《2011屆高三物理一輪復(fù)習(xí)課件：6.2《電場能的性質(zhì)》.ppt》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《2011屆高三物理一輪復(fù)習(xí)課件：6.2《電場能的性質(zhì)》.ppt（53頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。
1、第2課時 電場能的性質(zhì),考點自清,一、電場力做功與電勢能 1.電荷在電場中移動時,電場力做功跟重力做功相似,只與 電荷的始末位置有關(guān),與電荷經(jīng)過的 無關(guān).電場力做 功的計算公式:W=qU;在勻強電場中,電場力做的功 W=qEd,其中d為沿電場線方向的位移. 2.電場力對電荷做正功,電勢能 ;電場力對電荷做負(fù)功, 電勢能 .電場力做功等于電勢能變化的負(fù)值,即 WAB=EpA-EpB. 3.電荷在某點具有的電勢能,等于把它從該點移動到零勢能 面位置時電場力所做的功.電勢能是相對的,通常把電荷 在離場源電荷無窮遠(yuǎn)處的電勢能規(guī)定為零,或把電荷在大 地表面上的電勢能規(guī)定為零.,路徑,減少,增加,二、電勢
2、 1.定義:電荷在電場中某一點的電勢能與它的電荷量的比值, 叫做這一點的電勢,用 表示.在數(shù)值上等于單位正電荷由 該點移到零電勢點時 ,電勢是標(biāo)量,只有大 小,沒有方向,但有正負(fù). 2.公式: (與試探電荷無關(guān)) 3.單位:伏特(V) 4.電勢與電場線的關(guān)系:沿電場線方向電勢降低.(電場線指 向電勢降低的方向) 5.零電勢位置的規(guī)定:電場中某一點的電勢的數(shù)值與零電勢 的選擇 關(guān),即電勢的數(shù)值決定于零電勢的選擇.(大地或 無窮遠(yuǎn)默認(rèn)為零),電場力所做的功,有,三、等勢面 1.定義:電場中電勢相同的各點構(gòu)成的面叫做等勢面. 2.等勢面的特點 (1)等勢面一定和電場線垂直. (2)等勢面上各點電勢相
3、等,在等勢面上移動電荷電場力 不做功. (3)電場線總是由電勢高的等勢面指向電勢低的等勢面. (4)電場線越密的地方,等差等勢面越密. 四、電勢差與電場強度 1.電勢差:電荷q在電場中A、B兩點間移動時,電場力所做的 功WAB,跟它的電荷量q的比值,叫做A、B間的電勢差,也叫 電壓.,公式: .單位:伏(V). 2.電勢差與電勢的關(guān)系:UAB= ,電勢差是標(biāo)量,可以是 正值,也可以是負(fù)值. 3.電勢差與電場強度的關(guān)系:勻強電場中兩 點間的電勢差等于電場強度與這兩點沿電 場線方向的距離的乘積即U=Ed,也可以寫 作 (如圖1所示). 特別提醒 電勢具有相對性,而電勢差與零電勢點的選取無關(guān),電勢差
4、具有絕對性.,圖1,熱點一 電場中的功能關(guān)系,熱點聚焦,對電場力做功的理解可類比重力做功.電場力做正功,電 勢能減小;電場力做負(fù)功,電勢能增加. 1.功能關(guān)系 (1)若只有電場力做功,電勢能與動能之和保持不變. (2)若只有電場力和重力做功,電勢能、重力勢能、動能 之和保持不變. (3)除重力之外,其他各力對物體做的功等于物體機械能 的變化. 2.電場力做功的特點:電場力對某電荷做的功與路徑無關(guān), 只與初、末位置的電勢差有關(guān).,3.電場力做功的計算方法 (1)由公式W=Flcos計算,此公式只適用于勻強電場,可變 形為W=qElE,式中l(wèi)E為電荷初末位置在電場方向上的距離. (2)由電場力做功
5、與電勢能變化關(guān)系計算,WAB=-EAB=qUAB, 對任何電場都適用.當(dāng)UAB0,q0或UAB0;否則 W0. (3)由動能定理計算:W電場力+W其他力=Ek. 特別提示 利用W=qU計算電場力的功時,可將q、U的正負(fù)號一起代入,計算出的W也有正負(fù)之分,能表示電場力做正、負(fù)功;也可以只代q、U的絕對值,然后根據(jù)電場力的方向和電荷移動方向判斷功的正負(fù).,熱點二 電勢高低及電勢能大小的比較方法,1.比較電勢高低的幾種方法 (1)沿電場線方向,電勢越來越低,電場線由電勢高的等勢 面指向電勢低的等勢面. (3)取無窮遠(yuǎn)處為零電勢點,正電荷周圍電勢為正值,且離 正電荷近處電勢高;負(fù)電荷周圍電勢為負(fù)值,且
6、離負(fù)電荷近 處電勢低.,2.電勢能大小的比較方法 (1)場源電荷判斷法 離場源正電荷越近,試探正電荷的電勢能越大,試探負(fù)電 荷的電勢能越小. 離場源負(fù)電荷越近,試探正電荷的電勢能越小,試探負(fù)電 荷的電勢能越大. (2)電場線判斷法 正電荷順著電場線的方向移動時,電勢能逐漸減小;逆著 電場線的方向移動時,電勢能逐漸增大. 負(fù)電荷順著電場線的方向移動時,電勢能逐漸增大;逆著 電場線的方向移動時,電勢能逐漸減小.,(3)做功判斷法 電場力做正功,電荷(無論是正電荷還是負(fù)電荷)從電勢能較大的地方移向電勢能較小的地方,反之,如果電荷克服電場力做功,那么電荷將從電勢能較小的地方移向電勢能較大的地方. 特別
7、提示 (1)電勢、電勢能的正、負(fù)表示大小,正的電勢、電勢能比負(fù)的電勢、電勢能高,而電勢差的正負(fù)表示兩點電勢的相對高低. (2)電場線或等差等勢面越密的地方電場強度越大,但電勢不一定越高.,熱點三 電場強度、電勢、電勢差、電勢能的比較,電場強度、電勢、電勢差、電勢能都是用來描述電場性質(zhì)的物理量,它們之間有密切的聯(lián)系,但也有很大的差別,現(xiàn)列表進行比較.,【特別提示】 電勢、電勢差、電勢能、電場力的功、電荷量等物理量均為標(biāo)量,它們的正負(fù)意義不全相同,要注意比較區(qū)別,而矢量的正負(fù)一定表示方向.,題型探究,題型1 電勢、電勢能變化、電場力做功綜合問題 【例1】 如圖2所示,某區(qū)域電場線左右對稱分布,M、
8、N為對 稱線上的兩點.下列說法正確的是 ( ) 圖2 A.M點電勢一定高于N點電勢 B.M點場強一定大于N點場強 C.正電荷在M點的電勢能大于在N點的電勢能 D.將電子從M點移動到N點,電場力做正功,思路點撥 解答此題應(yīng)注意以下三點: (1)電勢高低由電場線方向判斷. (2)電場強弱由電場線疏密判斷. (3)電勢能的大小關(guān)系由電場力做功的正負(fù)判斷. 解析 沿電場線方向電勢逐漸降低,可得出選項A正確;因電場線越密的區(qū)域場強越大,可得出選項B錯誤;將正電荷由M點移到N點時電場力做正功,電勢能減小,故正電荷在M點的電勢能大于在N點的電勢能,選項C正確;將電子從M點移到N點的過程中,受到的電場力與移動
9、方向相反,電場力做負(fù)功,選項D錯. 答案 AC,方法提煉 1.計算電場力做功常有哪些方法 (1)WAB=qUAB(普遍適用) (2)W=qElcos(適用于勻強電場) (3)WAB=-Ep(從能量角度求解) (4)W電+W非電=Ek(由動能定理求解) 2.電勢能增減的判斷方法 做功法:無論電荷是正是負(fù),只要電場力做正功,電荷的電勢能就減少;電場力做負(fù)功,電荷的電勢能就增加.,變式練習(xí)1 如圖3所示,實線為電場線,虛線為等勢面,兩相鄰等勢面間電勢差相等,A、B、C為電場中的三個點,且AB=BC.一個帶正電的粒子從A點開始運動,先后經(jīng)過B、C兩點,若帶電粒子只受靜電力作用,則下列說法正確的是 (
10、) 圖3,A.粒子在A、B、C三點的加速度大小關(guān)系aCaBaA B.粒子在A、B、C三點的動能大小關(guān)系EkCEkBEkA C.粒子在A、B、C三點的電勢能大小關(guān)系EpCEpBEpA D.粒子由A運動到B和由B運動到C靜電力做的功相等 解析 A、B、C三點的場強關(guān)系為ECEBEA,A對;由A到C的過程,靜電力一直做正功,B對;靜電力做正功,電勢能減小,EpC EpBEpA,C錯;UABUBC,D錯. 答案 AB,題型2 勻強電場中等勢面與電場線及電勢差與場強的關(guān)系【例2】 如圖4所示,勻強電場中有a、b、c三點.在以它們 為頂點的三角形中,a=30,c=90.電場方向與三角形 所在平面平行.已知
11、a、b和c點的電勢分別為(2- ) V、 (2+ ) V和2 V.該三角形的外接圓上最低、最高電勢分 別為 ( ) 圖4 A.(2- ) V、(2+ ) V B.0 V、4 V,思路點撥 在勻強電場中,沿任意一條直線(這條直線不與等勢面平行)電勢都均勻變化,電勢差都與長度成正比.沿電場線方向電勢降低最快.在a、b兩點之間可以找到一點O,它的電勢與c的相等,cO為等勢線,根據(jù)電場線和等勢面的關(guān)系可確定電場線的方向,利用幾何知識及電場基本物理量之間的關(guān)系解決此題. 解析 如右圖所示,根據(jù)勻強電場的電場線 與等勢面是平行等間距排列,且電場線與等 勢面處處垂直,沿著電場線方向電勢均勻降落, 取ab的中
12、點O,即為三角形的外接圓的圓心,且 該點電勢為2 V,故Oc為等勢面,MN為電場線,方向沿MN方向.,答案 B 方法歸納 本題巧妙地利用三角形的外接圓考查了電場線和等勢面的關(guān)系.在勻強電場中已知三個點的電勢即可繪畫出等勢面和電場線,方法是根據(jù)勻強電場的電勢是隨距離均勻變化的.選取任意兩個點,在兩點連線上找到與第三個點電勢相同的點.該點與第三個點的連線即為等勢面,垂直于該等勢面的即為電場線,沿著電場線方向電勢降低.,變式練習(xí)2 如圖5所示,ABCD是勻強電場中一正方形的四個頂點,已知A、B、C三點的電勢分別為, 由此可得D點電勢 = . 圖5 解析 在正確理解“勻強電場中沿同一直線上任意兩點的電
13、勢之差與其距離之比為一恒量,若直線與電場線重合,其比值最大,此最大值等于場強”這一結(jié)論的基礎(chǔ)上,先確定AC連線上中點O的電勢,再列出等式,答案 9 V,題型3 電場中功能關(guān)系的應(yīng)用 【例3】 如圖6所示,帶電量為Q的正點電荷固定在傾角為30 的光滑絕緣斜面底部的C點,斜面上有A、B兩點,且A、B和C在 同一直線上,A和C相距為L,B為AC中點.現(xiàn)將一帶電小球從A 點靜止釋放,當(dāng)帶電小球運動到B點時速度正好又為零.若該帶 電小球在A點處的加速度大小為 .求: 圖6 (1)小球到B時的加速度大小. (2)B和A兩點的電勢差.(用Q和L表示).,解析,答案,規(guī)律總結(jié) 關(guān)于電勢、電勢差、電勢能、靜電力
14、做功的關(guān)系 這四個量的關(guān)系可用下圖形象地表示出來.說明如下:,變式練習(xí)3 如圖7所示,MN為水平放置的金屬 板,板中央有一個小孔O,板下存在豎直向上的 勻強電場,電場強度為E.AB是一根長為l、質(zhì)量 為m的均勻帶正電的絕緣細(xì)桿.現(xiàn)將桿下端置于 O處,然后將桿由靜止釋放,桿運動過程中始終 保持豎直.當(dāng)桿下落 時速度達(dá)到最大,求: (1)細(xì)桿帶電荷量. (2)桿下落的最大速度. (3)若桿沒有全部進入電場時速度減小為零,求此時桿下落的位移.,圖7,解析 (1)由于下落 時速度最大,則加速度a=0,答案,題型4 綜合應(yīng)用動力學(xué)和動能觀點解題 【例4】 如圖8所示,在絕緣水平面上,有相距為L的A、B兩
15、點, 分別固定著兩個帶電荷量均為Q的正電荷.O為AB連線的中 點,a、b是AB連線上兩點,其中Aa=Bb= .一質(zhì)量為m、電荷 量為+q的小滑塊(可視為質(zhì)點)以初動能Ek0從a點出發(fā),沿AB 直線向b運動,其中小滑塊第一次經(jīng)過O點時的動能為2Ek0,第 一次到達(dá)b點時的動能恰好為零,小滑塊最終停在O點,已知靜 電力常量為k.求: 圖8,(1)小滑塊與水平面間滑動摩擦力的大小. (2)小滑塊剛要到達(dá)b點時加速度的大小和方向. (3)小滑塊運動的總路程l路. 解析 (1)由Aa=Bb= ,O為AB連線的中點可知a、b關(guān)于O點對稱,則a、b之間的電勢差為Uab=0 設(shè)小滑塊與水平面間摩擦力的大小為F
16、f,滑塊從ab的過程,由動能定理得:qUab-Ff =0-Ek0 解得: (2)根據(jù)庫侖定律,小滑塊剛要到達(dá)b點時受到的庫侖力的合力為: 根據(jù)牛頓第二定律,小滑塊剛要到達(dá)b點時加速度的大小為, 方向由b指向O(或向左) (3)設(shè)滑塊從aO的過程中電場力做功為W,由動能定理得: W-Ff L=2Ek0-Ek0 解得W=1.5Ek0 對于小滑塊從a開始運動到最終在O點停下的整個過程中,由動能定理得:W-Ffl路=0-Ek0 解得l路=1.25L 答案,【評分標(biāo)準(zhǔn)】 本題共18分.其中式各3分,式各1分. 【名師導(dǎo)析】 該題是一個物體有多個運動過程的題目,對該物體的運動過程受力分析要清楚.在解答該題
17、的過程中多次運用了動能定理,這要比運用牛頓定律簡單得多,因為在該題中,庫侖力是一個變力.最近幾年的高考命題,突出考查力、電兩個主干知識的同時,電場性質(zhì)與力學(xué)問題的綜合考查出現(xiàn)幾率越來越高,特別是對電場力做功特點、動能定理、牛頓第二定律等力學(xué)問題考查分析、理解和應(yīng)用能力,挖掘隱含信息能力.,自我批閱 (15分)如圖9所示,在絕緣光滑水平面的上方存 在著水平方向的勻強電場.現(xiàn)有一個質(zhì)量m=2.0 10-3 kg、電量q=2.010-6 C的帶正電的物體 (可視為質(zhì)點),從O點開始以一定的水平初速度 向右做直線運動,其位移隨時間的變化規(guī)律為 x=6.0t-10t2,式中x的單位為m,t的單位為s.不
18、計 空氣阻力,取g=10 m/s2.求: (1)勻強電場的場強大小和方向. (2)帶電物體在00.5 s內(nèi)通過的路程. (3)帶電物體在00.5 s內(nèi)電勢能的變化量.,圖9,解析 (1)加速度大小a=20 m/s2 (1分) 根據(jù)牛頓第二定律Eq=ma (2分) 解得場強E=2.0104 N/C,方向水平向左 (2分) (2)物體在O點的初速度v0=6.0 m/s (1分) 減速時間t1= =0.3 s (1分) 0.3 s內(nèi)經(jīng)過的路程x1=v0t1- at12=0.9 m (1分) 后0.2 s物體做勻加速直線運動,經(jīng)過 的路程x2= at22=0.4 m (1分) 0.5 s內(nèi)物體經(jīng)過的路
19、程s=x1+x2=1.3 m (1分) (3)物體在0.5 s內(nèi)發(fā)生的位移為x=0.9 m-0.4 m=0.5 m (2分) 電場力做負(fù)功,電勢能增加 (1分) Ep=qEx=210-2 J (2分),答案 (1)2.0104 N/C,方向水平向左 (2)1.3 m (3)210-2 J,1.如圖10所示,O是一固定的點電荷,另一點電荷P從很遠(yuǎn)處以初 速度v0射入點電荷O的電場,在電場力作用下的運動軌跡是曲 線MN.a、b、c是以O(shè)為中心,Ra、Rb、Rc為半徑畫出的三個 圓,Rc-Rb=Rb-Ra.1、2、3、4為軌跡MN與三個圓的一些交點. 以|W12|表示點電荷P由1到2的過程中電場力做
20、的功的大 小,|W34|表示由3到4的過程中電場力做的功的大小,則( ) 圖10,素能提升,A.|W12|=2|W34| B.|W12|2|W34| C.P、O兩電荷可能同號,也可能異號 D.P的初速度方向的延長線與O之間的距離可能為零 解析 因為O是一固定的點電荷,所以,以O(shè)為中心的三個圓a、b、c所在的三個球面為三個等勢面.又因為Rc-Rb=Rb-Ra,由點電荷形成電場的特點可知U122U34.根據(jù)W=qU可得|W12|2|W34|,選項A錯,B正確;由點電荷P的運動軌跡可知,P、Q兩電荷的庫侖力為引力,只能異號,C選項錯;若P的初速度方向的延長線與O之間的距離為零,則P只能沿電場線做直線
21、運動,軌跡不可能為曲線,D選項也是錯誤的,故選B. 答案 B,2.如圖11所示,平行于紙面有一勻強電場(電場未畫出),在紙 面內(nèi)建立一個直角坐標(biāo)系xOy,以O(shè)為圓心,做半徑r=2 cm的 圓.如果在圓上任取一點P,設(shè)OP與x軸正方向的夾角為, P點的電勢與角函數(shù)關(guān)系滿足 =80cos(-30)+10 V. 則下列說法正確的是 ( ) 圖11 A.當(dāng)=90時,P點的電勢為10 V B.當(dāng)=330時,P點的電勢與當(dāng)=90時P點的電勢相等,C.該電場強度的方向與x軸負(fù)方向成60角斜向下 D.該圓周上電勢最低的點是=30時的P點 解析 =90時, =50 V;當(dāng)=330時, =50 V,B對;如下圖,
22、由 = = =50 V知,A、B為等勢點,AB連線為等勢面,作OC垂直于AB,可知場強沿CO方向向下,與x軸夾角為30,C錯;當(dāng)=210時, =-70 V,是圓周上的電勢最低點. 答案 B,3.如圖12所示,在粗糙的斜面上固定一點電荷Q,在M點無初速 度地釋放帶有恒定電荷的小物塊,小物塊在電荷Q的電場中 沿斜面運動到N點靜止,則從M到N的過程中 ( ) 圖12 A.小物塊所受的電場力減小 B.小物塊的電勢能可能增加 C.小物塊電勢能變化量的大小一定小于克服摩擦力做的功 D.M點的電勢一定高于N點的電勢,解析 Q為點電荷,由于M點距點電荷Q的距離比N點小,所以小物塊在N點受到的電場力小于在M點受
23、到的電場力,選項A正確;由小物塊的初、末狀態(tài)可知,小物塊從M到N的過程先加速再減速,而重力和摩擦力均為恒力,所以電荷間的庫侖力為斥力,電場力做正功,電勢能減小,選項B錯誤;由功能關(guān)系可知,克服摩擦力做的功等于電勢能的減少量和重力勢能的減少量之和,故選項C正確;因不知Q和物塊的電性,無法判斷電勢高低,選項D錯誤. 答案 AC,4.如圖13所示,半徑為R的環(huán)形塑料管豎直放置, AB為該環(huán)的水平直徑,且管的內(nèi)徑遠(yuǎn)小于環(huán)的 半徑,AB及其以下部分處于水平向左的勻強電 場中,管的內(nèi)壁光滑.現(xiàn)將一質(zhì)量為m,帶電荷量 為+q的小球從管中A點由靜止釋放,已知qE=mg, 則以下說法中正確的是 ( ) A.小球
24、釋放后,到達(dá)B點時速度為零,并在BDA間往復(fù)運動 B.小球釋放后,第一次達(dá)到最高點C時恰好對管壁無壓力 C.小球釋放后,第一次和第二次經(jīng)過最高點C時對管壁的 壓力之比為15 D.小球釋放后,第一次經(jīng)過最低點D和最高點C時對管壁的 壓力之比為51,圖13,解析 小球由A到B,重力不做功,電場力做正功,故到達(dá)B的速度不為零,A錯;小球第一次通過C時,重力做功WG=-mgR,電場,答案 CD,5.如圖14所示,光滑絕緣的細(xì)桿豎直放置,它與以正電荷Q所在 位置為圓心的某圓交于B、C兩點,質(zhì)量為m、帶電荷量為-q 的有孔小球穿在桿上從A點無初速滑下,已知qQ,AB=h,小 球滑到B點時的速度大小為 ,求
25、: 圖14 (1)小球從A滑到B的過程中電場力做的功. (2)A、C兩點間的電勢差.,解析 分析小球從A到B的過程,小球受重力、電場力、桿的彈力三個力的作用.重力做正功,由于小球在該過程中是靠近+Q,所以它們之間的電場力(引力)做正功,小球受到的桿的彈力一直與速度垂直而不做功,由動能定理可求電場力的功.根據(jù)題意及圖形可以看出,B、C在同一個等勢面上,所以A、B之間與A、C之間的電勢差相等. (1)小球從A滑到B的過程中,根據(jù)動能定理可得,(2)因為小球從A滑到B的過程電場力做的功 答案,6.在一個水平面上建立x軸,在過原點O垂直于x軸的平面的右 側(cè)空間有一個勻強電場,場強大小E=6.0105
26、N/C,方向與x 軸正方向相同.在O處放一個電荷量q=-5.010-8 C,質(zhì)量 m=1.010-2 kg的絕緣物塊.物塊與水平面間的動摩擦因數(shù) =0.20,沿x軸正方向給物塊一個初速度v0=2.0 m/s,如圖15 所示.(g取10 m/s2)試求: (1)物塊向右運動的最大距離. (2)物塊最終停止的位置.,圖15,解析 (1)設(shè)物塊向右運動的最大距離為xm,由動能定理得 -mgxm-E|q|xm=0- mv02 可求得xm=0.4 m (2)因Eqmg,物塊不可能停止在O點右側(cè),設(shè)最終停在O點左側(cè)且離O點為x處. 由動能定理得E|q|xm-mg(xm+x)=0 可得x=0.2 m 答案
27、(1)0.4 m (2) O點左側(cè)0.2 m處,7.如圖16所示,在水平方向的勻強電場中有一表面光滑、與 水平面成45角的絕緣直桿AC,其下端(C端)距地面高度 h=0.8 m.有一質(zhì)量500 g的帶電小環(huán)套在直桿上,正以某一 速度,沿桿勻速下滑,小環(huán)離開桿后正好通過C端的正下方 P點處.(g取10 m/s2)求: 圖16 (1)小環(huán)離開直桿后運動的加速度大小和方向. (2)小環(huán)在直桿上勻速運動速度的大小v0. (3)小環(huán)運動到P點的動能.,解析 (1)小環(huán)在直桿上的受力情況如右圖所示 由平衡條件得mgsin 45=Eqcos 45 得mg=Eq 離開直桿后,只受mg、Eq作用,則 F合= mg=ma a= g=10 m/s2=14.1 m/s2 方向與桿垂直斜向右下方. (2)設(shè)小環(huán)在直桿上運動的速度為v0,離桿后經(jīng)t秒到P點,則,答案 (1)14.1 m/s2 垂直于桿斜向右下方 (2)2 m/s (3)5 J,反思總結(jié),返回,
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