2019_2020学年高考物理主题1静电场微型专题3电场能的性质课件必修3.pptx
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1、,主题1 静电场,微型专题3 电场能的性质,学科素养与目标要求,物理观念: 1.进一步理解电势、电势差的概念、公式,知道电场力做功与电势能变化的关系是一种普遍的功能关系. 2.理解Ex、x图象的意义,并会分析有关问题. 科学思维: 1.通过分析电势、电势能及电场力做功的综合问题,提高逻辑思维和科学思维能力. 2.通过方法的迁移,找到解决Ex、x图象与其他图象问题共性的东西.,NEIRONGSUOYIN,内容索引,达标检测,检测评价 达标过关,微型专题练,克难解疑 精准高效,重点探究,启迪思维 探究重点,重点探究,一、电场综合问题分析,例1 (多选)在光滑的绝缘水平面上,有一个正方形abcd,顶
2、点a、c分别固定一个正点电荷,电荷量相等,如图1所示.若将一个带负电的粒子置于b点由静止自由释放,粒子将沿着对角线bd往复运动.粒子从b点运动到d点的过程中 A.先做匀加速运动,后做匀减速运动 B.先从高电势到低电势,后从低电势到高电势 C.电势能与机械能之和保持不变 D.电势能先减小,后增大,图1,解析 a、c两点固定相同的正点电荷,则bd为等量正点电荷连线的中垂线,由电场线分布情况可知带电粒子不可能做匀加速或匀减速运动,故A错误; 等量正点电荷连线的中垂线的中点电势最高,带负电的粒子从b点运动到d点的过程中,先从低电势到高电势,再从高电势到低电势,故B错误; 带负电粒子从b点运动到d点的过
3、程中所受电场力先由b指向d,后由d指向b,所以电场力先做正功后做负功,因此电势能先减小,后增大,故D正确; 只有电场力做功,电势能与机械能之和保持不变,故C正确.,例2 (多选)(2018郑州一中高二期中)如图2所示,在一个匀强电场(图中未画出)中有一个四边形ABCD,其中,M为AD的中点,N为BC的中点.一个带正电的粒子从A点移动到B点,电场力做功为WAB2.0109 J;将该粒子从D点移动到C点,电场力做功为WDC4.0109 J.则以下分析正确的是 A.若将该粒子从M点移动到N点,电场力做功为WMN3.0 109 J B.若将该粒子从M点移动到N点,电场力做功WMN有可能大于 4.010
4、9 J C.若A、B之间的距离为1 cm,该粒子的电荷量为2107 C, 则该电场的场强一定是E1 V/m D.若该粒子的电荷量为2109 C,则A、B之间的电势差为1 V,图2,解析 在匀强电场中,由于M为AD的中点,N为BC的中点,,由WABqUABqEd,若电场方向恰好沿AB方向,,若电场方向不沿AB方向,则dX1 V/m,故C错误;,例3 如图3所示,在竖直平面内,光滑绝缘直杆AC与半径为R的圆周交于B、C两点,在圆心处有一固定的正点电荷,B点为AC的中点,C点位于圆周的最低点.现有一质量为m、电荷量为q、套在杆上的带负电小球(可视为质点)从A点由静止开始沿杆下滑.已知重力加速度为g,
5、A点距过C点的水平面的竖直高度为3R,小球滑到B点时的速度大小为2 .求: (1)小球滑到C点时的速度大小;,图3,解析 因为B、C两点电势相等,故小球从B到C运动的过程中电场力做的总功为零.,(2)若以C点为零电势点,试确定A点的电势.,解析 小球从A到C,重力和电场力均做正功,,又根据电场力做功与电势能的关系:W电EpAEpCqA(qC).,电场中的功能关系 1.合力做功等于物体动能的变化量,即W合Ek,这里的W合指合外力做的功. 2.电场力做功决定带电体电势能的变化量,即WABEpAEpBEp.这与重力做功和重力势能变化之间的关系类似. 3.只有电场力做功时,带电体电势能与机械能的总量不
6、变,即Ep1E机1Ep2E机2.这与只有重力做功时,物体的机械能守恒类似.,二、x和Ex图象分析,例4 (多选)空间某一静电场的电势在x轴上的分布如图4所示,x轴上两点B、C的电场强度在x轴方向上的分量分别是EBx、ECx,下列说法中正确的有 A.EBx的大小大于ECx的大小 B.EBx的方向沿x轴正方向 C.电荷在O点受到的电场力在x轴方向上的分量最大 D.负电荷沿x轴从B移到C的过程中,电场力先做正功后做负功,图4,解析 在x图象中,图线的斜率大小表示场强大小,可见EBxECx,选项A正确; 同理可知O点场强在x轴方向上的分量最小,电荷在该点受到的电场力在x轴方向上的分量最小,选项C错误;
7、 沿电场方向电势降低,在O点左侧,Ex的方向沿x轴负方向,在O点右侧,Ex的方向沿x轴正方向,选项B错误,选项D正确.,学科素养 从x图象上可直接看出电势随位置的变化,可间接求出场强E随x的变化情况:x图象切线斜率的绝对值k 为E的大小,场强E的方向为电势降低的方向.从形象思维到抽象思维到建立模型,体现了物理“科学思维”的学科素养.,例5 (多选)(2018启东中学高二质检)如图5甲所示,真空中有一半径为R、电荷量为Q的均匀带电球体,以球心为坐标原点,沿半径方向建立x轴.理论分析表明,x轴上各点的场强随x变化的关系如图乙所示,则 A.c点处的场强和a点处的场强大小相等、方向相同 B.球内部的电
8、场为匀强电场 C.a、c两点处的电势相等 D.假设将一个带正电的试探电荷沿x轴移动,则从a点处移动到c点处的过程中,电 场力一直做正功,图5,解析 根据题图乙所示的x轴上各点的电场强度随x变化的关系知c点处场强和a点处场强大小相等、方向相同,球内部的电场为非匀强电场,选项A正确,选项B错误; 沿电场线方向电势逐渐降低,由题图乙易判断a点的电势大于c点的电势,选项C错误; 假设将一个带正电的试探电荷沿x轴移动,电场力与运动方向相同,电场力一直做正功,选项D正确.,E是矢量,Ex图象中E的正负反映E的方向,E的数值反映电场强度E的大小,Ex图象与x轴所围面积表示电势差大小.,图6,针对训练 (20
9、18衡水市测试)静电场方向平行于x轴,其电势随x的分布可简化为如图6所示的折线,图中0和d为已知量.一个带负电的粒子在电场中以x0为中心、沿x轴方向做周期性运动.已知该粒子质量为m、电荷量为q,忽略重力.规定x轴正方向为电场强度E、加速度a、速度v的正方向,如图分别表示x轴上各点的电场强度E、粒子的加速度a、速度v和动能Ek随x的变化图象,其中正确的是,解析 x图象切线的斜率表示电场强度,沿电场方向电势降低,因而在x0的左侧,电场向左,且为匀强电场,故A错误; 由于粒子带负电,粒子的加速度在x0左侧为正值,在x0右侧为负值,且大小不变,故B错误; 在x0左侧粒子向右做匀加速运动,在x0右侧向右
10、做匀减速运动,速度与位移不成正比,故C错误; 在x0左侧,根据动能定理得qExEkEk0,在x0的右侧,根据动能定理得qExEkEk0,故D正确.,达标检测,1.(电场综合问题)(多选)(2017全国卷)在一静止点电荷的电场中,任一点的电势与该点到点电荷的距离r的关系如图7所示.电场中四个点a、b、c和d的电场强度大小分别为Ea、Eb、Ec和Ed.点a到点电荷的距离ra与点a的电势a已在图中用坐标(ra,a)标出,其余类推.现将一带正电的试探电荷由a点依次经b、c点移动到d点,在相邻两点间移动的过程中,电场力所做的功分别为Wab、Wbc和Wcd.下列选项正确的是 A.EaEb41 B.EcEd
11、21 C.WabWbc31 D.WbcWcd13,1,2,3,4,图7,解析 由题图可知,a、b、c、d到点电荷的距离分别为1 m、2 m、3 m、6 m,,1,2,3,4,电场力做功WqU,a与b、b与c、c与d之间的电势差分别为3 V、1 V、1 V,,2.(x图象)(多选)(2017扬州市期末)两个点电荷Q1和Q2固定在x轴上O、D两点,两者之间连线上各点电势高低如图8中曲线所示(OBBD),取无穷远处电势为零,由图可知 A.B点电场强度为零 B.Q1为负电荷,Q2为正电荷 C.Q1电荷量一定大于Q2电荷量 D.将电子沿x轴从A点移到C点,电场力一直做正功,1,2,3,4,图8,1,2,
12、3,4,负点电荷电场中的电势为负,正点电荷电场中的电势为正,结合题图可知,Q1为负电荷,Q2为正电荷,B正确; 由题图可知,电势零点离D点较近,故Q1电荷量一定大于Q2电荷量,C正确; 将电子沿x轴从A点移到C点,电势一直升高,电子的电势能一直减小,电场力一直做正功,D正确.,3.(电场综合问题)(多选)(2018全国卷)图9中虚线a、b、c、d、f代表匀强电场内间距相等的一组等势面,已知平面b上的电势为2 V.一电子经过a时的动能为10 eV,从a到d的过程中克服电场力所做的功为6 eV.下列说法正确的是 A.平面c上的电势为零 B.该电子可能到达不了平面f C.该电子经过平面d时,其电势能
13、为4 eV D.该电子经过平面b时的速率是经过d时的2倍,1,2,3,4,图9,解析 因等势面间距相等,由UEd得相邻虚线之间电势差相等,由a到d,eUad6 eV,故Uad6 V;各虚线电势如图所示,因电场力做负功,故电场方向向右,沿电场线方向电势降低,c0,A项正确; 因电子的速度方向未知,若不垂直于等势面,如图中实线所示,电子可能到达不了平面f,B项正确; 经过d时,电势能Eped2 eV,C项错误;,1,2,3,4,由a到b,WabEkbEka2 eV,所以Ekb8 eV; 由a到d,WadEkdEka6 eV,所以Ekd4 eV;,4.(电场综合问题)(2018东北师大附中高二月考)
14、如图10所示,在足够长的光滑绝缘水平直线轨道上方h高度的P点固定一个电荷量为Q的点电荷.一质量为m、带电荷量为q的物块(可视为质点)从轨道上的A点以初速度v0沿轨道向右运动,当运动到P点正下方B点时速度为v.已知点电荷产生的电场在A点的电势为(取无穷远处电势为零),PA连线与水平轨道的夹角为60,重力加速度为g,静电力常量为k.试求: (1)物块在A点时受到轨道的支持力大小;,1,2,3,4,图10,设物块在A点时受到轨道的支持力大小为FN,1,2,3,4,由平衡条件有:FNmgFsin 60,(2)点电荷产生的电场在B点的电势.,解析 设点电荷产生的电场在B点的电势为B,1,2,3,4,微型
15、专题练,一、选择题 考点一 电场综合问题分析 1.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.小球的重力势能减少了2mgh B.小球的动能增加了2mgh C.电场力做负功2mgh D.小球的电势能增加了3mgh,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,解析 带电小球受到向上的静电力和向下的重力,据牛顿第二定律F合F电mg2mg,得F电3mg,在下落过程中静电力做功W电3mgh,重力做功WGmgh,总功WW电WG2mgh,根据做功与势能变化关系可判断:小球重力势能减少了mgh,电势能增加了3mgh,根据动能定理,小球
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