2020届高考物理总复习教科版课件:第7章 静电场 第2课时 电场能的性质 .pdf
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1、第第2 2课时 电场能的性质课时 电场能的性质 基础回顾基础回顾 核心探究核心探究 演练提升演练提升 基础回顾基础回顾 自主梳理自主梳理融会贯通融会贯通 知识梳理知识梳理 一、电场力做功与电势能一、电场力做功与电势能 1.1.电场力做功电场力做功 (1)(1)特点特点: :电场力做功与重力做功相似电场力做功与重力做功相似, ,均与均与 无关无关, ,只与只与 有关有关. . (2)(2)计算方法计算方法. . W=qEd,W=qEd,只适用于只适用于 , ,其中其中d d为沿为沿 的距离的距离. . W WAB AB=qU =qUAB AB, ,适用于 适用于 . . 路径路径初末位置初末位置
2、 匀强电场匀强电场电场方向电场方向 任何电场任何电场 2.2.电势能电势能 (1)(1)定义定义: :电荷在电场中具有的势能电荷在电场中具有的势能, ,数值上等于将电荷从该点移到数值上等于将电荷从该点移到 位位 置时电场力所做的功置时电场力所做的功. . (2)(2)电场力做功与电势能变化的关系电场力做功与电势能变化的关系: :电场力做的功等于电场力做的功等于 , ,即即 W WAB AB=E =EpA pA-E -EpB pB=-E =-Ep p. . (3)(3)电势能的相对性电势能的相对性: :电势能是电势能是 的的, ,通常把电荷离场源电荷通常把电荷离场源电荷 处的处的 电势能规定为零
3、电势能规定为零, ,或把电荷在或把电荷在 表面的电势能规定为零表面的电势能规定为零. . 二、电势与等势面二、电势与等势面 1.1.电势电势 (1)(1)定义与定义式定义与定义式: :检验电荷在电场中某点具有的检验电荷在电场中某点具有的 与它的与它的 的的 比值比值, ,即即 零势能零势能 电势能的减小量电势能的减小量 相对相对无穷远无穷远 大地大地 电势能电势能电荷量电荷量 p E q (2)(2)矢标性矢标性: :电势是电势是 , ,有正负之分有正负之分, ,其正其正( (负负) )表示该点电势比表示该点电势比 高高( (低低).). (3)(3)相对性相对性: :电势具有电势具有 , ,
4、同一点的电势因选取零电势点的不同而不同同一点的电势因选取零电势点的不同而不同. . (4)(4)电场中电场强度为零的位置电势电场中电场强度为零的位置电势 为零为零; ;电场强度相同的区域电电场强度相同的区域电 势势 相同相同 . . 2.2.等势面等势面 (1)(1)定义定义: :电场中电场中 的各点构成的曲面的各点构成的曲面. . (2)(2)特点特点 等势面一定与电场线等势面一定与电场线 . . 在在 移动电荷时电场力不做功移动电荷时电场力不做功. . 电场线总是从电场线总是从 的等势面指向的等势面指向 的等势面的等势面. . 等差等势面越密的地方等差等势面越密的地方 越大越大, ,反之越
5、小反之越小. . 标量标量 零电势零电势 相对性相对性 不一定不一定 不一定不一定 电势值相等电势值相等 垂直垂直 同一等势面上同一等势面上 电势高电势高电势低电势低 电场强度电场强度 三、电势差 匀强电场中电势差与电场强度的关系三、电势差 匀强电场中电势差与电场强度的关系 1.1.电势差电势差 (1)(1)定义定义: :电荷在电场中电荷在电场中, ,由一点由一点A A移到另一点移到另一点B B时时, , 与移动的与移动的 电荷的电荷的 的比值的比值. . (2)(2)定义式定义式:U:UAB AB= = . . (3)(3)电势差与电势的关系电势差与电势的关系:U:UAB AB= = ,U
6、,UAB AB=-U =-UBA BA. . (4)(4)电势差是标量电势差是标量, ,但有正、负之分但有正、负之分, ,正负表示两点电势的高低正负表示两点电势的高低, ,如如U UAB AB为正 为正( (负负),), 表示表示A A点电势高于点电势高于( (低于低于)B)B点电势点电势. . (5)(5)影响因素影响因素: :电势差电势差U UAB AB由电场本身的性质决定 由电场本身的性质决定, ,与移动的电荷与移动的电荷q q及电场力做的及电场力做的 功功W WAB AB , ,与零电势点的选取与零电势点的选取 . . 电场力做的功电场力做的功 电荷量电荷量 AB W q AB 无关无
7、关 无关无关 2.2.匀强电场中电势差与电场强度的关系匀强电场中电势差与电场强度的关系 (1)(1)电势差与电场强度的关系式电势差与电场强度的关系式:E=:E= , ,其中其中d d为电场中两点间为电场中两点间 的的 距离距离. . (2)(2)公式只适用于公式只适用于 . . (3)(3)电场强度的方向是电势降低最快的方向电场强度的方向是电势降低最快的方向. . 沿电场方向沿电场方向 U d 匀强电场匀强电场 AB U d 自主检测自主检测 1.1.思考判断思考判断 (1)(1)电场强度处处为零的区域内电场强度处处为零的区域内, ,电势一定也处处为零电势一定也处处为零.(.( ) ) (2)
8、(2)电场强度处处相同的区域内电场强度处处相同的区域内, ,电势一定也处处相同电势一定也处处相同.(.( ) ) (3)(3)电场强度的方向总是跟等势面垂直电场强度的方向总是跟等势面垂直.(.( ) ) (4)(4)电势降低的方向就是电场强度的方向电势降低的方向就是电场强度的方向.(.( ) ) (5)A,B(5)A,B两点间的电势差等于将正电荷从两点间的电势差等于将正电荷从A A移到移到B B时电场力所做的功时电场力所做的功.(.( ) ) 答案答案: :(1)(1) (2)(2) (3)(3) (4)(4) (5)(5) 2.(2.(多选多选) )某静电除尘器工作时内部电场线分布的俯视图如
9、图某静电除尘器工作时内部电场线分布的俯视图如图, ,带负电的粉尘带负电的粉尘 被吸附时由被吸附时由b b点运动到点运动到a a点点, ,以下说法正确的是以下说法正确的是( ( ) ) A.aA.a点电场强度小于点电场强度小于b b点的电场强度点的电场强度 B.aB.a点电场强度大于点电场强度大于b b点的电场强度点的电场强度 C.C.电场力对粉尘做正功电场力对粉尘做正功 D.D.粉尘的电势能增大粉尘的电势能增大 ACAC 解析解析: :电场线的疏密表示电场强度大小电场线的疏密表示电场强度大小, ,选项选项A A正确正确,B,B错误错误; ;带负电的粉尘带负电的粉尘 受到的电场力方向与电场方向相
10、反受到的电场力方向与电场方向相反, ,电场力对粉尘做正功电场力对粉尘做正功, ,粉尘的电势能粉尘的电势能 减少减少, ,选项选项C C正确正确,D,D错误错误. . 3.(3.(20172017云南昆明质检云南昆明质检) )一个带正电的质点一个带正电的质点, ,电荷量为电荷量为q=2.0q=2.01010-9 -9 C, C,在静电在静电 场中由场中由a a点移到点移到b b点点, ,在这个过程中在这个过程中, ,除电场力做功外除电场力做功外, ,其他力做的功为其他力做的功为 6.06.01010-5 -5 J, J,质点的动能增加了质点的动能增加了8.08.01010-5 -5 J, J,则
11、则a,ba,b两点间的电势差两点间的电势差U Uab ab为 为( ( ) ) A.3A.310104 4 V V B.1B.110104 4 V V C.4C.410104 4 V V D.7D.710104 4 V V B B C C 核心探究核心探究 分类探究分类探究各个击破各个击破 考点一 电势、电势能、等势面考点一 电势、电势能、等势面 1.1.电势高低的四种判断方法电势高低的四种判断方法 (1)(1)据电场线的方向判断据电场线的方向判断: :电场线由高电势面指向低电势面电场线由高电势面指向低电势面, ,或者说沿电场线或者说沿电场线 方向电势逐渐降低方向电势逐渐降低. . (3)(3
12、)据电场力做功来判断据电场力做功来判断: :电场力对正电荷做正功电场力对正电荷做正功, ,电荷由高电势处移向低电电荷由高电势处移向低电 势处势处; ;正电荷克服电场力做功正电荷克服电场力做功, ,电荷由低电势处移向高电势处电荷由低电势处移向高电势处. .对于负电荷对于负电荷, ,情情 况恰好相反况恰好相反. . (4)(4)根据电势能判断根据电势能判断: :正电荷在电势高处电势能较大正电荷在电势高处电势能较大; ;负电荷在电势低处电势负电荷在电势低处电势 能较大能较大. . 2.2.电势能高低的四种判断方法电势能高低的四种判断方法 (1)(1)做功判断法做功判断法: :电场力做正功电场力做正功
13、, ,电势能减小电势能减小; ;电场力做负功电场力做负功, ,电势能增大电势能增大. . (2)(2)电荷电势法电荷电势法: :正电荷在电势高的地方电势能大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负电荷在电势低的地方电 势能大势能大. . (4)(4)能量守恒法能量守恒法: :在电场中在电场中, ,若只有电场力做功时若只有电场力做功时, ,电荷的动能和电势能相互转电荷的动能和电势能相互转 化化, ,动能增大时动能增大时, ,电势能减小电势能减小, ,反之电势能增大反之电势能增大. . 【典例典例1 1】 (2017(2017山西太原二模山西太原二模) )空间中空间中P,QP,Q
14、两点处各固定一个点电荷两点处各固定一个点电荷, ,其中其中P P点点 处为正电荷处为正电荷,P,Q,P,Q两点附近电场的等势面分布如图所示两点附近电场的等势面分布如图所示,a,b,c,d,a,b,c,d为电场中的四个为电场中的四个 点点, ,则则( ( ) ) A.P,QA.P,Q两点处的电荷等量同种两点处的电荷等量同种 B.aB.a点和点和b b点的电场强度相同点的电场强度相同 C.cC.c点的电势低于点的电势低于d d点的电势点的电势 D.D.负电荷从负电荷从a a到到c,c,电势能减少电势能减少 核心点拨核心点拨(1)(1)由等势面的对称性可知由等势面的对称性可知, ,一定是等量的异种电
15、荷产生的一定是等量的异种电荷产生的 电场电场. . (2)(2)电场强度是矢量电场强度是矢量, ,比较是否相同比较是否相同, ,不仅要看大小不仅要看大小, ,还要看方向还要看方向. . (3)(3)根据电势高低根据电势高低, ,由由W=qUW=qU判断电场力做功、电势能变化判断电场力做功、电势能变化. . D D 【针对训练针对训练】 (2017 (2017石家庄二中一模石家庄二中一模) )如图所示如图所示, ,真空中等量同种正点电荷真空中等量同种正点电荷 放置在放置在M,NM,N两点两点, ,在在M,NM,N的连线上有对称点的连线上有对称点a,c,M,Na,c,M,N连线的中垂线上有对称点连
16、线的中垂线上有对称点 b,d,b,d,则下列说法正确的是则下列说法正确的是( ( ) ) A.A.正电荷正电荷+q+q在在c c点电势能大于在点电势能大于在a a点电势能点电势能 B.B.正电荷正电荷+q+q在在c c点电势能小于在点电势能小于在a a点电势能点电势能 C.C.在在M,NM,N连线的中垂线上连线的中垂线上,O,O点电势最高点电势最高 D.D.负电荷负电荷-q-q从从d d点静止释放点静止释放, ,在它从在它从d d点运动到点运动到b b点的过程中点的过程中, ,加速度先减小再加速度先减小再 增大增大 C C 解析解析: :由等量同种正点电荷电场分布特点可知由等量同种正点电荷电场
17、分布特点可知a,ca,c两点电势相等两点电势相等, ,正电荷正电荷+q+q在在 a,ca,c两点的电势能相等两点的电势能相等, ,选项选项A,BA,B错误错误;M,N;M,N连线的中垂线上由无穷远到连线的中垂线上由无穷远到O O点电点电 场强度先变大再变小场强度先变大再变小, ,中间某一位置电场强度最大中间某一位置电场强度最大, ,负电荷从无穷远到负电荷从无穷远到O O点做点做 加速度先增大再减小的加速运动加速度先增大再减小的加速运动, ,在在O O点时速度最大点时速度最大, ,动能最大动能最大, ,电势能最小电势能最小, , 过过O O点后做加速度先增大再减小的减速运动点后做加速度先增大再减
18、小的减速运动, ,动能减小动能减小, ,电势能增加电势能增加, ,所以负所以负 电荷在电荷在M,NM,N连线中垂线上的连线中垂线上的O O点电势能最小点电势能最小, ,则则O O点电势最高点电势最高, ,选项选项C C正确正确; ;由于由于 不知不知b,db,d在在M,NM,N连线中垂线上的具体位置连线中垂线上的具体位置, ,负电荷从负电荷从d d到到b b运动过程中加速度可运动过程中加速度可 能先减小再增大能先减小再增大, ,也可能先增大再减小也可能先增大再减小, ,再增大再减小再增大再减小, ,选项选项D D错误错误. . 考点二 带电粒子的运动轨迹问题考点二 带电粒子的运动轨迹问题 带电
19、粒子在电场中运动轨迹问题的分析方法带电粒子在电场中运动轨迹问题的分析方法 (1)(1)从轨迹的弯曲方向判断受力方向从轨迹的弯曲方向判断受力方向( (轨迹向合外力方向弯曲轨迹向合外力方向弯曲),),从而分析电场从而分析电场 方向或电荷的正负方向或电荷的正负. . (2)(2)结合轨迹、速度方向与电场力的方向结合轨迹、速度方向与电场力的方向, ,确定电场力做功的正负确定电场力做功的正负, ,从而确定电从而确定电 势能、电势和电势差的变化等势能、电势和电势差的变化等. . (3)(3)根据动能定理、能量守恒定律或功能关系判断动能的变化根据动能定理、能量守恒定律或功能关系判断动能的变化. . 【典例典
20、例2 2】 (2017(2017辽宁大连一模辽宁大连一模)()(多选多选) )如图所示如图所示, ,虚线虚线a,b,ca,b,c表示电场中的三表示电场中的三 个等势面个等势面, ,相邻等势面间的电势差相等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实线为一个带正电的质点仅在电场力 作用下作用下, ,通过该区域的运动轨迹通过该区域的运动轨迹,P,Q,P,Q是轨迹上的两点是轨迹上的两点. .下列说法中正确的是下列说法中正确的是( ( ) ) A.A.三个等势面中三个等势面中, ,等势面等势面a a的电势最高的电势最高 B.B.带电质点通过带电质点通过P P点时的电势能比通过点时的
21、电势能比通过Q Q点时的小点时的小 C.C.带电质点通过带电质点通过P P点时的动能比通过点时的动能比通过Q Q点时的小点时的小 D.D.带电质点通过带电质点通过P P点时的加速度比通过点时的加速度比通过Q Q点时的大点时的大 CDCD 核心点拨核心点拨 解析解析: :电荷所受电场力指向轨迹内侧电荷所受电场力指向轨迹内侧, ,由于质点带正电由于质点带正电, ,因此电场线指向右因此电场线指向右 下方下方, ,沿电场线电势降低沿电场线电势降低, ,故故c c等势面的电势最高等势面的电势最高,a,a等势面的电势最低等势面的电势最低, ,选选 项项A A错误错误; ;从从P P到到Q Q过程中电场力做
22、正功过程中电场力做正功, ,电势能降低电势能降低, ,动能增大动能增大, ,故故P P点的动点的动 能小于能小于Q Q点的动能点的动能, ,选项选项C C正确正确,B,B错误错误; ;等势线密的地方电场线密等势线密的地方电场线密, ,电场电场电场电场 强度大强度大, ,则则P P点电场强度大于点电场强度大于Q Q点电场强度点电场强度, ,则则P P点的加速度大点的加速度大, ,选项选项D D正确正确. . 多维训练多维训练 1.1. 电场线与运动轨迹电场线与运动轨迹 (2018(2018广州六校联考广州六校联考)()(多选多选) )如图所示如图所示, ,实线是一个电实线是一个电 场中的电场线场
23、中的电场线, ,虚线是一带电粒子在此电场中运动的轨迹虚线是一带电粒子在此电场中运动的轨迹. .若带电粒子只在电若带电粒子只在电 场力作用下从场力作用下从a a处运动到处运动到b b处处, ,以下说法正确的是以下说法正确的是( ( ) ) A.A.带电粒子在带电粒子在a a处的加速度较大处的加速度较大 B.B.带电粒子在带电粒子在a a处的加速度较小处的加速度较小 C.C.带电粒子在带电粒子在a a处的电势能较大处的电势能较大 D.D.带电粒子在带电粒子在a a处的电势能较小处的电势能较小 ADAD 2.2.仅由运动轨迹分析受力和能量变化仅由运动轨迹分析受力和能量变化 (2016(2016全国全
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