2020届高考物理总复习 7.2 电场能的性质课件 新人教版

07静电场第二节电场能的性质知识架构答案1．路径初、末位置匀强场强方向2．零势能零势能3．零电势点4．电势相等垂直垂直等势面电势高电势低越大越小5.WABqφA－φBEd基础自测1．判断正误(1)电场力做功与重力做功相似，均与路径无关．()(2)正电荷具有的电势能一定是正的，负电荷具有的电势能一定是负的．()(3)电场中电场强度为零的地方电势一定为零．()(4)带电粒子一定从电势能大的地方向电势能小的地方移动．()(5)由于静电力做功跟移动电荷的路径无关，所以电势差也跟移动电荷的路径无关，只跟这两点的位置有关．()(6)电势差是标量，但是有正负，正负表示起点和终点的电势谁高谁低．()(7)电势差的值与零电势的选取有关．()(8)电场中电势降低的方向，就是电场强度的方向．()答案：(1)√(2)×(3)×(4)×(5)√(6)√(7)×(8)×2．(2019年洛阳一模)(多选)一带电小球在空中由A点运动到B点的过程中，只受重力和电场力作用．若重力做功－3J，电场力做功1J，则小球的()A．重力势能增加3JB．电势能增加1JC．动能减少3JD．机械能增加1J解析：重力做功－3J，重力势能增加3J，A正确；电场力做功1J，则电势能减少1J，B错误；合外力做功－2J，则动能减少2J，C错误；电场力做功1J，则机械能增加1J，D正确．答案：AD3．(多选)下列关于电势高低的判断，正确的是()A．负电荷从A移到B时，外力做正功，A点的电势一定较高B．负电荷从A移到B时，电势能增加，A点的电势一定较低C．正电荷从A移到B时，电势能增加，A点的电势一定较低D．正电荷只在电场力作用下从静止开始，由A移到B，A点的电势一定较高解析：根据电场力做功和电势能变化的关系，不管是正电荷还是负电荷，只要电场力做正功电势能就减少；只要电场力做负功电势能就增加．正、负电荷在电势高低不同的位置具有的电势能不同，正电荷在电势高处具有的电势能大；负电荷在电势低处具有的电势能大，可以确定选项C、D正确．答案：CD4．关于静电场的等势面，下列说法正确的是()A．两个电势不同的等势面可能相交B．电场线与等势面处处相互垂直C．同一等势面上各点电场强度一定相等D．将一负的试探电荷从电势较高的等势面移至电势较低的等势面，电场力做正功解析：在静电场中，两个电势不同的等势面不会相交，选项A错误；电场线与等势面一定相互垂直，选项B正确；同一等势面上的电场强度可能相等，也可能不相等，选项C错误；电场线总是由电势高的等势面指向电势低的等势面，移动负试探电荷时，电场力做负功，选项D错误．答案：B考点突破1．电势高低的判断2.电势能大小的判断【典例1】(2019年石家庄模拟)如图7－2－1所示，a、b是真空中两个带等量正电的点电荷，A、B两点在两电荷连线上且关于两电荷连线的中垂线对称，O为中点．现将一负点电荷q由A点沿ab连线移到B点，下列说法中正确的是()图7－2－1A．A点电势高于O点电势B．A点电势高于B点电势C．电荷q移动过程中，电势能一直减少D．电荷q移动过程中，电场力先做正功后做负功【解析】由于a、b带电量相同，故两电荷合电场的方向为由A指向O，由B指向O，由此可知由于沿着电场线的方向电势将降低，故A项说法正确；由a、b带电量相同，可知其中垂线上各点电势相等，由对称性可知A、B两点电场强度大小相等，从A、B两点移动相同电荷到O点电场力的功相等，故其电势相同，B项说法不正确；负点电荷q由A点沿ab连线移到B点的过程中，从A点到O点电场力做负功电势能增加，从O点到B点电场力做正功电势能减小，故C、D项说法均不正确．【答案】A变式训练1(2019年开封一模)在电场强度大小为E的匀强电场中，将一个质量为m、电荷量为＋q的带电小球由静止开始释放，带电小球沿与竖直方向成θ角的方向做直线运动．关于带电小球的电势能Ep和机械能W的判断，正确的是()A．若sinθqEmg，则Ep一定减少，W一定增加B．若sinθ＝qEmg，则Ep、W一定不变C．若sinθ＝qEmg，则Ep一定增加，W一定减小D．若tanθ＝qEmg，则Ep可能增加，W一定增加图7－2－2解析：带电小球由静止开始释放，只受重力和电场力，其电势能与机械能之和保持不变．画出带电小球运动中可能的受力图，由图7－2－2可知，若sinθ＝qEmg，则所受电场力与位移垂直，电场力不做功，电势能Ep一定不变，而重力做正功，重力势能减小，动能增加，机械能W一定不变，选项B正确、C错误．若sinθqEmg，则电场力与位移夹角可能小于90°，电场力做正功，电势能Ep减少，机械能W增加，也可能大于90°，电场力做负功，电势能Ep增加，机械能W减小，选项A错误．若tanθ＝qEmg，则电场力与位移夹角小于90°，电场力做正功，电势能Ep减少，机械能W增加，选项D错误．答案：B变式训练2(2019年太原测评)如图7－2－3，空间中存在水平向左的匀强电场．在电场中将一带电液滴从b点由静止释放，液滴沿直线由b运动到d，且直线bd方向与竖直方向成45°角，下列判断正确的是()图7－2－3A．液滴带正电荷B．液滴的电势能减少C．液滴的重力势能和电势能之和不变D．液滴的电势能和动能之和不变解析：带电液滴受重力和电场力两个力的作用，由静止释放后，沿直线由b运动到d，说明液滴所受合外力沿b到d的方向，又因为重力方向竖直向下，所以电场力的方向水平向右，而电场线水平向左，故带电液滴带负电，选项A错误；液滴沿直线由b运动到d的过程中，重力和电场力均做正功，重力势能和电势能都减少，选项B正确，C错误；重力和电场力合力所做的功，等于液滴动能的增量，又因为重力和电场力所做的功等于重力势能和电势能的减少量，故液滴的重力势能、电势能、动能三者之和不变，选项D错误．答案：B1．公式E＝Ud的三点注意(1)只适用于匀强电场．(2)d为某两点沿电场强度方向上的距离，或两点所在等势面之间的距离．(3)电场强度的方向是电势降低最快的方向．2．两个重要推论推论1：匀强电场中的任一线段AB的中点C的电势，φC＝φA＋φB2，如图7－2－4所示．图7－2－4图7－2－5推论2：匀强电场中若两线段AB∥CD，且AB＝CD，则UAB＝UCD(或φA－φB＝φC－φD)，如图7－2－5所示．【典例2】如图7－2－6所示，在平面直角坐标系中，有方向平行于坐标平面的匀强电场，其中坐标原点O处的电势为0，点A处的电势为6V，点B处的电势为3V，则电场强度的大小为()图7－2－6A．200V/mB.2003V/mC．100V/mD.1003V/m【解析】在匀强电场中，若沿某一方向电势降落，则在这一方向上电势均匀降落，故OA的中点C的电势φC＝3V(如图7－2－7所示)，因此B、C为等势面．O点到BC的距离d＝OCsinα，而sinα＝OBOB2＋OC2＝12，所以d＝12OC＝1.5×10－2m．根据E＝Ud得，匀强电场的电场强度E＝Ud＝31.5×10－2V/m＝200V/m，故A正确，B、C、D错误．图7－2－7【答案】A变式训练3(多选)如图7－2－8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1V、2V、3V，正六边形所在平面与电场线平行．下列说法正确的是()图7－2－8A．通过CD和AF的直线应为电场中的两条等势线B．匀强电场的电场强度大小为10V/mC．匀强电场的电场强度方向为由C指向AD．将一个电子由E点移到D点，电子的电势能将减少1.6×10－19J解析：由AC的中点电势为2V，所以BE为等势线，CD、AF同为等势线，故A正确；CA为电场线方向，电场强度大小E＝Ud＝22×10×cos30°×10－2V/m＝2033V/m，故B错误，C正确；由UED＝UBC＝－1V，WED＝－eUED＝1.6×10－19J，D正确．答案：ACD变式训练4(多选)如图7－2－9所示，实线表示电场线，下列关于电势差的说法中正确的是()图7－2－9A．若AB＝BC，则UABUBCB．若AB＝BC，则UAB＝UBCC．若AB＝BC，则UABUBCD．在匀强电场中，与电场垂直的方向上任意两点间的电势差为零解析：由电场线的疏密可知，A、B之间比B、C之间的平均电场强度大，由U＝E－d可知，AB＝BC时，UABUBC，即A对，B、C错．等势面与电场线始终相互垂直，故D对．答案：AD1．几种常见的典型电场的等势面比较电场等势面(实线)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2.带电粒子在电场中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．图7－2－10【典例3】如图7－2－10所示，虚线a、b、c表示电场中的三个等势面，相邻等势面间的电势差相等，实线为一个带正电的质点仅在电场力作用下通过该区域的运动轨迹，P、Q是轨迹上的两点．下列说法中正确的是()A．三个等势面中，等势面a的电势最高B．带电质点一定是从P点向Q点运动C．带电质点通过P点时的动能比通过Q点时的小D．带电质点通过P点时的加速度比通过Q点时的小【解析】电场线和等势面垂直，可以根据等势面来画出某处的电场线．又质点做曲线运动所受电场力的方向指向曲线的凹侧，由此可以判断出电场线的方向大致是从c指向a，而沿着电场线的方向电势逐渐降低，a、b、c三个等势面的电势关系为φcφbφa，故选项A错误．无法从质点的受力情况来判断其运动方向，选项B错误．质点在P点的电势能大于在Q点的电势能，而电势能和动能的总和不变，所以，质点在P点的动能小于在Q点的动能，选项C正确．P点的等势面比Q点的等势面密，故场强较大，质点受到的电场力较大，加速度较大，选项D错误．【答案】C【典例4】(2019年北京房山区模拟)(多选)如图7－2－11，一点电荷固定于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单独在电场中运动的轨迹，a、b、c、d、e为轨迹和虚线圆的交点．已知M粒子带正电荷，不计粒子重力．下列说法正确的是()图7－2－11A．a点电势比d点的电势高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【解析】由M粒子的运动轨迹可知，M粒子受到的是吸引力，故固定于O点的点电荷带负电，电场线从无穷远指向该点电荷，沿着电场线方向电势逐渐降低，可知a点电势比d点的电势低，A错误；a点的电势低于b点的电势，而正电荷在电势高处电势能大，因此M在b点的电势能大于它在a点的电势能，根据能量守恒定律知，M粒子的动能和电势能之和保持不变，则M在b点的动能小于它在a点的动能，B正确；e、d两点在同一等势面上，电势相等，则N在d点的电势能等于它在e点的电势能，C正确；N粒子受到了排斥力作用，N在从c点运动到d点的过程中电场力做正功，D错误．【答案】BC变式训练5(2019年洛阳一模)如图7－2－12中虚线表示某电场的等势面，一带电粒子仅在电场力作用下由A运动到B的径迹如图中实线所示．粒子在A点的加速度为aA、动能为EkA，电势能为EpA；在B点的加速度为aB、动能为EkB，电势能为EpB.则下列结论正确的是()图7－2－12A．aAaB，EkAEkBB．aAaB，EpAEpBC．aAaB，EpAEpBD．aAaB，EpAEkB解析：根据等差等势面稀疏处电场强度小，密处电场强度大可知A处电场强度小于B处．由电场力公式和牛顿第二定律可得qE＝ma，由此可知aAaB.根据等势面分布和电场线垂直于等势面可知，电场线方向垂直等势面指向圆心．根据带电粒子仅在电场力作用下由A运动到B的径迹可知，带电粒子所受电场力方向与电场线方向相反，带电粒