高中物理电场专题幻灯片课件 38页

考纲要求三年考情热点考向考　点要求2007年2008年2009年电势能，电势差，电势，等势面Ⅱ广东物理(T3·选择)宁夏理综(T21·选择)上海物理(T13·选择)天津理综(T18·选择)江苏物理(T6·选择)海南物理(T4T6·选择)全国卷Ⅰ(T18·选择)全国卷Ⅱ(T19·选择)上海卷(T7·选择)安徽卷(T18·选择)辽宁、宁夏卷(T18选择)浙江卷(T20·选择)四川卷(T20·选择)电势的高低、电势能增减的判断及电场力做功与电势能的变化是高考的热点，对这部分知识的考查通常以选择题形式出现．预计在2011年这部内容仍是命题的热点之一.匀强电场中电势差跟电场强度的关系Ⅱ第2课时电势电势差电势能\n1．电势差UAB(1)定义：电荷在电场中，由一点A移动到另一点B时，所做的功与电荷量的比值WAB/q，叫做A、B两点间的电势差，用UAB表示．(2)定义式：UAB＝.(3)单位：，1V＝1J/C.(4)矢标性：，但有正负，正负表示电势的高低．电场力移动电荷WAB/q伏特标量\n\n提示：电势差的正负说明了两点的电势高低；电势的正负说明了比零电势点(标准位置)的电势高低；功的正负说明了是动力做功还是阻力做功；电荷量的正负表示了电荷的电性．(1)UAB＝φA－φB.(2)电势具有相对性，它与零电势点的选取有关．电势差无相对性，它与零电势点的选取无关．\n1．电势差的理解(1)从能量的角度反映了电场的性质电场力做功WAB与q成正比，与A到B的路径无关，所以既与q无关，又与A、B间的路径无关．由于做功是能量转化的量度，因此是从能的角度反映了电场的性质．(2)电场力做功有正负之分，电场力做正功，WAB＞0；电场力做负功，WAB＜0.电荷量也有正负之分，对正电荷取q＞0；对负电荷取q＜0，利用UAB＝计算时，要注意到WAB、q及UAB的正负．\n2．如何理解电势和电场强度的关系？(1)电势与电场强度的大小没有必然的联系，某点的电势为零，电场强度不一定是零，反之亦然．(2)电势与电场强度都由电场本身的因素决定，与试探电荷无关．(3)沿着电场线的方向电势越来越低，电场线的方向是电势降落最快的方向，电场线总是由电势高的等势面指向电势低的等势面．\n1．将一正电荷从无限远处移入电场中M点，静电力做功W1＝6×10－9J，若将一个等量的负电荷从电场中N点移向无限远处，静电力做功W2＝7×10－9J，则M、N两点的电势φM、φN，有如下关系(　　)A．φM＜φN＜0B．φN＞φM＞0C．φN＜φM＜0D．φM＞φN＞0解析：对正电荷φ∞－φM＝；对负电荷φN－φ∞＝.即φ∞－φN＝.而W2＞W1，φ∞＝0，且和均大于0，则φN＜φM＜0，正确答案选C.答案：C\n1．电场力做功(1)特点：电场力做功与路径，仅取决于两点间的电势差和要移送的电荷．(2)公式WAB＝qUAB.2．电势能(1)定义：电荷在电场中具有的能．它与电场和电荷都有关，不能描述电场．(2)特点：电势能是相对的，与选取有关，电势能是标量，但有之分．无关零势能点的正负\n1．电场力做功与电势能的变化关系(1)电场力做功与路径无关，与重力做功十分相似．(2)电场力对电荷做正功时，电荷的电势能减少；电场力对电荷做负功时，电荷的电势能增加．电势能增加或减少的数值等于电场力做功的数值．即ΔEp＝－W.2．电场中的功能关系(1)只有电场力做功，电势能和电荷的动能之和保持不变．(2)只有电场力和重力做功，电势能、重力势能、动能三者之和保持不变．\n图9－2－12．如图9－2－1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32J，金属块克服电场力做功8J，金属块克服摩擦力做功16J，重力势能增加18J，则在此过程中金属块的(　　)A．动能减少10JB．电势能增加24JC．机械能减少24JD．内能增加16J\n解析：由动能定理可知ΔEk＝32J－8J－16J－18J＝－10J，A正确；克服电场力做功为8J，则电势能增加8J，B错误；机械能的改变量等于除重力以外的其他力所做的总功，故应为ΔE＝32J－8J－16J＝8J，C错误；物体内能的增加量等于克服摩擦力所做的功，D正确．答案：AD\n1．等势面的概念：电场中的各点构成的面叫等势面．2．几种常见电场的等势面(见课本)．(1)点电荷电场．(2)等量异号电荷的电场．(3)等量同号电荷的电场．(4)匀强电场．(一簇垂直电场线的平行平面)电势相同\n1．等势面的特点(1)在同一等势面上移动电荷电场力不做功．(2)等势面一定跟电场线垂直．(3)等差等势面的疏密程度也能反映场强的强弱，即等势面越密的地方场强越强，等势面越疏的地方场强越弱．(4)两个等势面不能相交．(5)等势面的分布与零电势的选取无关．(6)电场线总是从电势高的等势面指向电势低的等势面．\n2．电场线、场强、电势、等势面的相互关系如何？(1)电场线与场强的关系：电场线越密的地方表示场强越大，电场线上每点的切线方向表示该点的场强方向．(2)电场线与电势的关系：沿着电场线方向，电势越来越低．(3)等势面与电场线的关系①电场线总是与等势面垂直，且从高等势面指向低等势面．②电场线越密的地方，等差等势面也越密．③沿等势面移动电荷，电场力不做功，沿电场线移动电荷，电场力一定做功．(4)场强数值与电势数值无直接关系：场强大(或小)的地方电势不一定大(或小)，零电势可人为选取，而场强是否为零则由电场本身决定．\n图9－2－23．(2009·上海单科，7)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9－2－2所示，图中实线表示等势线，则(　　)\nA．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\n解析：同一检验电荷在a、b两点受力方向不同，所以A错误；因为A、B两处有负电荷，所以，等势线由外向内表示的电势越来越低．将正电荷从c点移到d点，正电荷的电势能增加，电场力做负功，B错误；负电荷从a点移到c点，电势能减少，电场力做正功，C正确；正电荷沿虚线从e点移到f点的过程中，电势先降低再升高，电势能先减小后增大．答案：CD\n【例1】如图9－2－3所示，某区域电场线左右对称分布，M、N为对称线上的两点．下列说法正确的是(　　)A．M点电势一定高于N点电势B．M点场强一定大于N点场强C．正电荷在M点的电势能大于在N点的电势能D．将电子从M点移动到N点，电场力做正功图9－2－3\n解析：沿电场线方向，电势降低，所以M点电势一定高于N点电势，A正确；电场线的疏密程度表示电场的强弱，由图可知，M点场强一定小于N点场强，B错；若把正电荷由M点移到N点电场力做正功，电荷的电势能减小，所以EpM＞EpN，C正确；电子在电场中受电场力的方向沿NM指向M，电场力做负功，D错．答案：AC\n1．计算电场力做功常有哪些方法(1)WAB＝qUAB(普遍适用)(2)W＝qE·s·cosθ(适用于匀强电场)(3)WAB＝－ΔEp(从能量角度求解)(4)W电＋W非电＝ΔEk(由动能定理求解)\n2．电势能增减的判断方法做功法：无论电荷是正是负，只要电场力做正功，电荷的电势能就减少；电场力做负功，电荷的电势能就增加．3．电势高低的判断(1)据电场线的方向：沿电场线方向，电势越来越低．(2)据电场力做功的方法：据定义式UAB＝，将WAB、q的＋、－代入，由UAB的＋、－可判电势高低．\n图9－2－41－1(2009·天津)如图9－2－4所示，带等量异号电荷的两平行金属板在真空中水平放置，M、N为板间同一电场线上的两点，一带电粒子(不计重力)以速度vM经过M点在电场线上向下运动，且未与下板接触，一段时间后，粒子以速度vN折回N点，则(　　)\nA．粒子受电场力的方向一定由M指向NB．粒子在M点的速度一定比在N点的大C．粒子在M点的电势能一定比在N点的大D．电场中M点的电势一定高于N点的电势解析：由题意可知M、N在同一电场线上，带电粒子从M点运动到N点的过程中，电场力做负功，动能减小，电势能增加，故选项A、C错误，B正确；由于题中未说明带电粒子及两极板的电性，故无法判断M、N两点的电势高低，选项D错误．答案：B\n图9－2－5【例2】如图9－2－5所示，实线为方向未知的三条电场线，虚线分别为等势线1、2、3，已知MN＝NQ，a、b两带电粒子从等势线2上的O点以相同的初速度飞出．仅在电场力作用下，两粒子的运动轨迹如图中所示，则(　　)\nA．a一定带正电，b一定带负电B．a加速度减小，b加速度增大C．MN电势差|UMN|等于NQ两点电势差|UNQ|D．a粒子到达等势线3的动能变化量比b粒子到达等势线1的动能变化量小\n解析：由带电粒子在运动轨迹，结合曲线运动的特点可知带电粒子所受的电场力方向，但因为电场线的方向不确定，故不能判断带电粒子带电的性质，A错；由电场线的疏密可知，a加速度将减小，b加速度将增大，B正确；因为是非匀强电场，故MN电势差并不等于NQ两点电势差，C错；但因为等势线1与2之间的电场强度比2与3之间的电场强度要大，故1、2之间的电势差要大于2、3之间的电势差，但两粒子的带电量大小不确定，故无法比较动能变化量的大小，D错误．答案：B\n图9－2－62－1　某同学研究电子在匀强电场中的运动时，得到了电子由a点运动到b点的轨迹(如图9－2－6虚线所示)，图中一组平行实线可能是电场线，也可能是等势面，则下列说法正确的是(　　)\nA．不论图中实线是电场线还是等势面，a点的电势都比b点的电势低B．不论图中实线是电场线还是等势面，a点的场强都比b点的场强小C．如果图中实线是电场线，电子在a点动能较大D．如果图中实线是等势面，电子在b点动能较小解析：如果实线是电场线，由运动轨迹判断，电子受水平向右的电场力，场强方向水平向左，a点的电势低于b点的电势，电子在a点动能较小．如果实线是等势面，由运动轨迹判断，电子受竖直向下的电场力，场强方向竖直向上，a点的电势高于b点的电势，电子在b点动能较小．答案：D\n【例3】(18分)如图9－2－7所示，水平绝缘光滑轨道AB的B端与处于竖直平面内的四分之一圆弧形粗糙绝缘轨道BC平滑连接，圆弧的半径R＝0.40m．在轨道所在空间存在水平向右的匀强电场，电场强度E＝1.0×104N/C.图9－2－7\n现有一质量m＝0.10kg的带电体(可视为质点)放在水平轨道上与B端距离x＝1.0m的位置，由于受到电场力的作用带电体由静止开始运动，当运动到圆弧形轨道的C端时，速度恰好为零，已知带电体所带电荷q＝8.0×10－5C，取g＝10m/s2，求：(1)带电体在水平轨道上运动的加速度大小及运动到B端时的速度大小；(2)带电体运动到圆弧形轨道的B端时对圆弧轨道的压力大小；(3)带电体沿圆弧形轨道运动过程中，电场力和摩擦力对带电体所做的功各是多少．\n解析：(1)设带电体在水平轨道上运动的加速度大小为a，根据牛顿第二定律有qE＝ma(2分)解得a＝qE/m＝8.0m/s2(1分)设带电体运动到B端时的速度大小为vB，则，(1分)解得vB＝＝4.0m/s(1分)(2)设带电体运动到圆弧形轨道B端时受轨道的支持力为FN，根据牛顿第二定律有FN－mg＝(3分)解得FN＝mg＋＝5.0N(1分)根据牛顿第三定律可知，带电体对圆弧形轨道B端的压力大小FN′＝5.0N．(1分)\n(3)因电场力做功与路径无关，所以带电体沿圆弧形轨道运动过程中，电场力所做的功W电＝qER＝0.32J(2分)设带电体沿圆弧形轨道运动过程中摩擦力所做的功为W摩，对此过程根据动能定理有W电＋W摩－mgR＝0－(4分)解得W摩＝－0.72J．(2分)\n1．利用力和运动的关系——牛顿运动定律和匀变速直线运动规律的结合．即：受力和初速决定运动，运动反映受力．一切力学问题的分析基础，特适于恒力作用下的匀变速运动．2．利用功、能关系——动能定理及其他力的功能关系(如重力、电场力、摩擦力等)及能的转化守恒，即：做功引起并量度了能的改变；无论恒力作用、变力作用、直线运动、曲线运动皆可．3．利用动量观点——动量定理和动量守恒定律．\n图9－2－83－1如图9－2－8为一匀强电场，某带电粒子从A点运动到B点．在这一运动过程中克服重力做的功为2.0J，电场力做的功为1.5J．则下列说法正确的是(　　)A．粒子带负电B．粒子在A点的电势能比在B点少1.5JC．粒子在A点的动能比在B点多0.5JD．粒子在A点的机械能比在B点少1.5J\n解析：粒子从A点运动到B点，电场力做正功，且沿着电场线，故粒子带正电，所以选项A错；粒子从A点运动到B点，电场力做正功，电势能减少，故粒子在A点的电势能比在B点多1.5J，故选项B错；由动能定理，WG＋W电＝ΔEk，－2.0J＋1.5J＝EkB－EkA，所以选项C对；由其他力(在这里指电场力)做功等于机械能的增加，所以选项D对．答案：CD\n如图9－2－9所示，带正电小球质量为m＝1×10－2kg，带电荷量为q＝1×10－6C，置于光滑绝缘水平面上的A点．当空间存在着斜向上的匀强电场时，该小球从静止开始始终沿水平面做匀加速直线运动，当运动到B点时，测得其速度vB＝1.5m/s.此时小球的位移为s＝0.15m．求此匀强电场场强E的取值范围．(g＝10m/s2)图9－2－9\n设电场方向与水平面之间夹角为θ，由动能定理qEscosθ＝－0得.由题可知θ＞0，所以当E＞7.5×104V/m时小球将始终沿水平面做匀加速直线运动．经检查，计算无误．该同学所得结论是否有不完善之处？若有请予以补充．【正确答案】\n该同学所得结论有不完善之处．为使小球始终沿水平面运动，电场力在竖直方向的分力必须小于或等于重力，即qEsinθ≤mg，所以E≤V/m＝1.25×105V/m，结合原题解答得：此匀强电场的场强取值范围为：7．5×104V/m＜E≤1.25×105V/m.【教师点评】求解物理量的取值范围，关键是要找出产生最大值和最小值的条件.【题后反思】点击此处进入作业手册