高考物理一轮总复习 专题六 第2讲 电势能 电势 电势差课件 新人教版.ppt

第2讲电势能电势电势差 一 电场力做功与电势能 1 电场力做功 路径 电势差 电荷量 1 特点 电场力做功与电荷移动的 无关 只取决于初 末位置的 和被移动电荷的 2 电势能 1 定义 电荷在电场中具有的势能 等于静电力把它从该点移动到 位置时所做的功 2 矢标性 电势能是 但有正负之分 负值表明比零电势能小 正值表示比零电势能大 3 电势能也具有相对性和系统性 一般以大地或无穷远处 为零势能位置 零势能 标量 电势能的减少量 4 电场力做功与电势能变化的关系 电场力做的功等于 即WAB EpA EpB Ep 基础检测 1 多选 2016年浙江宁波期中 如图6 2 1所示 虚线表示某电场中的三个等势面 相邻等势面间的电势差相等 一重力不计 带负电的粒子从左侧进入电场 运动轨迹 与三个等势面分别交于a b c三点 则 A a点的电势比b点的电势高B 粒子在c点时的加速度为零C 粒子从a到c电势能不断增加 图6 2 1 D 粒子从a到b克服电场力做功大于从b到c克服电场力做功答案 AC 二 电势 电势差 等势面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 叫做这一点的电势 2 定义式 3 矢标性 电势是 其大小有正负之分 其正 负 表示该点电势比零电势高 低 标量 零电势点 4 相对性 电势具有相对性 同一点的电势因 选取的不同而不同 2 电势差 1 定义 电场中两点间电势的差值称为这两点的电势差 2 表达式 UAB 3 影响因素 电势差UAB与电场力做功WAB无关 与电场所带电量q无关 它由电场本身的性质决定 与初 末位置有关 与零电势点的选取无关 4 与场强的关系 U Ed 适用条件 匀强电场 其中d为沿电场线方向的距离 3 等势面 1 定义 电场中电势相同的各点构成的面 2 特点 等势面一定与电场线垂直 即跟场强的方向垂直 在同一等势面上移动电荷时电场力不做功 电场线总是从电势高的等势面指向电势低的等势面 在空间中两等势面不相交 等差等势面越密的地方电场强度 越疏的地方 电场强度 越大 越小 基础检测 2 2015年甘肃一模 如图6 2 2所示 A B C D E F为正六边形的六个顶点 P Q M分别为AB ED AF的中点 O为正六边形的中心 现在六个顶点依次放入等量正负电荷 若取无穷远处电势为零 以下说法中错误的是 A P Q M各点具有相同的场强B P Q M各点电势均为零C O点电势与场强均为零D 将一负检验电荷从P点沿直线PM移到M点的过程中 电势能先减小后增大 图6 2 2 解析 由题意可知 等量正负电荷 位于正六边形的六个顶 根据点电荷电场强度公式 结合电场的叠加原理 可知P Q M各点场强大小相同 但方向不同 故A错误 根据等量异种电荷中垂线的电势为零 再由对称性可以知 P Q M O各点电势均为零 故B正确 根据图可知 O点场强可看成三个负点电荷与三个正点电荷电场叠加而成 且电荷均相同 则电场强度为零 故C正确 P到M过程中 电势由零升高 后又降为零 负电荷的电势能先减小后增大 故D正确 故选A 答案 A 考点1 电势高低和电势能大小的判断 重点归纳1 电势高低的判断 续表 2 电势能大小的判断 典例剖析 图6 2 3 思维点拨 在匀强电场中 电场线是间隔相等的平行线 等势面是垂直于电场线的平行平面 负电荷在高电势处电势能小 在低电势处电势能大 答案 B 备考策略 熟悉几种典型电场的电场线分布特点及等势面的空间分布特点 可迅速对电场强度和电势的分布情况作出判断 考点练透 1 2016年浙江嘉兴期中改编 如图6 2 4所示中虚线为电场中与场强方向垂直的等间距平行直线 两粒子M N质量相等 所带电荷的绝对值也相等 现将M N从虚线上的O点以相同速率射出 两粒子在电场中运动的轨迹分别如图中两条实线所示 点a b c为实线与虚线的交点 已知O点电势高于c点 若不 计重力 则 图6 2 4 A M带负电荷 N带正电荷 B N在a点的电势能与M在c点的电势能数值相同C N在从O点运动至a点的过程中克服电场力做功 D M在从O点运动至b点的过程中 电场力对它做的功等 于零 答案 D 2 多选 如图6 2 5所示 虚线a b c代表电场中三个等势面 相邻等势面之间的电势差相同 实线为一带正电的质点仅在电场力作用下通过该区域的运动轨迹 P Q是这条轨迹上 的两点 由此可知 A 三个等势面中 c等势面电势最高B 带电质点通过P点时电势能较大C 带电质点通过Q点时动能较大 图6 2 5 D 带电质点通过P点时加速度较大答案 BCD 考点2 电场力做功和电场中的功能关系 重点归纳1 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 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 2 电场力做功的计算方法 1 由公式W FLcos 计算 此公式只适合于匀强电场中 可变形为 W qELcos 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 Ek 4 由电势能的变化计算 W Ep1 Ep2 3 带电粒子在电场中做曲线运动时正负功的判断 电场力与速度方向间的夹角小于90 电场力做正功 夹 角大于90 电场力做负功 典例剖析例2 2015年陕西西安名校联考 在光滑绝缘的水平桌面上 存在着方向水平向右的匀强电场 电场线如图6 2 6中实线所示 一带正电 初速度不为零的小球从桌面上的A点开始运动 到C点时 突然受到一个外加的水平恒力F作用而继续运动到B点 其运动轨迹如图中虚线所示 v表示小球在C点的 速度 则下列判断中正确的是 图6 2 6 A 小球在A点的电势能比在B点的电势能小B 恒力F的方向可能水平向左 C 恒力F的方向可能与v方向相反D 在A B两点小球的速率不可能相等 解析 小球由A运动到B 电场力做正功 电势能减少 小球在A点的电势能比在B点的电势能大 A错误 由运动轨迹可知 恒力F的方向可能水平向左 B正确 C错误 若小球由A运动到B的过程中 电场力做功与克服恒力做功相等 则在A B两点小球的速率相等 D错误 答案 B 备考策略 判断电场力做功的多少只要看电荷移动的始末 位置的电势差即可 与电荷移动的路径无关 考点练透 3 多选 2015年海南卷 如图6 2 7所示 两电荷量分别为Q Q 0 和 Q的点电荷对称地放置在x轴上原点O的两侧 a点位于x轴上O点与点电荷Q之间 b位于y轴O点上方 取无 穷远处的电势为零 下列说法正确的是 A b点的电势为零 电场强度也为零B 正的试探电荷在a点的电势能大于零 所受电场力方向向右 图6 2 7 C 将正的试探电荷从O点移到a点 必须克服电场力做功D 将同一正的试探电荷先后从O b点移到a点 后者电势能的变化较大 解析 因为等量异种电荷在其连线的中垂线上的电场方向为水平指向负电荷 所以电场方向与中垂线方向垂直 故中垂线为等势线 因为中垂线延伸到无穷远处 所以中垂线的电势为零 故b点的电势为零 但是电场强度不为零 A错误 等量异种电荷连线上 电场方向由正电荷指向负电荷 方向水平向右 在中点O处电势为零 O点左侧电势为正 右侧电势为负 又知道正电荷在正电势处电势能为正 故B正确 O点的电势低于a点的电势 电场力做负功 所以必须克服电场力做功 C正确 O点和b点的电势相等 所以先后从O b点移到a点 电场力做功相等 电势能变化相同 D错误 答案 BC 4 多选 2014年山东青岛质检 两个固定的等量异种点电荷所形成电场的等势面如图6 2 8中虚线所示 一带电粒子以某一速度从图中a点进入电场 其运动轨迹为图中实线所示 若粒子只受静电力作用 则下列关于带电粒子的判断正确的是 A 带正电B 速度先变大后变小C 电势能先变大后变小 图6 2 8 D 经过b点和d点时的速度大小相同答案 CD 易错点 带电粒子运动轨迹分析问题 分析这类问题的一般方法是 先画出入射点的轨迹切线 即画出初速度v0的方向 再根据轨迹弯曲方向 确定电场力的方向 利用分析力学的方法来分析粒子的带电性质 电场力做功的正负 电势能变化 动能变化 电势大小变化等问题 例3 2013年重庆卷 如图6 2 9所示 高速运动的 粒子被位于O点的重原子核散射 实线表示 粒子运动的轨迹 M N和Q为轨迹上的三点 N点离核最近 Q点比M点离核更远 则 A 粒子在M点的速率比在Q点的大B 三点中 粒子在N点的电势能最大C 在重核产生的电场中 M点的电势 比Q点的低 图6 2 9 D 粒子从M点运动到Q点 电场力对它做的总功为负功 解析 根据图线弯曲的方向 可以判定粒子受力的方向大体向上 与粒子和O点的连线的方向相反 故靠近O点的过程电场力做负功 粒子的速度减小 远离的过程电场力做正功 粒子的速度增大 所以Q点的速度最大 N点的速度最小 故A错误 只有电场力做功 各点的动能与电势能的和保持不变 N点的速度最小 故电势能最大 故B正确 只有电场力做功 各点的动能与电势能的和保持不变 Q点的速度最大 故电势能最小 粒子带正电荷 所以Q点的电势最低 故C错误 粒子受力的方向大体向上 与粒子和O点的连线的方向相反 故靠近O点的过程电场力做负功 远离的过程电场力做正功 故D错误 故选B 答案 B 触类旁通 多选 如图6 2 10所示 虚经a b c代表电场中三个等势面 相邻等势面之间的电势差相同 实线为一带正电的质点仅在电场力作用下通过该区域的运动轨迹 P Q是这条轨迹上 的两点 由此可知 A 三个等势面中 c等势面电势最高B 带电质点通过P点时电势能较大C 带电质点通过Q点时动能较大 图6 2 10 D 带电质点通过P点时加速度较大答案 BCD