【步步高】年高考物理大一轮 第六章 第3课时 电场的能的性质 新人教版选修31

第3课时电场的能的性质导学目标 1.会判断电场中电势的高低、电荷电势能的变化.2.会计算电场力做功及分析电场中的功能关系一、电场力做功与电势能基础导引在图1如图1所示的匀强电场中，把正电荷q从A点沿路径ACB移到 B点，与把它直接从A点沿直线AB移到B点，电场力做功相同吗？所做的功是正功还是负功？电势能是增加还是减少？知识梳理1电场力做功的特点(1)在电场中移动电荷时，电场力做功与_无关，只与_有关，可见电场力做功与_做功相似(2)在匀强电场中，电场力做的功W_，其中d为沿_的位移2电势能(1)定义：电荷在电场中具有的势能电荷在某点的电势能，等于把它从该点移到_位置时电场力所做的功(2)电场力做功与电势能变化的关系电场力做的功等于_，即WAB_.(3)电势能的相对性：电势能是相对的，通常把电荷在离场源电荷_的电势能规定为零，或把电荷在_表面上的电势能规定为零二、电势和等势面基础导引图2甲、乙、丙分别是等量异种电荷、等量正电荷、正点电荷的电场线与等势面的分布情况甲 乙丙图2问：(1)在图甲中，比较A、B、C三点的电势大小？(2)在图乙中，O点、M点电势一样吗？(3)在图丙中，A、B、C三点场强相等吗？电势相等吗？知识梳理1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(2)定义式：_.(3)矢标性：电势是标量，其大小有正负之分，其正(负)表示该点电势比电势零点高(低)(4)相对性：电势具有相对性，同一点的电势因_的选取的不同而不同(5)沿着电场线方向电势逐渐降低2等势面(1)定义：电场中_的各点构成的面(2)特点电场线跟等势面_，即场强的方向跟等势面_在_上移动电荷时电场力不做功电场线总是从_的等势面指向_的等势面等差等势面越密的地方电场强度_；反之_：电势、电势能是由谁决定的？二者有何区别？有何联系？三、电势差基础导引判断下列说法正确与否：(1)电势差与电势一样，是相对量，与零电势点的选取有关 ()(2)电势差是一个矢量，有正值和负值之分 ()(3)由于电场力做功跟移动电荷的路径无关，所以电势差也跟移动电荷的路径无关，只跟这两点的位置有关 ()(4)A、B两点的电势差是恒定的，不随零电势点的不同而改变，所以UABUBA ()知识梳理1电势差：电荷q在电场中A、B两点间移动时，电场力所做的功WAB跟它的电荷量q的比值，叫做A、B间的电势差，也叫电压公式：UAB_.单位：伏(V)2电势差与电势的关系：UAB_，电势差是标量，可以是正值，也可以是负值，而且有UABUBA.3电势差UAB由_决定的，与移动的电荷q、电场力做的功WAB无关，与零电势点的选取也_4电势差与电场强度的关系：匀强电场中两点间的电势差等于电场强度与这两点沿_方向的距离的乘积即UEd，也可以写作E.考点一电势高低及电势能大小的判断考点解读1比较电势高低的方法(1)沿电场线方向，电势越来越低(2)判断出UAB的正负，再由UABAB，比较A、B的大小，若UAB0，则AB，若UAB0，则AFaFcC带电粒子在三点动能EkcEkaEkbD带电粒子在三点电势能的大小相等 6.综合应用动力学和功能观点解题图9例4如图9所示，在绝缘水平面上，有相距为L的A、B两点，分别固定着两个带电荷量均为Q的正电荷O为AB连线的中点，a、b是AB连线上两点，其中AaBb.一质量为m、电荷量为q的小滑块(可视为质点)以初动能Ek0从a点出发，沿AB直线向b运动，其中小滑块第一次经过O点时的动能为2Ek0，第一次到达b点时的动能恰好为零，小滑块最终停在O点，已知静电力常量为k.求：(1)小滑块与水平面间滑动摩擦力的大小；(2)小滑块刚要到达b点时加速度的大小和方向；(3)小滑块运动的总路程l路建模感悟该题是一个物体有多个运动过程的题目，对该物体运动过程的受力分析要清楚在解答该题的过程中多次运用了动能定理，这要比运用牛顿定律简单得多，因为在该题中，库仑力是一个变力最近几年的高考命题，突出考查力、电两个主干知识的同时，电场性质与力学问题的综合考查的几率越来越高，特别是对电场力做功特点、动能定理、牛顿第二定律等力学问题考查分析、理解和应用能力，挖掘隐含信息能力图10跟踪训练4在一个水平面上建立x轴，在过原点O垂直于x轴的平面的右侧空间有一个匀强电场，场强大小E6.0105 N/C，方向 与x轴正方向相同在O处放一个电荷量q5.0108 C，质量m1.0102 kg的绝缘物块物块与水平面间的动摩擦因数0.20，沿x轴正方向给物块一个初速度v02.0 m/s，如图10所示(g取10 m/s2)试求：(1)物块向右运动的最大距离； (2)物块最终停止的位置A组电势高低及电势能大小的判断图111. 如图11所示，A、B两点分别放置电荷量为2Q和Q的点电荷，在AB连线的中垂线上有C、D两点现将一带正电的试探电荷，从C点沿中垂线移到D点在移动过程中，下列判断正确的是 ()A该试探电荷受到的电场力逐渐增大B该试探电荷具有的电势能不变C电场力一定对该试探电荷做正功D该试探电荷具有的电势能减小图122如图12所示，真空中有两个等量异种点电荷A、B，M、N、O是AB连线的垂线上的点，且AOBO.一带负电的试探电荷仅受电场力作用，运动轨迹如图中实线所示，设M、N两点的场强大小分别为EM、EN，电势分别为M、N.下列判断中正确的是()AB点电荷一定带正电BEM小于ENCM大于ND此试探电荷在M处的电势能小于在N处的电势能B组带电粒子在电场中的曲线运动3某带电粒子仅在电场力作用下由A点运动到B点，电场线的分布情况、粒子在A点的初速度方向及运动轨迹如图13所示，可以判 断 ()图13A粒子在A点的加速度大于它在B点的加速度B粒子在A点的动能小于它在B点的动能C粒子在A点的电势能小于在B点的电势能DA点的电势低于B点的电势图144. 一个电子只在电场力作用下从a点运动到b点，轨迹如图14中虚线所示，图中的一组等距平行实线表示的可能是电场线也可能是等差等势面，则以下说法正确的是 ()A无论图中的实线是电场线还是等势面，a点的场强都比b 点的场强小B无论图中的实线是电场线还是等势面，a点的电势都比b点的电势高C无论图中的实线是电场线还是等势面，电子在a点的电势能都比在b点的电势能小D如果图中的实线是等势面，电子在a点的速率一定大于在b点的速率C组功能关系在电场中的应用图155. 如图15所示，在绝缘的斜面上方，存在着匀强电场，电场方向平行于斜面向上，斜面上的带电金属块在平行于斜面的力F作用下沿 斜面移动已知金属块在移动的过程中，力F做功32 J，金属块克服电场力做功8 J，金属块克服摩擦力做功16 J，重力势能增加18 J，则在此过程中金属块的 ()A动能减少10 J B电势能增加24 JC机械能减少24 J D内能增加16 J课时规范训练(限时：45分钟)一、选择题1(2010全国卷16)关于静电场，下列结论普遍成立的是 ()A电场强度大的地方电势高，电场强度小的地方电势低B电场中任意两点之间的电势差只与这两点的场强有关C在正电荷或负电荷产生的静电场中，场强方向都指向电势降低最快的方向D将正点电荷从场强为零的点移动到场强为零的另一点，电场力做功为零2某静电场的电场线分布如图1所示，一负点电荷只在电场力作用下先后经过场中的M、N两点，过N点的虚线是电场中的一条等势线，则 ()AM点的电场强度小于N点电场强度图1BM点的电势低于N点的电势C负点电荷在M点的电势能小于在N点的电势能D负点电荷在M点的动能小于在N点的动能图23如图2所示，在粗糙绝缘的水平地面上放置一带正电的物体甲，现将另一个也带正电的物体乙沿着以甲为圆心的竖直平面内的圆弧由M点移动到N点，若此过程中甲始终保持静止，甲、乙两物体可视为质点，则下列说法正确的是 ()A乙的电势能先增大后减小B甲对地面的压力先增大后减小C甲受到地面的摩擦力不变D甲受到地面的摩擦力先增大后减小图34如图3所示，光滑绝缘斜面的底端固定着一个带正电的小物块P，将另一个带电小物块Q在斜面的某位置由静止释放，它将沿斜面向上运动设斜面足够长，则在Q向上运动过程中 ()A物块Q的动能一直增大B物块P、Q之间的电势能一直增大C物块P、Q的重力势能和电势能之和一直增大D物块Q的机械能一直增大图45如图4所示，MN是一负点电荷产生的电场中的一条电场线一个带正电的粒子(不计重力)从a到b穿越这条电场线的轨迹如图中虚线所示下列结论正确的是 ()A带电粒子从a到b过程中动能逐渐减小B负点电荷一定位于M点左侧C带电粒子在a点时具有的电势能大于在b点时具有的电势能D带电粒子在a点的加速度小于在b点的加速度6 x轴上有两点电荷Q1和Q2，Q1和Q2的位置坐标分别为x1、x2.Q1和Q2之间各点对应的电势高低如图5中曲线所示，从 图中可看出 ()图5AQ1的电荷量一定小于Q2的电荷量BQ1和Q2一定是同种电荷，但不一定是正电荷C电势最低处P点的电场强度为零D将一负点电荷由xP点的左侧移至右侧，电场力先做正功后做负功7如图6所示，在O点处放置一点电荷Q，a、b、c、d、e、f为以O点为球心的球面上的点，aecf平面与bedf平面垂直，则下 列说法中正确的是 ()Ab、d两点的电场强度相同图6Ba、f两点的电势相等C点电荷q在球面上任意两点之间移动时，电场力要做功D图中Oa两点之间的电势差与Ob两点之间的电势差不同8(2011江苏8)粒子从A点射入电场，从B点射出，电场的等势面和粒子的运动轨迹如图7所示，图中左侧前三个等势面 彼此平行，不计粒子的重力下列说法正确的有 ()图7A粒子带负电荷B粒子的加速度先不变，后变小C粒子的速度不断增大D粒子的电势能先减小，后增大9如图8所示，在粗糙程度相同的斜面上固定一点电荷Q，在M点无初速度地释放带有恒定电荷的小物块，小物块在Q的电场中沿斜面运动到N点静止，则从M到N的过程中()图8AM点的电势一定高于N点的电势B小物块的电势能可能增加C小物块电势能变化量的大小一定等于克服摩擦力做的功D小物块和点电荷Q一定是同种电荷图910.如图9所示，匀强电场中三点A、B、C是一个三角形的三个顶点，ABCCAB30，BC2 m，已知电场线平行于ABC所在的平面，一个带电荷量q2106 C的点电荷由A移到B的过程中，电势能增加了1.2105 J，由B移到C的过程中电场力做功6106 J，下列说法正确的是 ()AB、C两点的电势差UBC3 VBA点的电势低于B点的电势C负电荷由C点移到A点的过程中，电势能增加D该电场的场强为1 V/m二、非选择题11一长为L的细线，上端固定，下端拴一质量为m、带电荷量为q的小球，处于如图10所示的水平向右的匀强电场中开始时，将线与小球拉成水平，然图10后释放，小球由静止开始向下摆动，当细线转过60角时，小球到达B点速度恰好为零试求：(1)A、B两点的电势差UAB；(2)匀强电场的场强大小；(3)小球到达B点时，细线对小球的拉力大小12如图11所示，固定在水平地面上的绝缘平板置于匀强电场中，电场方向与平板平行在绝缘平板上，放置一个带负电的物体图11(可视为质点)，物体与平板间的动摩擦因数为0.5.现让物体以10 m/s的初速度平行于电场方向运动，物体沿电场方向运动的最远距离为4 m已知物体所受电场力大于其最大静摩擦力，平板足够大，规定物体在出发点时的电势能为零，重力加速度g取10 m/s2.求：(1)物体所受电场力与其所受重力的比值；(2)物体在离出发点多远处动能与电势能相等复习讲义基础再现一、基础导引相同正功减少知识梳理1.(1)路径初末位置重力(2)Eqd电场线方向2.(1)零势能(2)电势能的减少量EpAEpB(3)无限远处大地二、基础导引(1)ABC，且A0，B0，CM(3)场强的大小EAEBEC，方向不同；电势ABC知识梳理1.(2)(4)零势点2(1)电势相等(2)垂直垂直等势面电势高电势低越大越小思考：(1)电势是描述电场本身的能的性质的物理量，由电场本身决定，而电势能反映电荷在电场中某点所具有的电势能，由电荷与电场共同决定(2)或Epq.三、基础导引(1)(2)(3)(4)知识梳理1.2.AB3.电场中A、B两点的位置无关4.电场线课堂探究例1D跟踪训练1D例2BD跟踪训练2C例3AD跟踪训练3C例4(1)(2)，方向由b指向O(或向左)(3)1.25L跟踪训练4(1)0.4 m(2)O点左侧0.2 m处分组训练1A2.AB3.B4.D5.AD课时规范训练1C2C3B4D5CD6C7B8AB9D10D11(1)(2)(3)mg12(1)(2)2.5 m或1 m12