2020版高考物理总复习 第七章 第2节 电场能的性质课件

第2节电场能的性质基础过关考点研析素养提升基础过关紧扣教材·自主落实一、静电力的功与电势能1.静电力做功(1)特点:静电力做功与重力做功相似,均与无关,只与有关.(2)计算方法①W=qEd,只适用于,其中d为沿的距离.②WAB=qUAB,适用于.基础知识路径初末位置匀强电场电场方向任何电场2.电势能(1)定义:电荷在电场中具有的势能,数值上等于将电荷从该点移到位置时静电力所做的功.(2)静电力做功与电势能变化的关系:静电力做的功等于,即WAB=EpA-EpB=-ΔEp.(3)电势能的相对性:电势能是的,通常把电荷离场源电荷处的电势能规定为零,或把电荷在表面的电势能规定为零.零势能电势能的减小量相对无穷远大地二、电势与等势面1.电势(1)定义与定义式:试探电荷在电场中某点具有的与它的的比值,即=.(2)矢标性:电势是,有正负之分,其正(负)表示该点电势比.高(低).(3)相对性:电势具有相对性,同一点的电势因选取的不同而不同.(4)电场中电场强度为零的位置电势为零;电场强度相同的区域电势相同.电势能电荷量标量零电势零电势点不一定不一定pEq自主探究根据电场线来判断电场中的两点电势的高低.(1)M,N是同一条电场线上的两点,哪点电势高?(2)M,P是同一电场中不在同一条电场线上的两点,哪点电势高?答案:(1)使正试探电荷沿着电场线由M点移向N点,电场力做正功,它的电势能逐渐减小,电势逐渐降低,所以M点电势比N点电势高.(2)使正试探电荷由M点移向P点,电场力做正功,它的电势能减小,电势降低,所以M点电势比P点电势高.2.等势面(1)定义:电场中的点组成的面.(2)特点①等势面一定与电场线.②在移动电荷时电场力不做功.③电场线总是从的等势面指向的等势面.④等差等势面越密的地方越大,反之越小.电势相等垂直同一等势面上电势高电势低电场强度三、电势差匀强电场中电势差与电场强度的关系1.电势差(1)定义:电荷在电场中,由一点A移到另一点B时,与移动电荷的的比值.电场力做的功(3)电势差与电势的关系:UAB=,UAB=-UBA.(4)电势差是标量,但有正、负之分,正负表示两点电势的高低,如UAB为正(负),表示A点电势高于(低于)B点电势.(5)影响因素:电势差UAB由电场本身的性质决定,与移动的电荷q及电场力做的功WAB,与零电势点的选取.AB无关无关电荷量(2)定义式:UAB=.ABWq2.匀强电场中电势差与电场强度的关系沿电场方向(1)电势差与电场强度的关系式:E=,其中d为电场中两点间的距离.(2)公式只适用于.(3)电场强度的方向是电势降低最快的方向.Ud匀强电场教材解读如图,匀强电场的电场强度为E,电荷q从A点移动到B点,静电力做的功W与A,B两点的电势差UAB的关系为W=,从q所受的静电力来计算功.F=,电荷q所受的静电力F是一个恒力,它所做的功为W=Fd=,得到UAB=.EdqUABqEqEd过关巧练1.思考判断(1)电场强度处处为零的区域内,电势一定也处处为零.()×(2)电场强度处处相同的区域内,电势一定也处处相同.()(3)电场强度的方向总是跟等势面垂直.()(4)电势降低的方向就是电场强度的方向.()(5)A,B两点间的电势差等于将正电荷从A移到B时电场力所做的功.()×√××2.(2019·河北定州中学模拟)A,B两个点电荷在真空中所产生的电场的电场线(方向未标出)如图所示,图中C点为两个点电荷连线的中点,MN为两个点电荷连线的中垂线,D为中垂线上的一点,电场线的分布关于MN左右对称.则下列说法正确的是()A.这两个点电荷一定是等量异种电荷B.这两个点电荷一定是等量同种电荷C.C点的电场强度比D点的电场强度小D.C点的电势比D点的电势高A解析:根据电场线的特点,从正电荷出发到负电荷终止可以判断,这两点电荷是两个等量异种电荷,故A正确,B错误;在两等量异种电荷连线的中垂线上,中间点电场强度最大,也可以从电场线的疏密判断,所以C点的电场强度比D点的电场强度大,故C错误;中垂线和电场线垂直,所以中垂线为等势线,所以C点的电势等于D点的电势,故D错误.3.[人教版选修3-1·P22·T3]如图所示,回答以下问题.(1)A,B哪点的电势比较高?负电荷在哪点的电势能比较大?(2)负电荷由B移动到A时,静电力做正功还是负功?(3)A,B两点的电势差UAB是正的还是负的?UBA呢?答案:(1)B点的电势高于A点的电势;把负电荷从A移到B,静电力做正功,电势能减少,负电荷在A点的电势能较大.(2)负电荷从B移动到A时,静电力做负功.(3)UAB0,UBA0.考点研析核心探究·重难突破考点一电势、电势能、等势面1.电势高低的四种判断方法(1)据电场线的方向判断:电场线由高电势面指向低电势面,或者说沿电场线方向电势逐渐降低.(2)由UAB=ABWq,将WAB和q带符号代入,据UAB的正负判断A,B两点电势的高低:当UAB0时,AB;当UAB0时,AB.2.电势能高低的四种判断方法(1)做功判断法:电场力做正功,电势能减小;电场力做负功,电势能增大.(2)电荷电势法: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.(4)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,动能增大时,电势能减小,反之电势能增大.(3)据电场力做功来判断:电场力对正电荷做正功,电荷由高电势处移向低电势处;正电荷克服电场力做功,电荷由低电势处移向高电势处.对于负电荷,情况恰好相反.(4)根据电势能判断:正电荷在电势高处电势能较大;负电荷在电势低处电势能较大.(3)公式法:由Ep=q,将q,的大小、正负号一起代入公式,Ep的正值越大,电势能越大,Ep的负值越小,电势能越大.【典例1】(多选)如图,两电荷量分别为Q(Q0)和-Q的点电荷对称地放置在x轴上原点O的两侧,a点位于x轴上O点与点电荷Q之间,b位于y轴O点上方.取无穷远处的电势为零,下列说法正确的是()A.b点的电势为零,电场强度也为零B.正的试探电荷在a点的电势能大于零,所受电场力方向向右C.将正的试探电荷从O点移到a点,必须克服电场力做功D.将同一正的试探电荷先后从O,b点移到a点,后者电势能的变化较大BC解析:因为等量异种电荷在其连线的中垂线上的电场方向为水平指向负电荷,所以电场方向与中垂线方向垂直,故中垂线为等势线,因为中垂线延伸到无穷远处,所以中垂线的电势为零,故b点的电势为零,但是电场强度不为零,A错误;O点左侧电势为正,右侧电势为负,又知道正电荷在正电势处电势能为正,故选项B正确;O点的电势低于a点的电势,正电荷由O到a,所以必须克服电场力做功,C正确;O点和b点的电势相等,所以先后将正电荷从O,b点移到a点,电场力做功相等,电势能变化相同,D错误.【针对训练】(多选)如图所示,一个半径为R的均匀带电圆环放置在水平面内,取环面中心O为原点,以垂直于环面的轴线为x轴,P到O点的距离为2R,质量为m,带负电且电荷量为q的小球从轴上P点由静止释放,小球运动到Q点时速度为零,Q点在O点上方R处,下列说法正确的是()CDA.P点电势比Q点电势低B.P点比Q点的电场强度大,且Q点的电场强度一定等于mgqC.P,Q两点的电势差为mgRqD.该电荷在Q点的电势能大于在P点时的电势能解析:带负电的小球由P点先加速后减速到Q点,表明该电荷受到沿x轴向上的电场力作用,故电场强度沿x轴竖直向下,则沿电场线方向电势降低,且电场力做负功,电势能增加,选项A错误,D正确;开始的时候qEPmg,到Q点时速度减为零,表明qEQmg,故P点电场强度一定比Q点的小,而Q点电场强度应该大于mgq,选项B错误;由P到Q利用动能定理可得克服电场力做功为mgR,因此P,Q两点间的电势差为UPQ=mgRq,选项C正确.考点二带电粒子的运动轨迹问题1.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该点处的速度方向.(2)判断电场力(或电场强度)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曲线的凹侧,再根据粒子的正负判断电场强度的方向.(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.2.电场线不一定是带电粒子在电场中的运动轨迹只有同时满足以下三个条件,带电粒子的运动轨迹才与电场线重合:(1)电场线是直线;(2)带电粒子的初速度为零或者初速度的方向与电场线在同一条直线上;(3)带电粒子只受电场力或受其他力但其他力的合力方向与电场线平行.【典例2】(2016·海南卷,10)(多选)如图,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.不计重力.下列说法正确的是()A.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ABC解析:由粒子运动轨迹可知M带负电,N带正电.对M粒子由动能定理qUab=Ekb-Eka,qUab0,则EkbEka,选项A,B正确;N粒子从e到d电场力做功为零,则Epd=Epe,N粒子从c点运动到d点电场力做正功,选项C正确,D错误.【针对训练】(2016·全国Ⅰ卷,20)(多选)如图,一带负电荷的油滴在匀强电场中运动,其轨迹在竖直面(纸面)内,且相对于过轨迹最低点P的竖直线对称.忽略空气阻力.由此可知()A.Q点的电势比P点高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点的大D.油滴在Q点的加速度大小比它在P点的小AB解析:由于轨迹相对于过P点的竖直线对称,说明油滴所受电场力方向沿竖直方向,根据轨迹的弯曲情况可知,电场力方向向上且大于重力,若油滴从P到Q,则合力做正功动能增加,即EkQEkP,电场力做正功,电势能减少,即EpPEpQ;因为油滴带负电荷,电场力方向向上,则电场强度方向竖直向下,即QP;油滴所受合力不变,即aQ=aP,故选项A,B正确.考点三U=E•d结合几何关系的拓展应用1.公式U=E·d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.由U=E·d可推出的两个重要推论推论1匀强电场中的任一线段AB的中点C的电势C=2AB,如图(甲)所示.推论2匀强电场中若两线段AB∥CD,且AB=CD,则UAB=UCD(或A-B=C-D),如图(乙)所示.【典例3】(2017·全国Ⅲ卷,21)(多选)一匀强电场的方向平行于xOy平面,平面内a,b,c三点的位置如图所示,三点的电势分别为10V,17V,26V.下列说法正确的是()A.电场强度的大小为2.5V/cmB.坐标原点处的电势为1VC.电子在a点的电势能比在b点的低7eVD.电子从b点运动到c点,电场力做功为9eVABD〚审题图示〛电势分布特点→等分法找等势面→画等势面→确定电场强度大小、方向解析:如图所示,连接ac,将ac等分,确定与b电势相等的点d,过bd的直线即为17V的等势线,过c作ce垂直于bd垂足为e,ce即为匀强电场的一条电场线,由图知cd=ac-ad=8cm-3.5cm=4.5cm,由几何关系得ce=cdbcbd=224.564.56cm=3.6cm,故电场强度E=ceUce=26173.6V/cm=2.5V/cm.选项A正确.由Uca=UbO即c-a=b-O,得O=1V,所以B正确.电子在a点电势能Epa=qa=-10eV,在b点电势能Epb=qb=-17eV,所以Epa-Epb=7eV,a点电势能比b点高7eV,选项C错误.电子从b到c电场力做功W=qUbc=-e×(17-26)V=9eV,选项D正确.方法技巧如何确定匀强电场中的电场线(1)先确定等势线,根据“两点确