人教版新高考物理一轮总复习--静电场中的能量课件PPT

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第一环节　必备知识落实
第二环节　关键能力形成
1.电势能(1)静电力做功的特点:静电力做功与路径无关,只与初、末位置有关。(2)电势能。①定义:电荷在电场中具有的势能,数值上等于将电荷从该点移到零势能位置时静电力所做的功。②静电力做功与电势能变化的关系:静电力做的功等于电势能的减少量,即WAB=EpA-EpB= -Δep 。
1.定义:电场中电势相等的各点组成的面。2.四个特点。(1)等势面一定与电场线垂直。(2)在同一等势面上移动电荷时静电力不做功。(3)电场线方向总是从电势高的等势面指向电势低的等势面。(4)等差等势面越密的地方电场强度越大,反之越小。
1.导体内部的电场强度处处为零。2.导体是一个等势体,导体表面是等势面。3.导体表面处的电场强度方向与导体表面垂直。4.导体内部没有净电荷,净电荷只分布在导体的外表面上。5.在导体外表面越尖锐的位置,净电荷的密度(单位面积上的电荷量)越大,凹陷的位置几乎没有净电荷。
追本溯源观察图片,回答图中问题并思考:零电势点改变时,各点间的电势差是否改变?
提示 若C点电势为零,A点电势为4 V,B点电势为2 V。零电势点改变时,各点间的电势差不变。
1.思考判断(1)静电力做功与重力做功相似,均与路径无关。( )(2)电势等于零的物体一定不带电。( )(3)电场强度为零的点,电势一定为零。( )(4)电场中,电场强度的方向与电势降落最快的方向相同。( )(5)沿电场线方向电场强度越来越小,电势逐渐降低。( )(6)等差等势面越密的地方,电场线越密,电场强度越大。( )
2.如图所示,两个不带电的导体A和B,用一对绝缘柱支持使它们彼此接触。把一带正电荷的物体C置于A附近,贴在A、B下部的金属箔片都张开,则( )A.此时A带正电,B带负电B.此时A电势低,B电势高C.移去C,贴在A、B下部的金属箔片都闭合D.先把A和B分开,然后移去C,贴在A、B下部的金属箔片都闭合
解析:由静电感应可知,A带负电,B带正电,A、B的电势相等,选项A、B错误。若移去C,则两端的感应电荷消失,则贴在A、B下部的金属箔片都闭合,选项C正确。先把A和B分开,然后移去C,则A、B带的电荷仍然存在,故贴在A、B下部的金属箔片仍张开,选项D错误。
3.(2019·北京卷)如图所示,a、b两点位于以电荷量为-Q的负点电荷为球心的球面上,c点在球面外,则( )A.a点电场强度的大小比b点大B.b点电场强度的大小比c点小C.a点电势比b点高D.b点电势比c点低
整合构建1.电势高低的判断
2.电势能大小的判断
3.求静电力做功的几种方法
考向1 电势、电势能的判断【典例1】 匀强电场的电场线是平行等间距的,假如在匀强电场中放入一不带电的金属小球,电场线会发生弯曲,变成如图所示的电场,关于该电场,下列说法正确的是( ) A.由于感应起电,该金属小球放入匀强电场后总电荷量将不为零B.电场线越密的地方电场强度越小C.将一电子从P点移到Q点,电子的电势能一定减少D.P点的电势一定高于Q点的电势
思维点拨(1)如何判断P、Q两点电势的高低?(2)由于感应起电,小球两端的电荷量相等吗?
提示 (1)沿电场线的方向电势逐渐降低。(2)相等。
解析:由于电荷守恒,金属小球的总电荷量仍为零,故A错误。电场线的疏密程度表示电场强度的大小,电场线越密的地方电场强度越大,故B错误。沿电场线方向电势逐渐降低,故P点电势低于Q点电势,又因为电子带负电,所以电子在P点的电势能高于在Q点的电势能,即从P点到Q点电子的电势能一定减少,C正确,D错误。
考向2 电场中的功能关系【典例2】 (多选)(2018·全国卷Ⅰ)图中虚线a、b、c、d、f代表匀强电场内间距相等的一组等势面,已知平面b上的电势为2 V。一电子经过a时的动能为10 eV,从a到d的过程中克服静电力所做的功为6 eV。下列说法正确的是( )A.平面c上的电势为零B.该电子可能到达不了平面fC.该电子经过平面d时,其电势能为4 eVD.该电子经过平面b时的速率是经过d时的2倍
归纳总结电场中的功能关系(1)若只有静电力做功,电势能与动能之和保持不变。(2)若只有静电力和重力做功,电势能、重力势能、动能之和保持不变。(3)除重力、弹簧弹力之外,其他各力对物体做的功等于物体机械能的变化。(4)所有外力对物体所做的功等于物体动能的变化。
训练突破1.(多选)(2020·海南卷)空间存在如图所示的静电场,a、b、c、d为电场中的四个点,则( )A.a点的电场强度比b点的大B.d点的电势比c点的低C.质子在d点的电势能比在c点的小D.将电子从a点移动到b点,静电力做正功
解析:a点的电场线比b点的电场线密,根据电场线的疏密程度表示电场强度的大小,可知a点的电场强度比b点的电场强度大,故A正确。根据沿着电场线方向电势不断降低,可知d点的电势比c点的电势高,故B错误。由于质子带正电,根据电势能公式Ep=qφ,可知质子在d点的电势能比在c点的电势能大,故C错误。由题图可知,a点的电势低于b点的电势,又电子带的是负电荷,故电子在a点的电势能高于在b点的电势能,所以将电子从a点移动到b点,电势能减小,静电力做正功,故D正确。
整合构建1.常见等势面比较
2.在电场中带电粒子运动轨迹问题的分析方法(1)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。(2)结合轨迹、速度方向与静电力的方向,确定静电力做功的正负,从而确定电势能、电势和电势差的变化等。(3)根据动能定理或能量守恒定律判断动能的变化情况。
【典例3】 (2018·天津卷)如图所示,实线表示某电场的电场线(方向未标出),虚线是一带负电的粒子只在静电力作用下的运动轨迹,设M点和N点的电势分别为φM、φN,粒子在M和N时加速度大小分别为aM、aN,速度大小分别为vM、vN,电势能分别为EpM、EpN。下列判断正确的是( )A.vM解析:静电力方向斜向右下,粒子带负电,可知电场线的方向为从右下指向左上,则N点电势低于M点电势,即φM>φN,选项B、C均错误。电场线疏密表示电场强度大小,故N点电场强度大于M点电场强度,带电粒子只受静电力,故aMvN,则有EkM>EkN,由能量守恒定律可得EpM训练突破2.(多选)如图所示,在点电荷Q产生的电场中,实线MN是一条方向未标出的电场线,虚线AB是一个电子只在静电力作用下的运动轨迹。设电子在A、B两点的加速度大小分别为aA、aB,电势能分别为EpA、EpB。下列说法正确的是( )A.电子一定从A向B运动B.若aA>aB,则Q靠近M端且为正电荷C.无论Q为正电荷还是负电荷,一定有EpA解析:电子的运动可能从A向B做减速运动,也可能从B向A做加速运动,故A错误。由曲线运动的特点,合外力总指向弯曲轨迹的内侧,故电场方向由M指向N,所以B点的电势一定低于A点电势,D错误。若aA>aB,则场源电荷必在M端,一定为正电荷,故B正确。电子从A运动到B做减速运动,静电力做负功,电势能增加,故EpA【典例4】 (多选)一匀强电场的方向平行于Oxy平面,平面内a、b、c三点的位置如图所示,三点的电势分别为10 V、17 V、26 V。下列说法正确的是( )A.电场强度的大小为2.5 V/cmB.坐标原点处的电势为1 VC.电子在a点的电势能比在b点的低7 eVD.电子从b点运动到c点,静电力做功为9 eV思维点拨根据a、b、c三点的电势关系可以找出等势面,进而求出等势面间的距离,最后求出电场强度。
方法技巧如何确定匀强电场中的电场线1.先确定等势线,根据“两点确定一条直线”,找出电场中电势相等的两个点,然后连接成一条等势线;因匀强电场的电势在一条直线上均匀变化,任一线段中点的电势为两端点电势的平均值。2.电场线跟等势线一定垂直,作出等势线的垂线即得电场线。3.比较电势的高低,即沿着电场线的方向,电势逐渐降低;根据电势高低在电场线上标出箭头,表示电场的方向。
训练突破3.如图所示,在某电场中画出了三条电场线,C点是A、B连线的中点。已知A点的电势为φA=30 V,B点的电势为φB=-10 V,则C点的电势为( )A.φC=10 VB.φC>10 VC.φC<10 VD.上述选项都不正确
整合构建1.图像类型(1)v-t图像;(2)φ-x图像;(3)E-t图像;(4)Ep-x图像。2.求解方法(1)v-t图像:根据v-t图像的速度变化、斜率变化(即加速度大小的变化),确定电荷所受静电力的方向与静电力的大小变化情况,进而确定电场的方向、电势的高低及电势能的变化。
(2)φ-x图像:①电场强度的大小等于φ-x图线的斜率大小,电场强度为零处,φ-x图线存在极值,其切线的斜率为零;②在φ-x图像中可以直接判断各点电势的大小,并可根据电势大小关系确定电场强度的方向;③在φ-x图像中分析电荷移动时电势能的变化,可用WAB=qUAB,进而分析WAB的正负,然后作出判断。(3)E-t图像:根据题中给出的E-t图像,确定E的方向,再画出对应电场线的方向,根据E的大小变化,确定电场的强弱分布。(4)Ep-x图像:Ep-x图像提供了势能随距离x的变化信息,图像斜率的绝对值表示静电力,求解时充分利用功能关系。
【典例5】 两电荷量分别为q1和q2的点电荷放在x轴上的O、M两点,两电荷连线上各点电势φ随x变化的关系如图所示,其中A、N两点的电势均为零,ND段中的C点电势最高,则( )A.N点的电场强度大小为零B.A点的电场强度大小为零C.N、C间电场强度方向沿x轴正方向D.将一负点电荷从N点移到D点,静电力先做正功后做负功
思维点拨(1)由q1、q2之间电势随x的变化图像可知q1、q2为同种电荷还是异种电荷?(2)φ-x图像的斜率表示什么?
提示 (1)异种电荷,且q1为正,q2为负。(2)表示电场强度。
解析:根据题给的两电荷连线上各点电势φ随x变化的关系图像,可知O点的点电荷为正电荷,M点的点电荷为负电荷。题中φ-x图像斜率的绝对值表示电场强度的大小,由此可知,N点和A点的电势为零,但电场强度大小都不为零,C点的电场强度大小为零,A、B错误。从N点到C点电势逐渐增大,说明从N点到C点逆着电场线方向,故N、C间电场强度方向沿x轴负方向,C错误。将一负点电荷从N点移到D点,其电势能先减小后增大,则静电力先做正功后做负功,D正确。
归纳总结解决电场相关图像问题的要点同解决力学中的图像类问题相似,解决电场相关图像问题,关键是弄清图像坐标轴的物理意义,坐标正负代表什么,斜率、“面积”表示什么物理量,然后结合粒子的运动进一步分析静电力、电势能、动能等变化情况。电场图像中的几个隐含物理量如下所示。E-x图像:图像与坐标轴围成的面积表示电势差。φ-x图像:某点切线的斜率表示该点对应位置的电场强度。Ep-x图像:某点切线的斜率表示该点对应位置的静电力。
训练突破4.(2020·福建五校联考)一带负电的粒子只在静电力作用下沿x轴正向运动,其电势能Ep随位移x变化的关系如图所示,其中O~x2段是关于直线x=x1对称的曲线,x2~x3段是直线,则下列说法正确的是( )A.x1处电场强度最小,且为零;电势也最小,但不为零B.粒子在x2~x3段做匀减速直线运动C.O、x1、x2、x3处电势φ0、φ1、φ2、φ3的关系为φ3>φ2=φ0>φ1D.x2~x3段的电场强度方向不变,大小均匀增加