物理人教版学案与测评第1章 静电场 电势能与电势差（课件）

欢迎进入物理课堂 第六章静电场电势能与电势差 第1节电场力性质的描述 例1 2009 浙江 如图所示 在光滑绝缘水平面上放置3个电荷量均为q q 0 的相同小球 小球之间用劲度系数均为k0的轻质弹簧绝缘连接 当3个小球处在静止状态时 每根弹簧长度为l 已知静电力常量为k 若不考虑弹簧的静电感应 则每根弹簧的原长为 A B C D 解析 第三个小球受三个力的作用 它们的关系为 可得 故 答案 C 1 2009 江苏 两个分别带有电荷量 Q和 3Q的相同金属小球 均可视为点电荷 固定在相距为r的两处 它们间库仑力的大小为F 两小球相互接触后将其固定距离变为 则两球间库仑力的大小为 A B C D 答案 C 解析 本题考查库仑定律及带电体电量的转移问题 接触前两个点电荷之间的库仑力大小为 两个相同的金属球各自带电 接触后再分开 其所带电量先中和后平分 所以两球分开后各自带电为 Q 距离又变为原来的 库仑力为 所以两球间库仑力的大小为 选项C正确 例2 2010 中山模拟 如图所示 AC BD为圆的两条互相垂直的直径 圆心为O 将带有等电荷量q的正 负点电荷放在圆周上 它们的位置关于AC对称 要使圆心O处的电场强度为零 可在圆周上再放置一个适当电荷量的正点电荷 Q 则该点电荷 Q应放在 A A点B B点C C点D D点 点拨 解析 由电场的叠加原理和对称性可知 q q在O点的合场强方向应沿OD方向 要使O点的合场强为零 放上的电荷 Q在O点的场强方向应与 q q在O点的合场强方向相反 故D正确 答案 D 2 2009 上海 两带电量分别为q和 q的点电荷放在x轴上 相距为L 能正确反映两电荷连线上场强大小E与x关系的是 解析 由等量异种点电荷的电场强度的关系可知 在两电荷连线中点处电场强度最小 但不是零 从两点电荷向中点电场强度逐渐减小 故A正确 答案 A 例3 2010 厦门测试 某静电场中的电场线如图所示 带电粒子在电场中仅受电场力作用 其运动轨迹如图线AB所示 且由A运动到B 则以下说法正确的是 A 粒子必定带正电荷B 粒子在A点的加速度大于它在B点的加速度C 粒子在A点的加速度小于它在B点的加速度D 粒子在A点的动能小于它在B点的动能 点拨 1 根据电场线的疏密判断电场 电场力 的强弱 2 根据轨迹的偏转与切线方向判断电场力的大致方向 解析 根据电荷运动轨迹弯曲的情况 可以确定点电荷受电场力的方向沿电场线方向 故此点电荷带正电 选项A正确 由于电场线越密场强越大 点电荷受电场力就越大 根据牛顿第二定律可知其加速度也越大 故此点电荷在B点加速度大 选项B错误 选项C正确 粒子从A点到B点电场力做正功 根据动能定理可知点电荷在B点动能大 选项D正确 答案 ACD 3 如图甲所示 A B是一条电场线上的两点 若在A点释放一初速度为零的电子 电子仅受电场力作用 并沿电场线从A运动到B 其速度随时间变化规律如图乙所示 设A B两点的电场强度分别为EA EB 电势分别为 则 A EA EBB EA EBC D 解析 由v t图线可以看出 电子在电场力作用下做匀加速直线运动 其所受电场力为一恒力 该电场为匀强电场 A B两点场强相等 A正确 电子所受电场力的方向与场强方向相反 所以电场线方向由B指向A 沿电场线方向电势降低 故B点电势大于A点电势 D正确 答案 AD 错解 顺电场线方向电势降低 故 因为无穷远处电势为零 电势顺电场线方向降低 故 0 例 如图所示 在电场中有一条电场线 其上两点A和B 比较A B两点电势高低和电场强度的大小 若规定无穷远处电势为零 则A B处电势是大于零还是小于零 为什么 剖析 由于把所给电场看成由正点电荷形成的电场 认为从正电荷出发 顺电场线电势逐渐减小到零 从而得出 均大于零 答案 电势顺电场线方向降低 故 由于只有一条电场线 无法看出电场线的疏密程度 也就无法判定场强大小 同样的无法判定当无穷远处电势为零时a b的电势是大于零还是小于零 若是由正电荷形成的电场 则EA EB 0 若是由负电荷形成的电场 则EA EB 0 第2节电场能性质的描述 例1 2009 全国 如图所示 一电场的电场线分布关于y轴 沿竖直方向 对称 O M N是y轴上的三个点 且OM MN P点在y轴的右侧 MP ON 则 A M点的电势比P点的电势高B 将负电荷由O点移动到P点 电场力做正功C M N两点间的电势差大于O M两点间的电势差D 在O点静止释放一带正电粒子 该粒子将沿y轴做直线运动 点拨 1 电势的高低由电场线的方向判断 2 电势差的大小由公式U Ed判断 3 正粒子的轨迹由电场力判断 答案 AD 解析 本题考查电场 电势 等势线以及带电粒子在电场中的运动 由图和几何关系可知M和P两点不处在同一等势线上 而且有 故A对 将负电荷由O点移到P要克服电场力做功 且电场力做负功 故B错 根据U Ed O到M的平均电场强度大于M到N的平均电场强度 所以有UOM UMN 故C错 从O点释放正电荷后 电场力做正功 该粒子将沿y轴做加速直线运动 故D对 1 2009 上海物理 位于A B处的两个带有不等量负电的点电荷在平面内电势分布如图所示 图中实线表示等势线 则 A a点和b点的电场强度相同B 正电荷从c点移到d点 电场力做正功C 负电荷从a点移到c点 电场力做正功D 正电荷从e点沿图中虚线移到f点 电势能先减小后增大 解析 电场线的疏密表示电场的强弱 可知A错误 正电荷从c点移到d点 电场力做负功 负电荷从c点移到a点 电场力做负功 所以B错误 C正确 正电荷从e点沿图中虚线移到f点 电场力先做正功 后做负功 D正确 答案 CD 例2 2009 广东理科基础 如图所示 一带负电粒子以某速度进入水平向右的匀强电场中 在电场力作用下形成图中所示的运动轨迹 M和N是轨迹上的两点 其中M点在轨迹的最右点 不计重力 下列表述正确的是 A 粒子在M点的速率最大B 粒子所受电场力沿电场方向C 粒子在电场中的加速度不变D 粒子在电场中的电势能始终在增加 解析 根据做曲线运动物体的受力特点 合力指向轨迹的凹侧 因粒子带负电 即受到的电场力方向与电场线方向相反 B错误 从N到M电场力做负功 减速 电势能在增加 当过M点后电场力做正功电势能减小 则在M点的速度最小 A D错误 在整个过程中只受电场力且是匀强电场 根据牛顿第二定律加速度不变 C正确 答案 C 2 2008 广东 如图的实线表示电场线 虚线表示只受电场力作用的带正电粒子的运动轨迹 粒子先经过M点 再经过N点 则可以判定 A M点的电势大于N点的电势B M点的电势小于N点的电势C 粒子在M点受到的电场力大于在N点受到的电场力D 粒子在M点受到的电场力小于在N点受到的电场力 解析 沿着电场线的方向电势降低 A正确 电场线越密场强越大 同一粒子受到的电场力越大 D正确 答案 AD 例3 如图所示 a b c d是匀强电场中的四个点 它们正好是一个矩形的四个顶点 电场线与矩形所在平面平行 已知a点的电势为20V b点的电势为24V d点的电势为4V 由此可知c点的电势为 A 4VB 8VC 12VD 24V 解析 连接bd 并将bd五等分 取bd上e点其电势为20V 连接ae 则作fc平行于ae 则根据三角形知识可得f c点电势相等 且等于8V 答案 B 点拨 在匀强电场中平行等长线段两端点间的电势差相等 A B EC EB EAC UAB UBCD UAB UBC 3 2008 江苏 如图所示 实线为电场线 虚线为等势线 且AB BC 电场中的A B C三点的场强分别为EA EB EC 电势分别为 AB BC间的电势差分别为UAB UBC 则下列关系中正确的是 解析 本题考查静电场中的电场线 等势面的分布知识和规律 A B C三点处在一根电场线上 沿着电场线的方向电势降落 故 A正确 由电场线的密集程度可看出电场强度大小关系为EC EB EA B正确 电场线密集的地方电势降落较快 故UBC UAB C正确 D错误 解决此类问题要在平时注重对电场线与场强 等势面与场强和电场线的关系的掌握 熟练运用常见电场线和等势面的分布规律 答案 ABC 错解 ABC 例 关于电场强度与电势的关系 A 电场强度大的地方电势一定高B 电场强度不变电势也不变C 电场强度为零处电势一定为零D 电场强度的方向是电势降低最快的方向 剖析 电势是相对参考点来说的 只有确定某一点电势为零 根据那一点和某点的电势差才能确定某点的电势 所以电场强度的大小和电势的高低没有联系 可知A B C错误 选D正确 答案 D 第3节电容器带电粒子在电场中的运动 例1 2009 福建 如图所示 平行板电容器与电动势为E的直流电源 内阻不计 连接 下极板接地 一带电油滴位于容器中的P点且恰好处于平衡状态 现将平行板电容器的上极板竖直向上移动一小段距离 则 A 带点油滴将沿竖直方向向上运动B P点的电势将降低C 带电油滴的电势能将减小D 若电容器的电容减小 则极板带电量将增大 答案 B 解析 电容器两端电压U不变 由公式E 可知场强变小 电场力变小 带电油滴将沿竖直方向向下运动 A错误 P到下极板距离d不变 而场强E减小 由公式U Ed知P与负极板的电势差变小 又因为下极板电势不变 所以P点的电势变小 B正确 由于电场力向上 而电场方向向下 可以推断油滴带负电 又油滴向下运动 电场力做负功 电势能增大 C错误 图中电容器两端电压U不变 电容C减小时 由公式Q CU可知带电量减小 D错误 1 1 例1中在上极板竖直上移的过程中 回路中的电流是顺时针还是逆时针 2 若例1中电容器充电后与电源断开 上极板向右移动 板间油滴如何移动 解析 1 由于电容器带电量减小 电容器放电 所以回路中的瞬时电流为顺时针 2 电容器带电量Q不变 正对面积S减小 由公式E 可知板间场强E增加 带电油滴将沿竖直方向向上运动 例2 两个相距为d的平行金属板 有正对着的两小孔A B 如图甲所示 两板间加如图乙所示的交变电场 一质量为m 带电量为 q的粒子 在t 0时刻在A孔处无初速释放 试判断带电粒子能否穿过B孔 t 0时刻A板电势高 点拨 根据受力情况分段分析粒子的运动情况 解析 前半周期带电粒子向右匀加速 后半周期向右匀减速 第一个周期末速度恰为零 一个周期内始终向右运动 以后不断重复第一个周期的运动 直到通过B点 综上可知 能穿过B孔 2 在显像管的电子枪中 从炽热的金属丝不断放出的电子进入电压为U的加速电场 设其初速度为零 经加速后形成横截面积为S 电流为I的电子束 已知电子的电量为e 质量为m 则在刚射出加速电场时 一小段长为 l的电子束内电子个数是 A B C D 解析 本题考查电流强度的概念 电场对电子的加速等知识 由题设模型有 电子在电场中加速时有 联立解得 B正确 答案 B 例3 2008 上海 如图所示为研究电子枪中电子在电场中运动的简化模型示意图 在xOy平面的ABCD区域内 存在两个场强大小均为E的匀强电场 和 两电场的边界均是边长为L的正方形 不计电子所受重力 1 在该区域AB边的中点处由静止释放电子 求电子离开ABCD区域的位置 2 在电场 区域内适当位置由静止释放电子 电子恰能从ABCD区域左下角D处离开 求所有释放点的位置坐标x y满足的条件 点拨 1 清楚电子运动的三个过程 加速 匀速 偏转 2 把偏转分解为两个直线运动并讨论其分位移 3 找出运动的位移与边长L的关系 解析 1 设电子的质量为m 电量为e 电子在电场 中做匀加速直线运动 出区域 时速度为v0 此后在电场 中做类平抛运动 假设电子从CD边射出 出射点纵坐标为y 有 解得y 所以原假设成立 即电子离开ABCD区域的位置坐标为 2L 2 设释放点在电场区域I中 其坐标为 x y 在电场 中电子被加速到v1 然后进入电场 做类平抛运动 并从D点离开 有 解得xy 即在电场I区域内满足条件的点即为所求位置 3 如图所示 带电粒子以平行于极板的速度从左侧中央射入匀强电场 重力不计 粒子恰能从右侧下极板边缘射出电场 如果粒子的动能变为原来的2倍 要使它们仍从极板中央射入仍能从下极板边缘射出 可采取的措施为 A 将极板长度变为原来的2倍B 将极板间距离变为原来的C 将极板间电压变为原来的2倍D 以上均不对 解析 设板长为l 板间距离为d 偏转电压为U 带电粒子的质量为m 初动能为Ek 电荷量为q 初速度为v0 则粒子在两板间的加速度 粒子在水平方向有l v0t 竖直方向有 由以上各式解得 所以 即Ek U Ek l2 Ek 选项C正确 答案 C 例 A B两块平行带电金属板 A板带负电 B板带正电 并与大地相连接 P为两板间一点 若将一块玻璃板插入A B两板间 则P点电势将怎样变化 错解 UPB Ed Q不变 d不变 根据C 有E 插入玻璃板介电常数 增大 电场强度减小 导致下降 剖析 在电场中 电势沿着电场线的方向降低 根据电量 电容 电势及场强的关系来判断如何变化 正解 按照题意作出示意图 画出电场线 如图所示 电场线与等势面间的关系为 电势沿着电场线的方向降落 所以UPB 0 B板接地 0 UBP 0 Ed Q不变 d不变 根据C 有E 插入玻璃板介电常数 增大 电场强度减小 导致升高 同学们 来学校和回家的路上要注意安全 同学们 来学校和回家的路上要注意安全