2016【状元之路】高考物理一轮复习 1-2 匀速直线运动的规律及应用课件 新人教版 (22)

考点1电场力做功的特点和电势能学案2电场能的性质1.电势能大小的比较方法(1)场源电荷判断法①离场源正电荷越近，试探正电荷的电势能越大，试探负电荷的电势能越小。②离场源负电荷越近，试探正电荷的电势能越小，试探负电荷的电势能越大。(2)电场线判断法①正电荷顺着电场线的方向移动时，电势能逐渐减小；逆着电场线的方向移动时，电势能逐渐增大。②负电荷顺着电场线的方向移动时，电势能逐渐增大；逆着电场线的方向移动时，电势能逐渐减小。(3)做功判断法电场力做正功，电荷(无论是正电荷还是负电荷)从电势能较大的地方移向电势能较小的地方。反之，如果电荷克服电场力做功，那么电荷从电势能较小的地方移向电势能较大的地方。(1)电势、电势能的正、负表示大小，正的电势、电势能比负的电势、电势能高，而电势差的正负表示两点电势的相对高低。(2)电场线或等差等势面越密的地方电场强度越大，但电势不一定越高。2.电场中的功能关系及电场力做功的计算方法(1)功能关系①若只有电场力做功，电势能与动能之和保持不变；②若只有电场力和重力做功，电势能、重力势能、动能之和保持不变；③除重力之外，其他各力对物体做的功等于物体机械能的变化。④所有力对物体所做的功，等于物体动能的变化。(2)电场力做功的计算方法①由公式W=Flcos计算，此公式只适合于匀强电场中，可变形为：W=qElcos。②由W=qU来计算，此公式适用于任何形式的静电场。③由动能定理来计算：W电场力+W其他力=Ek。④由电势能的变化计算：W=Ep1-Ep2。【例1】如图所示，在x轴上关于原点O对称的两点固定放置等量异种点电荷+Q和-Q，x轴上的P点位于-Q的右侧。下列判断正确的是()A.在x轴上还有一点与P点电场强度相同B.在x轴上还有两点与P点电场强度相同C.若将一试探电荷+q从P点移至O点，电势能增大D.若将一试探电荷+q从P点移至O点，电势能减小【解析】本题考查电场强度的合成、电势的高低判断、电势能，考查学生的理解能力和抽象思维能力，中等难度。判断P点合场强方向及O、P点电势高低，是解答本题的关键。P点场强方向沿x轴的负方向，在x轴上+Q的左侧，还有一点与P点电场强度相同，该点与P点以O点对称，选项A正确，选项B错误。由于O点电势高于P点电势，将试探电荷+q从P点移至O点的过程中，电势能增大，选项C正确，选项D错误。AC电势能大小的比较电势能的变化情况仅与电场力做功有关，与有无其他外力做功无关。1一带电粒子在电场中仅在电场力作用下，从A点运动到B点，速度随时间变化的图象如图所示，tA、tB分别是带电粒子到达A、B两点时对应的时刻，则下列说法中正确的有()A.A处的场强一定大于B处的场强B.A处的电势一定高于B处的电势C.电荷在A处的电势能一定小于在B处的电势能D.电荷在A到B过程中，电场力一定对电荷做正功AD【例2】如图所示，在O点放置一个正电荷，在过O点的竖直平面内的A点，自由释放一个带正电的小球，小球的质量为m、电荷量为q。小球落下的轨迹如图中虚线所示，它与以O为圆心、R为半径的圆(图中实线表示)相交于B、C两点，O、C在同一水平线上，∠BOC=30°，A距离OC的竖直高度为h。若小球通过B点的速度为v，则下列说法正确的是()A.小球通过C点的速度大小是B.小球通过C点的速度大小是C.小球由A到C的电场力做功是(1/2)mv2-mghD.小球由A到C机械能的损失是mg(h-R/2)-(1/2)mv2电场中的功能关系【解析】小球从A到B运动的过程中，设电场力做功为WF，则由动能定理可得从A到B：mg(h-R·sin30°)+WF=(1/2)mv2-0从A到C：mgh+WF=(1/2)mvC2联立以上两式可得：vC=，A错，B对；小球由A到C电场力做功(1/2)mvC2-mgh，C错；小球由A到C机械能的损失等于除重力以外其他的力(电场力)所做的功，由B到C电场力做功为0，则E=-WF=mg(h-R/2)-(1/2)mv2，D正确。BDgh2gRv2gRv2由B=C得WBC=0则WAB=WAC，由动能定理分析可得结论。2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.小球的重势能减少了2mghB.小球的动能减少了2mghC.电场力做负功2mghD.小球的电势能增加了3mghBD考点2电势电势高低的判断方法(1)依据电场线方向:沿电场线方向电势降低。(2)依据电场力做功：因UAB=WAB/q，若WAB0且q是正电荷，则AB；若UAB0，则AB。(3)依据电势能判断：正电荷在电势较高处电势能较大，负电荷在电势较低处电势能较大。(4)依据点电荷位置判断：取无穷远处电势为零，正电荷周围电势为正值，负电荷周围电势为负值，靠近正电荷处电势高，靠近负电荷处电势低。电势是反映电场能的性质的物理量，只由电场本身性质决定，与是否放入电荷及电荷的电量、电性无关。场强的大小及电势高低的判断【解析】因沿电场线方向电势越来越低，所以M点电势一定高于N点电势，故A选项正确。电场线的疏密程度反映了场强的强弱，电场线越密集的区域场强越强；反之则越弱，故B选项错误。正电荷沿电场线方向运动时，电场力做正功，其电势能将减少，而负电荷则相反，故C选项正确，而D选项错误。电势高低由电场线方向判断；电场强度由电场线疏密判断；电势能的大小关系由电场力做功的正、负判断。【例3】如图所示，某区域电场线左右对称分布，M、N为对称线上的两点，下列说法正确的是()A.M点电势一定高于N点电势B.M点场强一定大于N点场强C.正电荷在M点的电势能大于在N点的电势能D.将电子从M点移动到N点，电场力做正功AC某静电场的电场线分布如图所示，图中P、Q两点的电场强度的大小分别为EP和EQ，电势分别为P和Q，则()A.EPEQ,PQB.EPEQ,PQC.EPEQ,PQD.EPEQ,PQA3考点3等势面对等势面的理解(1)在同一等势面内任意两点间移动电荷时，电场力不做功。(2)在空间没有电荷的地方，两等势面不相交。(3)等势面和电场线的关系：①电场线跟等势面垂直，并且由电势高的等势面指向电势低的等势面；②在电场线密集的地方，等差等势面也密集;在电场线稀疏的地方，等差等势面也稀疏。(4)等势面和电场线一样，也是人们虚拟出来形象描述电场的。等势面特点的应用【例4】[2010年高考四川理综卷]如图所示，圆弧虚线表示正点电荷电场的等势面，相邻两等势面间的电势差相等。光滑绝缘直杆沿电场方向水平放置并固定不动，杆上套有一带正电的小滑块(可视为质点)，滑块通过绝缘轻弹簧与固定点O相连，并以某一初速度从M点运动到N点，OMON。若滑块在M、N时弹簧的弹力大小相等，弹簧始终在弹性限度内，则()A.滑块从M到N的过程中，速度可能一直增大B.滑块从位置1到2的过程中，电场力做的功比从位置3到4的小C.在M、N之间的范围内，可能存在滑块速度相同的两个位置D.在M、N之间可能存在只由电场力确定滑块加速度大小的三个位置【解析】由于滑块在M、N时弹簧的弹力大小相等，所以滑块在M点时弹簧被压缩，滑块在N点时弹簧被拉伸。在导轨MN之间靠近左半部分，滑块一直加速，在靠近N点附近若电场力大于弹力沿MN方向的分力时，加速度向右，滑块继续加速，所以选项A正确。位置1、2间电势差等于3、4间电势差，所以滑块从位置1到2的过程中电场力做的功等于从位置3到4做的功，选项B错误。滑块从M运动到N的过程中，只有弹力和电场力做功，当合力做功为零时，滑块的动能变化为零，即可能存在滑块速度相同的两个位置，选项C正确。在整个过程中，只有一个弹簧处于原长的位置，此时合外力等于电场力；当滑块处于O点正下方时，弹簧弹力沿MN方向分力为零，所以合外力也等于电场力；所以，在M、N之间可能存在只由电场力确定滑块加速度大小的位置有两个，选项D错误。根据电场线与等势面垂直的特点，作出电场线是处理这类问题的的切入点。如图所示，一电场的电场线分布关于y轴(沿竖直方向)对称，O、M、N是y轴上的三个点，且OM=MN。P点在y轴右侧，MP⊥ON。则()A.M点的电势比P点的电势高B.将负电荷由O点移动到P点，电场力做正功C.M、N两点间的电势差大于O、M两点间的电势差D.在O点静止释放一带正电粒子，该粒子将沿y轴做直线运动AD4考点4电势差1.电场强度、电势、电势差及电势能的比较电场强度电势电势差电势能意义描述电场力的性质描述电场能的性质描述电场能的性质描述电荷在电场中的能量，电荷做功的本领定义E=F/q=Ep/q(Ep为电荷的电势能)UAB=WAB/qEp=q矢标性矢量：方向为正电荷所受的静电力方向标量，但有正负，正负只表示电势高低标量，但有正负，正负只反映A、B两点电势的高低标量，但有正负，正负只表示大小决定因素场强由电场本身决定，与试探电荷无关电势由电场本身决定，与试探电荷无关，其大小与电势零点的选取有关，有相对性由电场本身两点间的差异决定，与试探电荷无关，与电势零点选取无关由电荷量和该点电势二者共同决定，与电势零点选取有关关系场强为零的地方电势不一定为零电势为零的地方场强不一定为零零场强区域两点间的电势差一定为零，电势差为零的区域场强不一定为零电场强度为零，电势能不一定为零；电势能为零，电场强度不一定为零联系匀强电场中：UAB=Ed(d为AB间沿电场方向的距离)；关系式：UAB=A-B，WAB=EpA-EpB=qUAB场强与电势间无必然联系，不能认为场强为零，则电势一定为零；反之，也是不正确的。2.对U=Ed(或E=U/d)的理解(1)公式：UAB=Ed或E=UAB/d只适用于匀强电场。(2)公式中的d表示电势差为U的两点在电场方向上的距离，如图所示。【例5】电荷量q=-2.0×10-5C的电荷在匀强电场中由A点移动至B点时电场力做的功为6.0×10-4J，若把它从A点移至电场中的C点，电场力做的功为-3.0×10-4J，已知A、B连线与A、C连线夹角为120°，AB=9.0cm，AC=4.5cm，求A、B两点的电势差和电场强度。公式E=U/d只适用于匀强电场，非匀强电场不能使用。d是沿电场线两点间的距离，如果不沿着电场线的方向，应投影在电场方向上，看投影距离。【解析】据题意作出图，由WAB=qUAB，得UAB=WAB/q=6.0×10-4/(-2.0×10-5)V=-30V又由WAC=qUAC，得UAC=WAC/q=-3.0×10-4/(-2.0×10-5)V=15V延长BA至D，使AD=AB/2=(9.0/2)cm=4.5cm。由E=U/d知UBA/UAD=2得UAD=UBA/2=-UAB/2=15V故UAC=UAD,即A-C=A-D，C=D。连接C和D,CD即为此电场中的一条等势线，过A作CD的垂线与CD交于P。根据电场线和等势面(线)垂直，且指向低电势一方，故应有一条电场线沿此垂线，且场强方向由A指向P，由E=UAP/dAP，其中dAP=ACcos30°，故场强E的大小为E=UAP/(ACcos30°)=15/(4.5×10-2×/2)V/m≈3.8×102V/m。3匀强电场中场强与电势差的关系如图所示，A、B、C、D是匀强电场中一正方形的四个顶点，已知A、B、C三点的电势分别为A=15V，B=3V,C=-3V，由此可得D点电势D=___V。95