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20191018382.pdf
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1、第 1 页 共 25 页 1 专题 19 电场能的性质专题 19 电场能的性质 【专题导航】【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” .4 UEd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 静电场的图象问题热点题型四 静电场的图象问题 10 vt图
2、象11 x图象.12 Ex图象13 Epx图象.14 【题型演练】【题型演练】 15 【题型归纳】【题型归纳】 热点题型一 电势高低、电势能大小的判断热点题型一 电势高低、电势能大小的判断 1电势高低的判断 第 2 页 共 25 页 2 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 WAB q 正负判断A、B的高低 2.电势能大小的
3、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 第 3 页 共 25 页 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
4、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)(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,EkAEkB, 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)(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,
5、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 第 4 页 共 25 页 4 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
6、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
7、,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EA5 V CC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 1 2 2B 1 2 2A 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
8、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 1 2 2B 1 2 2A 1 2 qUBCmvmv( 110372 110342) J16.5103 J,对比可得UBCUAB,D 正确 1 2 2C 1 2 2B 1 2 1 2 x图象 x图象 【例 7】(2019福建泉州模拟)(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x0处以一定初动能仅在电场力作用下沿x轴正向穿过该电
9、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 第 15 页 共 25 页 15 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, x x 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
10、间质子受到的电场力方向向左, 与运动方向相反, 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
11、,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Ex图象 【例 8】 (多选)(2019山东潍坊实验中学模拟)(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( ) 第 16 页 共 25 页 16 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
12、增大再均匀减小 C电势差UOx1UOx2 D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 F m Eq m 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 F m Eq m 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
13、的过程中, 根据动能定理有UOx2q0mv, 所以电势差UOx1 1 2 2 0 1 2 2 0 UOx2,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)(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 kQ x2 2 第 17 页 共 25 页 17 Cx1、x2两点处的电势相同 D假设将试探电荷沿x轴
14、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, Q x2 2 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
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