高考物理大二轮总复习与增分策略 专题十一 电场力和能的性质课件.ppt

专题十一电场力和能的性质 考点基础自清 考点互动探究 内容索引 考点基础自清 一 电荷及其守恒定律 负 答案 1 两种电荷 1 用丝绸摩擦过的玻璃棒带正电 用毛皮摩擦过的橡胶棒带电 2 同种电荷相互排斥 异种电荷相互 2 三种起电方式摩擦起电 感应起电和接触起电 它们的实质都是的转移 3 元电荷最小的电荷量 e C 吸引 电子 1 6 10 19 答案 4 电荷守恒定律表述1 电荷既不会创生 也不会消灭 它只能从一个物体转移到另一个物体 或者从物体的一部分转移到另一部分 在转移过程中 电荷的 这个结论叫做电荷守恒定律 表述2 一个与外界没有电荷交换的系统 的代数和保持不变 总量 保持不变 电荷 答案 二 库仑定律 1 点电荷当带电体的 大小及电荷分布对它们之间的作用力的影响可以忽略时 这样的带电体可以看成点电荷 2 库仑定律 1 内容 真空中两个静止点电荷之间的相互作用力 与它们的电荷量的乘积成正比 与它们的成反比 作用力的方向在它们的连线上 形状 距离的二次方 答案 2 表达式 F 式中k 9 0 109N m2 C2 叫做静电力常量 3 适用条件 真空中的 点电荷 答案 三 电场强度 1 定义 放入电场中某点的电荷受到的电场力F与它的的比值 2 定义式 E 3 矢量性 规定在电场中某点所受的方向为该点电场强度的方向 电荷量q 正电荷 电场力 答案 4 场强公式的比较 三个公式 适用于电场与试探电荷是否存在无关 适用于产生的电场Q为场源电荷的电荷量 适用于电场U为两点间的电势差 d为沿电场方向两点间的距离 任何 点电荷 匀强 答案 5 电场的叠加 1 电场叠加 多个电荷在空间某处产生的电场强度为各电荷单独在该处所产生的电场强度的和 2 运算法则 定则 矢量 平行四边形 答案 四 电势能和电势电势差 1 静电力做功 1 特点 静电力做功与路径无关 只与有关 2 计算方法 W qEd 只适用于 其中d为沿电场方向的距离 WAB qUAB 适用于 初 末位置 匀强电场 任何电场 答案 2 电势能 1 定义 电荷在某点的电势能 等于把它从这点移动到位置时静电力做的功 2 电场力做功是电势能变化的量度 用公式表示为WAB 即电场力做正功 电荷的电势能减少 电场力做负功 电荷的电势能增加 零势能 EpA EpB 答案 3 电势 1 定义 电荷在电场中某一点的与它的电荷量的比值 2 定义式 3 矢标性 电势是 有正负之分 其正 负 表示该点电势比零电势高 低 4 相对性 电势具有 同一点的电势因选取零电势点的不同而不同 5 电势是描述电场能的性质的物理量 决定于本身 与试探电荷 电势能 标量 相对性 电场 无关 答案 4 电势差 1 电势差 电场中两点间的差值叫做电势差 也叫电压 2 电场中两点间的电势差与零电势点的选取 填 有关 或 无关 3 公式 电场中A点的电势为 A B点的电势为 B 则UAB A B UBA 可见UAB UBA 4 电势差是 UAB是正值 A点的电势比B点的电势高 UAB为负值 A点的电势比B点的电势低 5 电荷q从A点移到B点 静电力做功WAB与AB间电势差UAB的关系为WAB 电势 无关 B A 标量 qUAB 答案 五 电势差与电场强度的关系 加试 1 电势差与电场强度的关系式 E 其中d为电场中两点间沿电场方向的距离 2 公式只适用于 匀强电场 答案 六 静电现象的应用 加试 1 处于静电平衡状态下导体的特征 1 处于静电平衡状态的导体 内部场强 2 处于静电平衡状态的导体 其外部表面附近任何一点的场强方向必定与这点的表面 3 处于静电平衡状态的整个导体是个等势体 它的表面是个 地球是一个等势体 处处为零 垂直 等势面 答案 2 静电平衡时 导体上的电荷分布有以下两个特点 1 导体内部没有电荷 电荷只分布在导体的 2 在导体外表面 越尖锐的位置电荷的密度 单位面积的电荷量 凹陷的位置几乎没有电荷 3 尖端放电所带电荷与导体尖端的电荷符号相反的粒子 由于被吸引而奔向尖端 与尖端上的电荷 这相当于导体从尖端失去电荷的现象 表面 越大 中和 答案 4 静电屏蔽金属壳或金属网的空腔内不受外界电场的影响 壳 网 内电场强度保持为 外电场对壳 网 内的仪器不会产生影响 金属壳 网 的这种作用叫做 0 静电屏蔽 1 2015 浙江1月学考 26 下列电场中 A B两点电场强度相同的是 1 2 3 4 5 学考通关练 1 2 3 4 5 解析 3 一个电荷只在静电力作用下从电场中的A点移动到B点时 静电力做了5 10 6J的功 那么 A 电荷在B点将具有5 10 6J的电势能B 电荷在B点将具有5 10 6J的动能C 电荷的电势能减少了5 10 6JD 电荷的电势能增加了5 10 6J 解析 1 2 3 4 5 解析电荷只在静电力作用下从电场中的A点移动到B点时 静电力做正功 电势能减少 静电力做了多少正功 电荷的电势能就减少多少 因电荷在A点的动能和电势能不知道 所以不能确定电荷在B点的动能和电势能 故选项C正确 4 如图1为某匀强电场的等势面分布图 每两个相邻等势面相距2cm 则该匀强电场的场强大小和方向分别为 解析 图1 1 2 3 4 5 A E 100V m 竖直向下B E 100V m 竖直向上C E 100V m 水平向左D E 100V m 水平向右 解析电场方向与等势面垂直且指向电势降低的方向 故电场方向水平向左 5 2016 诸暨市期末 如图2甲所示 一块有机玻璃板和一块塑料板 手持有机玻璃棒用力快速摩擦两板后分开 接着将塑料板插入箔片验电器上端的空心金属球中 没有接触金属球 发现金属箔片张开 如图乙所示 然后抽回塑料板 再将有机玻璃板和塑料板互相平行但不接触 同时插入空心金属球 仍没有接触金属球 发现金属箔片没有张开 如图丙所示 关于这一实验现象 下列的说法正确的是 1 2 3 4 5 图2 A 两板摩擦后带电说明创造了新的电荷B 图乙验电器箔片张开是因为发生了电磁感应C 图乙验电器箔片张开是因为板上电荷转移到箔片上D 图丙验电器箔片没有张开是因为两板带等量异种电荷 1 2 3 4 5 返回 考点互动探究 等量同种和异种点电荷的电场强度的比较 考点一库仑定律与电场强度 解析 图3 例1 2016 浙江10月学考 13 如图3所示 质量为m 电荷量为q的带电小球A用绝缘细线悬挂于O点 带有电荷量也为q的小球B固定在O点正下方绝缘柱上 其中O点与小球A的间距为l O点与小球B的间距为l 当小球A平衡时 悬线与竖直方向夹角 30 带电小球A B均可视为点电荷 静电力常量为k 则 解析小球A的受力分析如图 技巧点拨 解决平衡问题的方法技巧 分析带电体的平衡问题的关键是受力分析 正确画出受力图 不共线力作用下的平衡问题的分析方法有正交分解法和合成法 只分析含有直角的情况 两种方法都是利用直角三角形的知识求解 解析 1 2015 浙江学考模拟 如图所示的四种电场中 分别标记有a b两点 其中a b两点电场强度相同的是 解析电场强度是矢量 a b两点的电场强度相同 则要求场强的大小和方向都相同 故D对 1 2 3 变式题组 解析 2 如图4所示 B为线段AC的中点 如果在A处放一个 Q的点电荷 测得B处的场强EB 48N C 则 A EC 24N CB EC 12N CC 若要使EB 0 可在C处放一个 Q的点电荷D 把q 10 9C的点电荷放在C点 则其所受电场力的大小为6 10 9N 图4 1 2 3 根据场的叠加及点电荷产生的场强方向知 应在C处放一等量同种电荷 C错误 F qEC 1 2 10 8N D错误 解析 3 如图5所示 水平匀强电场中 一带电荷量为 q 质量为m的小球静止在倾角为 的光滑斜面上 则关于场强方向及大小的判断正确的是 1 2 3 图5 解析小球静止 所受合力为零 重力和水平方向的电场力不能使其平衡 因此一定会受到斜面支持力的作用 由三力平衡情况可知 小球所受电场力应水平向右 即Eq mgtan 由此得匀强电场场强大小为 因小球带负电 所以匀强电场方向与小球受力方向相反 即电场方向向左 故选B 1 2 3 1 电势和电场强度的区别 1 电势是标量 是描述电场能的性质的物理量 电场强度是矢量 是描述电场力的性质的物理量 2 电势高的地方场强不一定大 二者在大小上无必然联系 3 沿电场强度方向电势降低 考点二电势能和电势电势差 2 电势高低的判断 3 电势能大小的判断 例2如图6 直线上有O a b c四点 a b间的距离与b c间的距离相等 在O点处有固定点电荷 已知b点电势高于c点电势 若一带负电荷的粒子仅在电场力作用下先从c点运动到b点 再从b点运动到a点 则 解析 图6 A 两过程中电场力做的功相等B 前一过程中电场力做的功大于后一过程中电场力做的功C 前一过程中 粒子电势能不断减小D 后一过程中 粒子动能不断减小 解析由题意知O点处点电荷带正电 其周围部分电场线分布如图所示 带负电荷的粒子由c到b再到a过程中 电场强度不断变大 粒子由c b a过程中 电场力做正功 电势能不断减小 动能不断增加 故C项正确 D项错误 方法感悟 电场力做功的计算方法 1 由公式W Flcos 计算 此公式只适用于匀强电场 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 由电势能的变化来计算 WAB EpA EpB 解析 4 如图7所示 一圆环上均匀分布着正电荷 x轴垂直于环面且过圆心O 下列关于x轴上的电场强度和电势的说法中正确的是 4 5 6 图7 A O点的电场强度为零 电势最低B O点的电场强度为零 电势最高C 从O点沿x轴正方向 电场强度减小 电势升高D 从O点沿x轴正方向 电场强度增大 电势降低 变式题组 解析圆环上均匀分布着正电荷 可以将圆环等效为很多正点电荷的组成 同一条直径的两端点的点电荷的合场强类似于等量同种电荷的场强 故圆环的中心的合场强一定为零 x轴上的合场强 在圆环的右侧方向沿轴向右 左侧方向沿轴向左 电场强度都呈现先增大后减小的趋势 因沿电场线的方向电势逐渐降低 所以可得O点的电势最高 选项B正确 4 5 6 解析 5 如图8所示 一带负电的粒子 沿着电场线从A点运动到B点的过程中 以下说中正确的是 4 5 6 图8 A 带电粒子的电势能越来越小B 带电粒子的电势能越来越大C 带电粒子受到的静电力一定越来越小D 带电粒子受到的静电力做正功 4 5 6 解析带负电的粒子所受静电力方向与电场线方向相反 所以当带负电的粒子沿着电场线从A点运动到B点的过程中 静电力做负功 电势能越来越大 选项A D错误 B正确 电场线的疏密表示场强的大小 所以EA EB 带电粒子受到的静电力一定越来越大 选项C错误 6 2016 永昌市调研 关于电势差的说法中 正确的是 A 两点间的电势差等于电荷从其中一点移到另一点时 静电力所做的功B 1C电荷从电场中一点移动到另一点 如果静电力做了1J的功 这两点间的电势差就是1VC 在两点间移动电荷时 静电力做功的多少跟这两点间的电势差无关D 两点间的电势差的大小跟放入这两点的电荷的电荷量成反比 4 5 6 解析 两点间的电势差由电场决定 即电势差与试探电荷没有关系 由此知道选项D错误 4 5 6 由WAB qUAB可知 静电力做功的多少与q UAB均有关 选项C错误 1 电场线 1 定义 为了形象地描述电场中各点场强的强弱及方向 在电场中画出一些曲线 曲线上每一点的切线方向都跟该点的场强方向一致 曲线的疏密表示电场的强弱 2 电场线的三个特点 电场线从正电荷或无限远处出发 终止于无限远或负电荷处 电场线在电场中不相交 在同一幅图中 电场强度较大的地方电场线较密 电场强度较小的地方电场线较疏 考点三电场线 等势面与粒子运动轨迹问题 3 六种典型电场的电场线 如图9所示 图9 2 等势面 1 定义 电场中电势相同的各点构成的面 2 四个特点 在同一等势面上移动电荷时电场力不做功 电场线一定与等势面垂直 并且从电势高的等势面指向电势低的等势面 等差等势面越密的地方电场强度越大 反之越小 任意两个等势面都不相交 3 带电粒子在电场中运动轨迹问题的分析方法 1 某点速度方向即为该点轨迹的切线方向 2 从轨迹的弯曲方向判断受力方向 轨迹向合外力方向弯曲 从而分析电场方向或电荷的正负 3 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 从而确定电势能 电势和电势差的变化等 例3某带电粒子仅在静电力作用下由A点运动到B点 电场线 等势面 虚线 粒子在A点的初速度及运动轨迹如图10所示 可以判定 图10 解析 A 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点的电势能小于它在B点的电势能D 电场中A点的电势低于B点的电势 解析由电场线的的疏密可知场强EB EA 所以粒子的加速度aB aA 由定性画出的等势面并根据沿电场线方向电势降低 可知电势 A B 由粒子运动轨迹的弯曲方向可知静电力做正功 所以动能 电势能的变化情况为EkB EkA EpB EpA 故选项B正确 解析 7 2015 浙江学考模拟 如图11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轴右侧 MP ON 则O M N P四点中电场强度最大的是 7 8 9 图11 A O点B M点C N点D P点 解析由图知O点处电场线最密 则O点电场强度最大 故A对 变式题组 解析 8 如图12为真空中两点电荷A B形成的电场中的一簇电场线 已知该电场线关于虚线对称 O点为A B电荷连线的中点 a b为其连线的中垂线上对称的两点 则下列说法正确的是 A A B可能带等量异号的正 负电荷B A B可能带不等量的正电荷C a b两点处无电场线 故其电场强度可能为零D 同一试探电荷在a b两点处所受电场力大小相等 方向一定相反 图12 7 8 9 7 8 9 解析根据题图中的电场线分布可知 A B带等量的正电荷 选项A B错误 a b两点处虽然没有画电场线 但其电场强度一定不为零 选项C错误 由图可知 a b两点处电场强度大小相等 方向相反 同一试探电荷在a b两点处所受电场力大小相等 方向一定相反 选项D正确 解析 9 2016 浙江10月学考 8 如图13为某一电场的电场线 M N P为电场线上的三个点 M N是同一电场线上两点 下列判断正确的是 图13 7 8 9 A M N P三点中N点的场强最大B M N P三点中N点的电势最高C 负电荷在M点的电势能大于在N点的电势能D 正电荷从M点自由释放 电荷将沿电场线运动到N点 解析电场线的疏密反应了电场的强弱 所以N点场强最大 选项A正确 顺着电场线的方向 电势降低 M点的电势最高 选项B错误 根据Ep q M P N可知 负电荷在M点电势能小于在N点的电势能 选项C错误 正电荷在M点静止释放 电荷在电场力的作用下运动 但是运动轨迹并不是电场线 选项D错误 7 8 9 在匀强电场中由公式U Ed得出 一式二结论 图14 考点四电势差与电场强度的关系 加试 结论2匀强电场中若两线段AB CD 且AB CD 则UAB UCD 或 A B C D 如图乙所示 例4 2015 浙江学考模拟 如图15所示 匀强电场场强为1 103N C ab dc 4cm bc ad 3cm 则下述计算结果正确的是 图15 解析 A ab之间的电势差为4000VB ac之间的电势差为50VC 将q 5 10 3C的点电荷沿矩形路径abcda移动一周 静电力做功为零D 将q 5 10 3C的点电荷沿abc或adc从a移动到c 静电力做功都是 0 25J Uac Uab 40V 选项B错 将负点电荷移动一周 电势差为零 静电力做功为零 故选项C对 Wac qUac 5 10 3 40J 0 2J 选项D错 规律总结 公式UAB Ed的应用技巧 1 公式UAB Ed只适用于匀强电场的定量计算 2 公式中的 d 指电场中两点沿电场强度方向的距离 如果电场中两点不沿场强方向 d的取值应为两点连线在场强方向的投影 或为两点所在等势面间的垂直距离 3 在应用时 可把公式UAB Ed简化为U Ed 即只计算两点间的电势差大小 至于电势差的正负 电场强度的方向我们根据题意另作判断 4 电场强度与电势差的关系式也可写作E 它的意义是 电场强度在数值上等于沿电场方向每单位距离上降低的电势 解析 10 2016 金华十校调研 a b c是匀强电场中的三个点 各点电势依次为10V 2V 6V 三点在同一平面上 下列图中电场强度的方向表示正确的是 10 11 解析由于Uab a b 8V 则ab中点处电势为6V 因此c点与ab中点的电势相同 c点与ab中点的连线则为一条等势线 电场强度方向应垂直于该等势线并且指向电势较低的方向 故选项C正确 变式题组 解析 11 如图16所示 在平面直角坐标系中 有方向平行于坐标平面的匀强电场 其中坐标原点O处的电势为0 点A处的电势为6V 点B处的电势为3V 则电场强度的大小为 图16 返回 10 11 解析x轴上OA的中点C的电势为3V 则BC的连线为等势线 如图所示 电场的方向与等势线垂直 且由电势高处指向电势低处 根据几何关系 O点到BC的距离为d 1 5cm 返回 10 11