2020年高考物理一轮复习热点题型归纳与变式演练专题19电场能的性质含解析.docx
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1、专题19 电场能的性质【专题导航】目录热点题型一电势高低、电势能大小的判断1热点题型二电势差与电场强度的关系3在匀强电场中由公式UEd得出的“一式二结论”4UEd在非匀强电场中的应用7热点题型三电场线、等势线(面)及带电粒子的运动轨迹问题7带电粒子运动轨迹的分析8等势面的综合应用9热点题型四静电场的图象问题10vt图象11x图象12Ex图象13Epx图象14【题型演练】15【题型归纳】热点题型一电势高低、电势能大小的判断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
2、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A、B的高低2.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Epq,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3.电场中的功能关系(1)若只有电场力做功,电势能与动能之和保持不变(
3、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、弹簧弹力之外,其他各力对物体做的功等于物体机械能的变化(4)所有外力对物体所做的功等于物体动能的变化【例1】(2019广东韶关质检)如图所示,虚线表示某电场的等势面,实线表示一带电粒子仅在电场力作用下运动的径迹粒子在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()AaAaB,EkAEkB BaAEpB CaAaB,EpAaB,EkAEkB【答案】C【解析】根据图中等势面分布可知,5 V等势面处场强小于5 V等势面处场强,带电粒子在A
4、点所受的电场力小于在B点所受的电场力,根据牛顿第二定律,aAaB,选项A、D错误;根据带电粒子运动轨迹可知粒子受到指向轨迹AB凹侧的力作用,带电粒子从A到B,电场力做负功,电势能增大,EpAEkB,选项C正确,B错误【变式1】(2019江苏南京师范大学附属中学高三模拟)某静电除尘设备集尘板的内壁带正电,设备中心位置有一个带负电的放电极,它们之间的电场线分布如图所示,虚线为某带电烟尘颗粒(重力不计)的运动轨迹,A、B是轨迹上的两点,C点与B点关于放电极对称,下列说法正确的是()AA点电势低于B点电势 BA点电场强度小于C点电场强度C烟尘颗粒在A点的动能小于在B点的动能 D烟尘颗粒在A点的电势能小
5、于在B点的电势能【答案】AC【解析】由沿电场线方向电势降低可知,A点电势低于B点电势,A正确;由图可知,A点处电场线比C点处密集,因此A点的场强大于C点场强,B错误;烟尘颗粒带负电,从A到B的过程中,电场力做正功,动能增加,烟尘颗粒在A点的动能小于在B点的动能,电势能减小,烟尘颗粒在A点的电势能大于在B点的电势能,C正确,D错误【变式2】(多选)如图所示,在点电荷Q产生的电场中,实线MN是一条方向未标出的电场线,虚线AB是一个电子只在静电力作用下的运动轨迹设电子在A、B两点的加速度大小分别为aA、aB,电势能分别为EpA、EpB.下列说法正确的是()A电子一定从A向B运动 B若aAaB,则Q靠
6、近M端且为正电荷C无论Q为正电荷还是负电荷一定有EpAEpB DB点电势可能高于A点电势【答案】BC【解析】若Q在M端,由电子运动的轨迹可知Q为正电荷,电子从A向B运动或从B向A运动均可,由于rArB,故EAEB,FAFB,aAaB,AB,EpAEpB;若Q在N端,由电子运动的轨迹可知Q为负电荷,且电子从A向B运动或从B向A运动均可,由rArB,故EAEB,FAFB,aA5 VCC点的电势CCB,所以有CUAB【答案】AD.【解析】vt图象的斜率表示加速度,可知小物块在B点的加速度最大,所受的电场力最大,所以B点的电场强度最大,A正确;小物块由A运动到B的过程中,由图可知A、B两点的速度,已知
7、小物块的质量,则由动能定理可知qUABmvmv,由上式可求出小物块由A运动到B的过程中电场力所做的功qUAB,因为电场强度的关系未知,则不能求解A、B两点之间的位移大小,B错误;中垂线上电场线分布不是均匀的,B点不在连线中点,C错误;在小物块由A运动到B的过程中,根据动能定理有qUABmvmv(1103420) J8103 J,同理,在小物块由B运动到C的过程中,有qUBCmvmv(110372110342) J16.5103 J,对比可得UBCUAB,D正确x图象【例7】(2019福建泉州模拟)在坐标x0到x0之间有一静电场,x轴上各点的电势随坐标x的变化关系如图所示,一电荷量为e的质子从x
8、0处以一定初动能仅在电场力作用下沿x轴正向穿过该电场区域则该质子()A在x00区间一直做加速运动 B在0x0区间受到的电场力一直减小C在x00区间电势能一直减小 D在x00区间电势能一直增加【答案】D【解析】从x0到0,电势逐渐升高,意味着该区域内的场强方向向左,质子受到的电场力向左,与运动方向相反,所以质子做减速运动,A错误;设在xxx,电势为,根据场强与电势差的关系式E,当x无限趋近于零时,表示x处的场强大小(即x图线的斜率),从0到x0区间,图线的斜率先增加后减小,所以电场强度先增大后减小,根据FEe,质子受到的电场力先增大后减小,B错误;在x00区间质子受到的电场力方向向左,与运动方向
9、相反,电场力做负功,电势能增加,C错误,D正确【变式】在x轴上有两个点电荷q1、q2,其静电场的电势在x轴上分布如图所示下列说法正确的有()Aq1和q2带有异种电荷 Bx1处的电场强度为零C负电荷从x1移到x2,电势能减小 D负电荷从x1移到x2,受到的电场力增大【答案】AC【解析】由x1处电势为零可知,两点电荷q1和q2带有异种电荷,选项A正确;在 x图象中,图象切线的斜率表示电场强度,则x1处的电场强度不为零,选项B错误;且有x1到x2电场强度逐渐减小,负电荷受到的电场力逐渐减小,选项D错误;由Epq可知,负电荷在电势高处的电势能低,负电荷从x1移到x2,电势能减小,选项C正确Ex图象【例
10、8】(多选)(2019山东潍坊实验中学模拟)某电场中沿x轴上各点的电场强度大小变化如图所示场强方向与x轴平行,规定沿x轴正方向为正,一负点电荷从坐标原点O以一定的初速度沿x轴负方向运动,到达x1位置时速度第一次为零,到达x2位置时速度第二次为零,不计点电荷的重力下列说法正确的是()A点电荷从x1运动到x2的过程中,速度先保持不变,然后均匀增大再均匀减小B点电荷从O沿x轴正方向运动到x2的过程中,加速度先均匀增大再均匀减小C电势差UOx1UOx2D在整个运动过程中,点电荷在x1、x2位置时的电势能最大【答案】BD.【解析】点电荷从x1运动到x2的过程中,将运动阶段分成两段:点电荷从x1运动到O的
11、过程中,初速度为0,根据牛顿第二定律有a,电场强度E不变,所以加速度a不变,点电荷做匀加速运动;点电荷从O运动到x2的过程中,根据牛顿第二定律有a,电场强度E先均匀增大再均匀减小,所以加速度a先均匀增大再均匀减小,速度不是均匀变化的,故A错误,B正确;点电荷从O运动到x1的过程中,根据动能定理有UOx1q0mv,点电荷从O运动到x2的过程中,根据动能定理有UOx2q0mv,所以电势差UOx1UOx2,故C错误;点电荷在运动过程中仅有电场力做功,动能和电势能之和保持不变,点电荷在x1、x2位置动能最小,则电势能最大,D正确【变式】(2019石家庄模拟)如图所示,真空中有一半径为R、电荷量为Q的均
12、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变化关系如图乙所示,则()Ax2处场强大小为 B球内部的电场为匀强电场Cx1、x2两点处的电势相同 D假设将试探电荷沿x轴移动,则从x1移到R处和从R移到x2处电场力做功相同【答案】A【解析】计算x2处的电场强度时,可把带电球体等效为位于原点的点电荷,则有x2处场强大小为Ek,故选项A正确;由乙图Ex图象可知,球内部由O到球表面区间电场强度均匀增大,所以内部电场为非匀强电场,故选项B错误;x轴上O点右侧的电场方向始终是向右的,沿着电场的方向电势逐渐减小,可知x1x2,故选项C错误;Ex 图象与x轴所围面积表示电势
13、差,由乙图可知两处面积不相等,所以x1处与球表面、球表面与x2处的电势差不同,则将试探电荷沿x轴从x1移到R处和从R移到x2处电场力做功不相同,故选项D错误Epx图象【例9】.(2019河北张家口一模)一带负电的粒子只在电场力作用下沿x轴正向运动,其电势能Ep随位移x变化的关系如图所示,其中0x2段是关于直线xx1对称的曲线,x2x3段是直线,则下列说法正确的是()Ax1处电场强度最小,但不为零B粒子在0x2段做匀变速运动,x2x3段做匀速直线运动C在0、x1、x2、x3处电势0、1、 2、3的关系为3201Dx2x3段的电场强度大小、方向均不变【答案】D【解析】.根据Epq,E,得E,由数学
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