的大小．(6)电势能与电势之间的关系是Ep＝qφ，应用该式时必须代入各物理量的正负号．第28讲│要点探究2.电势与电势差的比较(1)电场中某点的电势与零电势点的选取有关(一般取无限远处或地球的电势为零电势)，电势由电场本身及零电势点的位置决定，反映电场的能的性质，电场中两点间的电势差与零电势点的选取无关，电势差由电场和这两点的位置决定．(2)电场中某点的电势在数值上等于该点与零电势点之间的电势差，电势和电势差的单位相同，皆为伏特(V)．电势和电势差都是标量，且都有正负．(3)电场中两点间的电势差等于这两点的电势之差，UAB＝φA－φB.第28讲│要点探究例1[2010·全国卷Ⅰ]关于静电场，下列结论普遍成立的是()A.电场强度大的地方电势高，电场强度小的地方电势低B.电场中任意两点之间的电势差只与这两点的场强有关C.在正电荷或负电荷产生的静电场中，场强方向都指向电势降低最快的方向D.将正点电荷从场强为零的一点移动到场强为零的另一点，电场力做功为零第28讲│要点探究例1C[解析]在正电荷的电场中，离正电荷近，则电场强度大，电势高，离正电荷远，则电场强度小，电势低；而在负电荷的电场中，离负电荷近，则电场强度大，电势低，离负电荷远，则电场强度小，电势高，A错误．电势差与场强无关，B错误．场强的方向就是电势降低最快的方向，C正确．场强为零，电势不一定为零，如从带等量正(负)电荷的连线中点将正电荷移动到无限远处，电场力做正(负)功，选项D错误．第28讲│要点探究[点评]解答本题的关键是搞清楚各个概念之间的关系．如电场强度大小与电势的高低没有直接关系；电场力做功只与电荷的带电荷量和两点间的电势差有关，与两点的电场强度大小无关．第28讲│要点探究如图28－1所示，在一真空区域中，AB、CD是圆O的两条直径，在A、B两点上各放置电荷量为＋Q和－Q的点电荷，设C、D两点的电场强度分别为EC、ED电势分别为φC、φD，下列说法正确的是()图28－1A.EC与ED相同，φC与φD不相等B.EC与ED不相同，φC与φD相等C.EC与ED相同，φC与φD相等D.EC与ED不相同，φC与φD不相等第28讲│要点探究变式题A[解析]本题考查等量异种电荷周围电场线、电势分布的特点和场强的叠加，中档题．根据等量异种电荷电场线和电势分布的特点可知C、D两点的电场强度相同，电势不同，且φC＞φD，A对．►探究点二电场强度与电势差的关系第28讲│要点探究1.电场强度与电势差的对比(1)匀强电场中的电场强度E与两点间的距离d和电势差U无关；(2)匀强电场的电场强度在数值上等于沿电场方向每单位距离上的电势差；(3)对于非匀强电场，公式U＝Ed不成立，但是可以根据此公式进行定性分析．第28讲│要点探究2.电场强度与电势的对比(1)电场强度反映电场的力的性质，电势反映电场的能的性质；(2)电场强度的单位是N/C或V/m，电势的单位是V；(3)电场强度是矢量，不具有相对性，电势是标量，具有相对性；(4)电场强度和电势都由电场本身的性质决定，与试探电荷无关；(5)电势与电场强度的大小没有必然的联系，某点的电场强度为零，电势不一定为零，反之亦然；(6)电场强度的方向是电势降落最显著的方向.第28讲│要点探究例2[2011·厦门双十中学]空间有一匀强电场，在电场中建立如图28－2所示的直角坐标系O－xyz，M、N、P为电场中的三个点，M点的坐标为(0，a,0)，N点的坐标为(a,0,0)，P点的坐标为a，a2，a2.已知电场方向平行于直线MN，M点电势为0，N点电势为1V，则P点的电势为()图28－2A.22VB.32VC.14VD.34V第28讲│要点探究例2D[解析]将立体图画成平面图(xOy面内)，如图所示，可见P的投影P′点与MN沿电场线方向的四等分点等电势，故P点(即P′点)的电势为34V，D正确．第28讲│要点探究[点评]解决这类问题的关键是注意表达式E＝Ud中d为沿电场方向上两点间的距离，不是电场中任意两点间的距离；注意把立体图转化为平面图进行分析，作出从垂直于电场方向观看的俯视图．对于已知匀强电场中三点电势的情况，首先找到电势相等的两点，连接这两点即为电场的一条等势线，作出等势线的垂线即为一条电场线，下面的变式题就是一例．第28讲│要点探究【2011·南安中学】如图28－3所示，A、B、C、D、E、F为匀强电场中一个边长为10cm的正六边形的六个顶点，A、B、C三点电势分别为1.0V、2.0V、3.0V，则下列说法正确的是()图28－3A.匀强电场的场强大小为10V/mB.匀强电场的场强大小为2033V/mC.电荷量为1.6×10－19C的正点电荷从E点移到F点，电荷克服电场力做功为1.6×10－19JD.电荷量为1.6×10－19C的负点电荷从F点移到D点，电荷的电势能减少4.8×10－19J第28讲│要点探究变式题B[解析]匀强电场中沿任意方向电势变化均匀，即互相平行的两直线上相等距离的两点间电势差相等．据此可以判断各点的电势如图所示，电场线竖直向下．根据匀强电场中场强与电势差的关系可得：E＝UCAdCA＝2033V/m，选项A错误，选项B正确；从E到F电场力对正电荷做正功，选项C错误；从F到D电场力对负电荷做正功为：W＝qUFD＝－1.6×10－19C×(1V－3V)＝3.2×10－19J，即负电荷的电势能减少3.2×10－19J，选项D错误．►探究点三电势差、电势能、电场力做功问题第28讲│要点探究1.电势与电势能带电体的电势能由带电体的电荷量与带电体所在位置的电势共同决定，Ep＝qφ；因电场中各点的电势与零电势的选取有关，所以带电体在电场中的电势能具有相对性，但带电体在电场中两点间的电势能之差是绝对的，即电势能的增加ΔEp＝Ep2－Ep1与零电势的选取无关．第28讲│要点探究2.电场力做功的特点及求解方法电场力做功与路径无关，只与初末位置有关．电场力做功的求解方法：(1)由功的公式W＝Flcosθ计算，此法只适用于匀强电场；(2)由WAB＝qUAB计算，该式适用于任何电场；(3)电场力做的功等于电势能的减少量，WAB＝EpA－EpB，该法适用于任何电场；(4)应用动能定理W电＋W非电＝ΔEk求解电场力做的功．第28讲│要点探究电势差、电势、电荷量、电势能和电场力的功都是标量，每一个量可以是正，也可以是负，但每一个量的正负表达的意义各不相同，电势差的正负表示两点的电势高低关系，电势的正负表示某点电势与标准位置(零电势处)的电势的高低关系，电荷量的正负表示电荷的种类，电势能的正负表示电势能的大小，电场力做功的正负表示做功的意义区别．在应用上面各式进行计算时，各物理量的符号应代入计算.第28讲│要点探究例3[2010·无锡模拟]如图28－4所示，真空中两块平行金属板与电源连接