（江苏专用版）2020版高考物理总复习 第六章 第2讲 电场能的性质课件

第2讲电场能的性质基础过关知识梳理基础自测1.(多选)关于静电场的电场强度和电势,下列说法正确的是 (AD)A.电场强度的方向处处与等势面垂直B.电场强度为零的地方,电势也为零C.随着电场强度的大小逐渐减小,电势也逐渐降低D.任一点的电场强度总是指向该点电势降落最快的方向解析由静电场的电场线与等势面垂直可知A项正确;电势大小是由参考点和电场共同决定的,与场强的大小无关,B、C项错误;沿电场线电势降低,且电势降落最快的方向为电场方向,D项正确。2.如图所示,实线表示某静电场的电场线,虚线表示该电场的等势面。下列判断正确的是 (D) A.1、2两点的场强相等B.1、3两点的场强相等C.1、2两点的电势相等D.2、3两点的电势相等解析根据电场线的疏密表示场强的大小知,1点的场强大于2点、3点的场强,选项A、B错误;根据沿着电场线方向电势逐渐降低,在同一等势面上各点的电势相等知,1点的电势高于2点电势,2点、3点处于同一等势面上,电势相等,选项C错误,D正确。考点一电势高低及电势能大小的判断方法考点二电场线、等势线(面)及带电粒子的运动轨迹问题考点突破考点三电场力做功与电势能的关系考点一电势高低及电势能大小的判断方法1.电势高低的判断判断依据判断方法电场线方向沿电场线方向电势逐渐降低场源电荷的正负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能的高低正电荷在电势较高处电势能大,负电荷在电势较低处电势能大电场力做功根据UAB= ,将WAB、q的正负号代入,由UAB的正负判断φA、φB的高低ABWq2.电势能大小的判断判断方法方法解读公式法将电荷量、电势连同正负号一起代入公式Ep=qφ,正Ep的绝对值越大,电势能越大;负Ep的绝对值越大,电势能越小电势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做功法电场力做正功,电势能减小电场力做负功,电势能增加能量守恒法在电场中,若只有电场力做功时,电荷的动能和电势能相互转化,动能增加,电势能减小,反之,动能减小,电势能增加例1(2016江苏单科)一金属容器置于绝缘板上,带电小球用绝缘细线悬挂于容器中,容器内的电场线分布如图所示。容器内表面为等势面,A、B为容器内表面上的两点,下列说法正确的是 (C)A.A点的电场强度比B点的大B.小球表面的电势比容器内表面的低C.B点的电场强度方向与该处内表面垂直D.将试探电荷从A点沿不同路径移到B点,电场力所做的功不同解析由于A点处电场线比B点处电场线疏,因此A点电场强度比B点小,A项错误;沿着电场线的方向电势逐渐降低,因此小球表面的电势比容器内表面的电势高,B项错误;由于处于静电平衡的导体表面是等势面,电场线垂直于等势面,因此B点的电场强度方向与该处内表面垂直,C项正确;将试探电荷从A点沿不同的路径移到B点,由于A、B两点间的电势差恒定,因此电场力做功WAB=qUAB相同,D项错误。易错警示(1)电势具有相对性,规定电势能为零的地方电势也为零。(2)电势的高低与电场强度的大小无关。考点二电场线、等势线(面)及带电粒子的运动轨迹问题1.等势面特点(1)在同一等势面上移动电荷时,电场力不做功。(2)等势面一定与电场线垂直,即与场强方向垂直。(3)电场线总是由电势高的等势面指向电势低的等势面。(4)等差等势面的疏密表示电场的强弱(等差等势面越密的地方,电场线越密)。2.几种常见的典型电场的等势面比较电场等势面(虚线)图样重要描述匀强电场 垂直于电场线的一簇平面点电荷的电场 以点电荷为球心的一簇球面等量异种点电荷的电场 连线的中垂线上的电势为零等量同种正点电荷的电场 连线上,中点电势最低,而在中垂线上,中点电势最高例2(2018天津理综)如图所示,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 (D)A.vMvN、aMaNB.vMvN、φMφNC.φMφN、EpMEpND.aMaN、EpMEpN解析将粒子的运动分情况讨论:从M运动到N;从N运动到M,根据电场的性质依次判断。电场线越密,电场强度越大,同一个粒子受到的电场力越大,根据牛顿第二定律可知其加速度越大,故有aMaN;若粒子从M运动到N点,则根据带电粒子所受电场力指向轨迹弯曲的内侧,可知在某点的电场力方向和速度方向如图甲所示,故电场力做负功,电势能增大,动能减小,即vMvN、EpMEpN,负电荷在低电势处电势能大,故φMφN;若粒子从N运动到M,则根据带电粒子所受电场力指向轨迹弯曲的内侧,可知在某点的电场力方向和速度方向如图乙所示,故电场力做正功,电势能减小,动能增大,即vMvN、EpMEpN,负电荷在低电势处电势能大,故φMφN。综上所述,D项正确。  方法技巧带电粒子运动轨迹类问题的解题技巧(1)判断速度方向:带电粒子运动轨迹上某点的切线方向为粒子在该点处的速度方向。(2)判断电场力(或场强)的方向:仅受电场力作用时,带电粒子所受电场力方向指向轨迹的凹侧,再根据粒子的正、负判断场强的方向。(3)判断电场力做功的正、负及电势能的增减:若电场力与速度方向成锐角,则电场力做正功,电势能减少;若电场力与速度方向成钝角,则电场力做负功,电势能增加。考点三电场力做功与电势能的关系电场力做功与功能关系电场力做功的计算方法 电场中的功能关系(1)电场力做正功,电势能减少,电场力做负功,电势能增加,即:W=-ΔEp。(2)如果只有电场力做功,则动能和电势能之间相互转化,动能(Ek)和电势能(Ep)的总和不变,即:ΔEk=-ΔEp。例3(多选)(2019盐城中学月考)如图所示,一带正电荷的油滴在匀强电场中运动,在电场力和重力的作用下,其运动轨迹在竖直面(纸面)内,且相对于过轨迹最低点P的竖直线对称。由此可判断出 (BC)A.电场中Q点的电势比P点的高B.油滴在Q点的动能比它在P点的大C.油滴在Q点的电势能比它在P点的小D.油滴在Q点的加速度大小比它在P点的小解析根据油滴运动轨迹的弯曲方向可知,油滴所受合力一定指向上方,同时因轨迹关于P点对称,则可说明油滴所受电场力应竖直向上,油滴带正电,故说明电场方向竖直向上,则可判断Q点的电势比P点低,故A项错误;以油滴经P点运动到Q点为例,油滴由P到Q过程,合外力做正功,故油滴在Q点的动能比它在P点的大,故B项正确;因油滴所受电场力竖直向上,故油滴由P到Q的过程中,电场力做正功,故电势能减小,油滴在Q点的电势能比它在P点的小,故C项正确;因受力为恒力,油滴在P、Q两点加速度大小相等,故D项错误。例4(多选)(2018湖北六校联考)一带电小球在空中由A点运动到B点的过程中,只受重力、电场力和空气阻力三个力的作用。若小球的重力势能增加5J,机械能增加1.5J,电场力做功2J,则 (BD)A.重力做功5JB.电势能减少2JC.空气阻力做功0.5JD.动能减少3.5J解析小球的重力势能增加5J,则小球克服重力做功5J,故A项错误;电场力对小球做功2J,则小球的电势能减少2J,故B项正确;小球共受到重力、电场力、空气阻力三个力作用,小球的机械能增加1.5J,则除重力以外的力做功为1.5J,电场力对小球做功2J,则知空气阻力做功-0.5J,即小球克服空气阻力做功0.5J,故C项错误;重力、电场力、空气阻力三力做功之和为-3.5J,根据动能定理,小球的动能减少3.5J,D项正确。与电场力做功相关的STS问题利用电场力做功,求带电粒子的能量或者运动方向,据此应用在实际技术中,屡见不鲜,考题频繁出现。加油小站例5(2018苏州调研)如图为静电除尘原理图,废气先经过一个机械过滤装置再进入静电除尘区。带负电的尘埃在电场力的作用下向集尘极迁移并沉积,以达到除尘的目的,图中虚线为电场线(方向未标)。不考虑尘埃在迁移过程中的相互作用和电荷量变化,则 (D) A.电场线方向由放电极指向集尘极B.图中A点电势高于B点电势C.尘埃在迁移过程中做匀变速运动D.尘埃在迁移过程中电势能减小解析因为带负电的尘埃在电场力的作用下向集尘极迁移并沉积,说明电场方向由上、下两块集尘极指向放电极,即越靠近放电极电势越低,故B点电势高于A点电势,A、B错误;因为静电除尘区的电场并非匀强电场,尘埃所受电场力为变力,因此不可能做匀变速运动,C错误;尘埃仅在电场力作用下向集尘极迁移,因此电场力一定做正功,电势能减小,D正确。例6(2018淮安、宿迁质检)如图所示为某示波管内的聚焦电场,实线和虚线分别表示电场线和等势线。两电子分别从a、b两点运动到c点。a、b两点的场强大小分别为Ea和Eb,电势分别为φa和φb,电场力对两电子做功分别为Wa和Wb,两电子在a、b两点的电势能分别为Epa和Epb。则 (B) A.EaEbB.φaφbC.WaWbD.EpaEpbx解析a位置的电场线较密集,故EaEb,选项A错误;题图中a所在等势面在b点等势面的左侧,因顺着电场线电势降低,则φaφb,则两电子在a、b两点的电势能分别为EpaEpb,选项B正确,D错误;由等势面可知UacUbc,根据W=qU,有WaWb,选项C错误。例7(2018南京、盐城二模)如图所示是高压电场干燥中药技术基本原理图,在大导体板MN上铺一薄层中药材,针状电极O和平板电极MN接高压直流电源,其间产生较强的电场。水分子是极性分子,可以看成棒状带电体,一端带正电,另一端带等量负电;水分子在电场力的作用下会加速从中药材中分离出去,在鼓风机的作用下飞离电场区域从而加速干燥。图中虚线ABCD是某一水分子从A处由静止开始运动的轨迹。下列说法正确的是 () A.A处的电场强度大于D处B.B处的电势高于C处C.水分子做匀变速运动D.水分子由A运动到C的过程中电势能减少答案D电场线密的地方电场强度大,A处的电场强度小于D处,所以选项A错误;顺着电场线方向电势降低,B处的电势低于C处,所以选项B错误;水分子受到的电场力是变力,所以做变加速运动,选项C错误;水分子由A运动到C的过程中电场力做正功,电势能减少,所以选项D正确。随堂巩固1.(多选)[2018苏锡常镇四市调研(二)]如图,带电金属圆筒和金属板放在悬浮有头发屑的蓖麻油中,头发屑就会按电场强度的方向排列起来。根据头发屑的分布情况可以判断 (AD)A.金属圆筒和金属板带异种电荷B.金属圆筒和金属板带同种电荷C.金属圆筒内部为匀强电场D.金属圆筒表面为等势面解析头发屑会按电场强度的方向排列起来,头发屑的分布反映了电场中电场线的形状,电场线起始于正电荷,终止于负电荷,则金属圆筒和金属板带异种电荷,故A项正确,B项错误;金属圆筒内部头发屑取向无序,则金属圆筒内部没有电场,故C项错误;金属圆筒表面处头发屑的取向与金属圆筒表面垂直,则金属圆筒表面处电场线与金属圆筒表面垂直,金属圆筒表面为等势面,故D项正确。2.(2018淮阴中学模拟)电场中某个面上所有点的电势都相等,但电场强度都不同,这个面可能是 (C)A.等量同种电荷的中垂面B.等量异种电荷的中垂面C.以孤立点电荷为球心的某一球面D.匀强电场中的某一等势面解析等量同种电荷的中垂面上各点电场强度与电势均不全部相同,故A项错误;等量异种电荷的中垂面是个等势面,但以两电荷连线为对称线的中垂面上的点的电场强度都相同,故B项错误;以孤立点电荷为球心的某一球面上的所有点的电势都相等,但电场强度都不同,故C项正确;匀强电场中的某一等势面上的电场强度都相同,故D项错误。3.(2017南通一调)如图所示,在O点放置点电荷-q,电荷周围A、B两点到O点的距离分别为rA、rB,rArB,A、B两点电场强度大小分别为EA、EB,电势分别为φA、φB,则 (A) A.EAEBB.EA=EBC.φAφBD.φA=φB解析根据E=k ,且A、B两点到点电荷的距离rArB,则EA一定大于EB,因为沿电场线方向电势逐渐降低