高三物理电场的能的性质

,考基自主落实,核心考点透析,思维方法技巧,活页限时训练,高考快乐体验,第,2,讲电场的能的性质,电势能,(1),电场力做功,特点：电场力做功与,_,无关，只与,_,有关,计算方法,a,W,qEd,，只适用于匀强电场，其中,d,为沿,_,的距离,b,W,AB,qU,AB,，适用于,_,电势能、电势,(,考纲要求,),1.,路径,初、末位置,电场方向,任何电场,(2),电势能,定义：电荷在,_,中具有的势能，数值上等于将电荷从该点移到,_,位置时电场力所做的功,电场力做功与电势能变化的关系：电场力做的功等于,_,，即,W,AB,E,p,A,E,p,B,E,p,.,电势,(1),定义：电荷在电场中某一点的电势能与它的电荷量的比值，叫做这一点的电势，用,表示在数值上等于单位正电荷由该点移到零电势时,_,，电势是标量，只有大小，没有方向，但有正负,2,零势能,电场,(3),单位,：伏特,(V),(4),电势与电场线的关系,：沿电场线方向,电势降低,(,电场线指向电势降低最快的方向,),电势能的减小量,电场力所做的功,(5),零电势位置的规定：电场中某一点的电势的数值与零电势的选择,_,关，即电势的数值决定于零电势的选择,(,大地或无穷远默认为零,),等势面,(1),定义,：电场中电势相同的各点构成的面叫做等势面,(2),等势面的特点,等势面一定和电场线垂直,等势面上各点电势相等，在等势面上移动电荷时电场力不做功,电场线总是由电势高的等势面指向电势低的等势面,电场线越密的地方，等差等势面越密,.,3,有,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,电势差,(,考纲要求,),2,定义式,：,U,AB,.,电场力,做功,电荷量,3,电势差与电势的关系,：,U,AB,_,，,U,AB,U,BA,.,4,影响因素,：电势差,U,AB,由电场本身的性质决定，与移动,的电荷,q,及电场力做的功,W,AB,_,，与零电势点的选取,_.,无关,A,B,无关,电势差与电场强度的关系式,：,U,AB,Ed,，其中,d,为电场中两点间,_,的距离,(,如图,6,2,1,所示,),电场强度的方向和大小,：电场中，电场强,匀强电场中电势差与电场强度的关系,图,6,2,1,1,2,沿电场方向,度方向是指,_,最快的方向在匀强电场中，电场强度在数值上等于沿,_,方向每单位距离上降低的电势,电势降低,电场,特别提醒,(1),U,Ed,只适于匀强电场的定量计算,.,(2),在非匀强电场中也可用,U,Ed,定性判断电势差的大小,.,静电感应、静电平衡：把金属导体放在外电场中，导体内的自由电子受电场力作用而,_,，使导体的两面出现等量的,_,电荷，这种现象叫静电感应；当导体内自由电子的定向移动,_,时，导体处于静电平衡状态,静电屏蔽,金属壳或金属网罩所包围的区域，不受,_,电场的影响，这种现象叫做静电屏蔽,静电现象的解释,(,考纲要求,),1.,2,发生迁移,异种,停止,外部,1,电场线与电场强度的关系,：电场线越密的地方表示电,场强度越大，电场线上每点的切线方向表示该点的电,场强度方向,2,电场线与等势面的关系,：电场线与等势面垂直，并从,电势较高的等势面指向电势较低的等势面,3,电场强度数值与电势数值无直接关系,：电场强度大,(,或,小,),的地方电势不一定大,(,或小,),，零电势可人为选取，,而电场强度是否为零则由电场本身决定,考点一,电场线、电场强度、电势、,电势差、等势面之间的关系,4,几种常见的典型电场的等势面比较,电场,等势面,(,实线,),图样,重要描述,匀强电场,垂直于电场线的一簇平面,点电荷,的电场,以点电荷为球心的一簇球面,电场,等势面,(,实线,),图样,重要描述,等量异种,点电荷的,电场,连线的中垂面上的电势为零,等量同种,正点电荷,的电场,连线上，中点电势最低，而在中垂线上，中点电势最高,如图,6,2,5,所示，实线表示电场线，虚线表示只受电场力作用的电荷运动轨迹，,a,、,b,为运动轨迹上的两点，可以判定,(,),A,电荷在,a,点速度大于在,b,点速度,B,电荷为负电荷,C,电荷在,a,点的电势能大于在,b,点的电势能,D,a,点的电势低于,b,点的电势,【典例,1,】,图,6,2,5,如图,6,2,4,所示，虚线,a,、,b,、,c,代表电场中的三个等势面，相邻等势面之间的电势差相等，即,U,ab,U,bc,，实线为一带正电的质点仅在电场力作用下通过该区域时的运动轨迹，,P,、,Q,是这条轨迹上的两点据此可知,(,),A,三个等势面中，,c,的电势最高,B,带电质点通过,P,点时的电势能较,Q,点大,C,带电质点通过,P,点时的动能较,Q,点大,D,带电质点通过,P,点时的加速度较,Q,点大,图,6,2,4,变式,1,、,1,电势高低的三种判断方法,2,电势能高低的四种判断方法,判断角度,判断方法,做功判断法,电场力做正功，电势能减小；,电场力做负功，电势能增加,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,公式法,由,E,p,q,p,，将,q,、,p,的大小、正负号一起代入公式，,E,p,的正值越大电势能越大，,E,p,的负值越小，电势能越大,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，电势能增加,等量同种带正电的点电荷的连线和其中垂,线如图,6,2,6,所示一个带负电的试探电荷，先从图中,a,点沿直线移到,b,点，再从,b,点沿直线移到,c,点，则,(,),A,试探电荷所受电场力的方向一直不变,B,试探电荷所受电场力的大小一直增大,C,试探电荷的电势能一直减少,D,a,、,b,、,c,三点的电势为：,a,b,c,【,变式,2,】,图,6,2,6,典例,2,、如图,6,2,7,所示，固定于同一条竖直线上的,A,、,B,是两个带等量异种电荷的点电荷，电荷量分别为,Q,和,Q,，,A,、,B,相距为,2,d,.,MN,是竖直放置的光滑绝缘细杆，另有一个穿过细杆的带电小球,p,，质量为,m,、电荷量为,q,(,可视为点电荷，不影响电场的分布,),现将小球,p,从与点电荷,A,等高的,C,处由静止开始释放，小球,p,向下,运动到距,C,点距离为,d,的,O,点时，速度为,v,.,已知,MN,与,AB,之间的距离为,d,，静电力常量为,k,，重力加速度为,g,.,可知,图,6,2,7,1,若只有电场力做功,电势能与动能之和保持不变；,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,所有力对物体所做的功,等于物体动能的变化,考点二,电场中的功能关系,1.,电场力做功的计算方法,(1),由公式,W,=,Fl,cos,计算，此公式只适用于匀强电场，可变形为,W,=,qEl,cos,.,(2),由,W,=,qU,来计算，此公式适用于任何形式的静电场,.,(3),由动能定理来计算：,W,电场力,+,W,其他力,=,E,k,.,(4),由电势能的变化计算：,W,=,E,p1,-,E,p2,.,2.,带电粒子在电场中做曲线运动时正负功的判断,(1),粒子速度方向一定沿轨迹的切线方向，粒子受力方向一定沿电场线指向轨迹凹侧,.,(2),电场力与速度方向间夹角小于,90,，电场力做正功；夹角大于,90,，电场力做负功,.,A,物体克服电场力做功,qEs,B,物体的电势能减少了,0.8,qEs,C,物体的电势能增加了,qEs,D,物体的动能减少了,0.8,qEs,【,典例,3,】,变式,1,（,2011,四川理综）质量为,m,的带正电小球由空中,A,点无初速自由下落，在,t,秒末加上竖直向上、范围足够大的匀强电场，再经过,t,秒小球又回到,A,点,.,不计空气阻力且小球从末落地，则,A.,整个过程中小球电势能变化了,B.,整个过程中小球速度增量的大小为,C.,从加电场开始到小球运动到最低点时小球动能变化了,D.,从,A,点到最低点小球重力势能变化了,变式,2,（,09,四川）如图，粗糙程度均匀的绝缘斜面下方,O,点处有一正点电荷，带负电的小物体以初速度,V1,从,M,点沿斜面上滑，到达,N,点时速度为零，然后下滑回到,M,点，此时速度为,V2,（,V2,V1,）。若小物体电荷量保持不变，,OM,ON,，则,A,小物体上升的最大高度为,B,从,N,到,M,的过程中，小物体的电势能逐渐减小,C,从,M,到,N,的过程中，电场力对小物体先做负功后做正功,D,从,N,到,M,的过程中，小物体受到的摩擦力和电场力均是先增大后减小,发散思维又称扩散思维或求异思维是指大脑在思维时呈现的一种扩散状态的思维方法，能使所掌握的知识进行多维拓展，它是创造性思维的主要模式之一,“,一式二结论,”,巧解电场强度与电势差相关的问题,2.,发散思维法,结论,2,匀强电场中若两线段,AB,CD,，且,AB,CD,，则,U,AB,U,CD,(,或,A,B,C,D,),，如图,6,2,11,所示,.,图,6,2,10,图,6,2,11,【,典例,】(,单选,)(2009,辽宁,、,宁夏理综,),空间有一匀强电场，在电场中建立,如图,6,2,12,所示的直角坐标系,O,xyz,，,M,、,N,、,P,为电场中的三个点，,M,点的坐标,(0,，,a,0),，,N,点的坐标为,(,a,0,0),，,P,点的坐标为,已,知电场方向平行于直线,MN,，,M,点电势为,0,，,N,点电势为,1V,，则,P,点的电势为,(,),图,6,2,12,