高中物理高考 专题7 2 电场能的性质【讲】解析版

这是一份高中物理高考 专题7 2 电场能的性质【讲】解析版，共19页。试卷主要包含了2 电场能的性质【讲】，物理观念，科学思维，科学态度与责任等内容，欢迎下载使用。

目录
TOC \ "1-3" \h \u \l "_Tc17249" 一 讲核心素养 PAGEREF _Tc17249 1
\l "_Tc17581" 二 讲必备知识 PAGEREF _Tc17581 1
\l "_Tc27676" 【知识点一】 电势高低、电势能大小的判断 PAGEREF _Tc27676 1
\l "_Tc32713" 【知识点二】电势差与电场强度的关系 PAGEREF _Tc32713 3
\l "_Tc17158" 【知识点三】电场线、等势线(面)及带电粒子的运动轨迹问题 PAGEREF _Tc17158 7
\l "_Tc27124" 三．讲关键能力------电场中的四类图象问题 PAGEREF _Tc27124 9
一 讲核心素养
1.物理观念：电势能、电势、电势差。
知道静电场中的电荷具有电势能。了解电势能、电势和电势差的含义。。
2.科学思维：电势差与电场强度的关系、电场中的图像。
(1).掌握匀强电场中电势差及其与电场强度的关系
(3)掌握利用图象分析静电场性质的方法，培养学生们通过“数形结合思想”分析问题的能力。
3.科学态度与责任：静电现象应用与安全。
了解生产生活中关于静电的利用与防护的实例。
二 讲必备知识
【知识点一】 电势高低、电势能大小的判断
1．电势高低的判断
2.电势能大小的判断
【例1】(多选)(2020·全国卷Ⅲ，21)如图，∠M是锐角三角形PMN最大的内角，电荷量为q(q>0)的点电荷固定在P点。下列说法正确的是( )
A.沿MN边，从M点到N点，电场强度的大小逐渐增大
B.沿MN边，从M点到N点，电势先增大后减小
C.正电荷在M点的电势能比其在N点的电势能大
D.将正电荷从M点移动到N点，电场力所做的总功为负
【答案】 BC
【解析】 如图所示
找出Q点，使Q点与P点的距离等于M点与P点的距离，L点为MN上到P点距离最短的点，根据三角形边角关系、点电荷的电场强度公式E＝keq \f(q,r2)和正点电荷形成电场中的电势特点可知，沿着MN边，从M点到N点，到P点的距离r先减小后增大，电场强度先增大后减小，电势也先增大后减小，选项B正确，A错误；根据电势能与电势的关系Ep＝qφ可知，正电荷在M点的电势能比在N点的电势能大，故将正电荷从M点移动到N点，电场力所做的总功为正，选项C正确，D错误。
【素养升华】本题考察的学科素养主要是物理观念及科学思维。
【变式训练1】(2021·广东韶关质检)如图所示，虚线表示某电场的等势面，实线表示一带电粒子仅在电场力作用下运动的径迹．粒子在A点的加速度为 aA、动能为 EkA、电势能为 EpA；在B点的加速度 为aB、动能为 EkB、电势能为 EpB.则下列结论正确的是( )
A．aA>aB，EkA>EkB B．aAEpB
C．aAaB，EkA【答案】：C
【解析】：根据图中等势面分布可知，＋5 V等势面处场强小于－5 V等势面处场强，带电粒子在A点所受的电场力小于在B点所受的电场力，根据牛顿第二定律，aAEkB，选项C正确，B错误．
【变式训练2】．(2021·1月广东学业水平选择考适应性测试，4)如图所示，在某静电除尘器产生的电场中，带等量负电荷的两颗微粒只受电场力作用，分别从p点沿虚线pm、pn运动，被吸附到金属圆筒上。下列说法正确的是( )
A.p点的电势高于n点的电势
B.微粒在p点的电势能小于在m点的电势能
C.微粒从p到n的动能变化量大于从p到m的动能变化量
D.微粒从p到n的电势能变化量等于从p到m的电势能变化量
【答案】 D
【解析】 沿着电场线，电势逐渐降低，则有φn>φp，故A错误；负电荷从p运动到m的过程中，电场力做正功，电势能减小，有Epp>Epm，故B错误；两微粒从p到n和从p到m的过程中，均只受电场力而做正功，由动能定理有qU＝ΔEk，因Upn＝Upm，电荷量q相等，所以两微粒的动能变化量相等，C错误；由于W＝ΔEp，电场力做正功相等，所以微粒从p到n和从p到m电势能的变化量相等，D正确。
【知识点二】电势差与电场强度的关系
1．公式E＝eq \f(U,d)的三点注意
(1)只适用于匀强电场．
(2)d为某两点沿电场强度方向上的距离，或两点所在等势面之间的距离．
(3)电场强度的方向是电势降低最快的方向．
2．纵向拓展
推论1 匀强电场中的任一线段AB的中点C的电势，φC＝eq \f(φA＋φB,2)，如图甲所示．
推论2 匀强电场中若两线段AB∥CD，且AB＝CD，则UAB＝UCD(或φA－φB＝φC－φD)，如图乙所示．
3．横向拓展
公式E＝eq \f(U,d)只能适用于匀强电场的定量计算，但在非匀强电场中，可以用该式进行定性判断．
【例1】(2021·福建福州市4月模拟)如图所示，水平面内有A、B、C、D、M、N六个点，它们均匀分布在半径为R＝2 cm的同一圆周上，空间有一方向与圆平面平行的匀强电场。已知A、C、M三点的电势分别为φA＝(2－eq \r(3))V、φC＝2 V、φM＝(2＋eq \r(3))V，下列判断正确的是( )
A．电场强度的方向由A指向D
B．电场强度的大小为1 V/m
C．该圆周上的点电势最高为4 V
D．沿圆周将电子从D点经M点移到N点，电场力先做负功后做正功
【答案】C
【解析】
在匀强电场中AM连线的中点G的电势φG＝eq \f(1,2)(φA＋φM)＝2 V＝φC，所以直线COGN为等势线，在匀强电场中等势线相互平行，电场线与等势线相互垂直，且由电势高的等势线指向电势低的等势线，可知直线AB、直线DM分别为等势线，直线DB、直线MA分别为电场线，可知电场强度的方向由M指向A(或由D指向B)，故A错误；MA两点间的电势差UMA＝φM－φA＝2eq \r(3) V，沿电场方向的距离d＝eq \r(3)R＝eq \f(\r(3),50) m，电场强度E＝eq \f(UMA,d)＝100 V/m，故B错误；过圆心O做MA的平行线，与圆的交点H处电势最高，UHO＝E·R＝2 V，由UHO＝φH－φO可得：最高电势φH＝UHO＋φO＝4 V，故C正确；沿圆周将电子从D点经M点移到N点，电场力先做正功再做负功，故D错误。
【素养升华】本题考察的学科素养主要是科学思维。要求考生能正确理解电势差与电场强度的关系及电场线与等势面的关系。
【技巧方法】应用E＝eq \f(U,d)关系的解题思路
【变式训练1】 (多选)(2021·山东青岛市上学期期末)如图所示，匀强电场中等腰直角三角形ABC，eq \(AB,\s\up6(－))＝eq \(BC,\s\up6(－))＝2 cm，D为 AB边中点，电场方向与△ABC所在平面平行，规定B点的电势为0。将电荷量q＝－6×10－6 C的点电荷从A点移到B点，电场力做了－2.4×10－5 J的功，再将电荷从B点移到C点，电场力又做了1.2×10－5 J的功，则( )
A.点电荷q在D点具有的电势能为1.0×10－5 J
B.A点的电势为4 V
C.该匀强电场的场强大小为100eq \r(5) V/m，方向垂直于CD连线指向B点
D.将△ABC绕B点顺时针旋转，无论转过多大的角度，A、C两点电势都不会相等
【答案】 BC
【解析】 根据公式U＝eq \f(W,q)，则有
UAB＝eq \f(WAB,q)＝eq \f(－2.4×10－5 ,－6×10－6 ) V＝4 V①
UBC＝eq \f(WBC,q)＝eq \f(1.2×10－5 ,－6×10－6 ) V＝－2 V②
规定B点的电势为0，则φA＝UAB＝4 V，在匀强电场中沿着同一方向距离相等的任何两点间电势差相等，则φD＝eq \f(φA＋φB,2)＝2 V，故点电荷q在D点具有的电势能为EpD＝qφD＝(－6×10－6)×2 J＝－1.2×10－5 J，故A错误，B正确；因φB＝0，则φC＝－UBC＝2 V，故连接CD则为一条
等势面，过B做CD垂线则为一条电场线，如图所示，
由几何关系得，sin ∠BCD＝eq \f(1,\r(12＋22))＝eq \f(\r(5),5)，则E＝eq \f(|UBC|,BCsin ∠BCD)＝eq \f(2,2×10－2×\f(\r(5),5)) V/m
＝100eq \r(5) V/m，根据沿着电场线方向电势逐渐降低可知，电场方向为垂直于CD连线指向B点，故C正确；将△ABC绕B点顺时针旋转，当转到AC与电场线垂直时，A、C两点电势相等，故D错误。
【变式训练2】(2021·福建漳州市第一次教学质检)如图，边长为1 cm的立方体abdc－fgih处于匀强电场中，d、c两点间电势差Udc＝3 V，d、b两点间电势差Udb＝
3 V。若一电子从b到g电场力做功为零，则( )
A.b、g两点间的电势差为零
B.匀强电场的方向从d指向c
C.a、b两点间的电势差Uab＝3 V
D.匀强电场的电场强度E＝300 V/m
【答案】 A
【解析】 由于电子从b到g电场力做功为零，因此b、g两点间的电势差一定为零，A正确；由题可知，c、b、g处于同一个势面上，因此这三点确定的平面为等势面，电场线与等势面垂直，因此电场强度的方向为从d到a，B错误；d、b两点间电势差Udb＝3 V，c、b、g三点确定的平面为等势面，根据对称性，a、b两点间的电势差Uab＝－3 V，C错误；根据E＝eq \f(U,d)，匀强电场的电场强度E＝eq \f(3,\f(\r(2),2)×10－2) V/m＝300eq \r(2) V/m，D错误。
【知识点三】电场线、等势线(面)及带电粒子的运动轨迹问题
1．等势线总是和电场线垂直，已知电场线可以画出等势线，已知等势线也可以画出电场线．
2．几种典型电场的等势线(面)
【例1】(多选)(2021·江苏南通市5月第二次模拟)如图所示，虚线a、b、c是电场中的三个等势面，实线为一个带负电的质点仅在电场力作用下的运动轨迹，P、Q是轨迹上的两点。下列说法正确的是( )
A.质点在Q点时的电势能比P点时小
B.质点在Q点时的加速度方向与等势面a垂直
C.三个等势面中等势面a的电势最低
D.质点在Q点时的加速度比P点时大
【答案】 AB
【解析】 质点带负电，曲线运动所受合力指向轨迹的凹侧，结合电场线与等势面处处垂直，大致画出电场线如图实线，沿电场线方向电势降低，所以φQ＞φP，根据电势能Ep＝qφ可知EpQ＜EpP，A正确；质点在Q点受力方向与电场线在该点的切线方向相反，电场线和等势面处处垂直，根据牛顿第二定律可知质点在Q点时的加速度方向与等势面a垂直，B正确；沿电场线方向，电势降低，所以等势面a的电势最大，C错误；电场线的疏密程度表示电场强度的弱强，则EQ＜EP，电荷在电场强度大的位置受到的电场力大，加速度大，D错误。
【素养提升】本题考察的学科素养主要是科学思维。
【方法技巧】电场中“三线”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。
【变式训练1】(2021·黑龙江省实验中学高三下学期开学考试)如图所示，虚线是某静电场的一簇等势线，边上标有电势的值，一带电粒子只在电场力作用下恰能沿图中的实线从A经过B运动到C，下列判断正确的是( )
A．粒子一定带负电
B．A处场强大于C处场强
C．粒子在A处电势能大于在C处电势能
D．粒子从A到B电场力所做的功大于从B到C电场力所做的功
【答案】 B
【解析】 根据电场线与等势面垂直且由高电势指向低电势，可知电场线方向大致向左，根据粒子轨迹的弯曲方向可知，粒子所受的电场力方向大致向左，则知粒子一定带正电，A错误；等差等势面的疏密反映电场强度的大小，A处场强大于C处场强，B正确；粒子从A点运动到C点，电场力方向与速度方向的夹角为钝角，电场力做负功，电势能增大，C错误；由于电势差相同，根据W＝Uq知，电场力做功相同，D错误
【变式训练2】．(2021·广东揭阳市下学期第二次模拟)如图所示，实线MN是某匀强电场中的一条电场线．一带正电粒子射入电场后，仅在电场力作用下沿虚线ABC运动．下列说法中正确的是( )
A．粒子在A点的加速度比在C点的加速度大
B．粒子在A点的电势能比在C点的电势能小
C．M、N两点的电势：φM>φN
D．电场线的方向水平向右
【答案】 B
【解析】 由于电场为匀强电场，可得到粒子在A点的加速度与C点的加速度大小相等，故A错误；由题图可知，粒子在B点所受电场力方向向左，又因为粒子带正电，故电场线方向向左，由沿着电场线方向电势降低，则φN>φM，故带正电粒子从A点到C点电场力做负功，电势能增加，所以粒子在A点的电势能比在C点的电势能小，故B正确，C、D错误．
三．讲关键能力------电场中的四类图象问题
几种常见图象的特点及规律
类型一 v－t图象
根据v－t图象的速度变化、斜率变化(即加速度大小的变化)，可确定电荷所受电场力的方向与电场力的大小变化情况，进而确定电场的方向、电势的高低及电势能的变化。
【例1】 (多选)(2021·山东泰安市4月多校联考)如图所示，A、B两点有等量同种正点电荷，AB连线的中垂线上C、D两点关于AB对称，t＝0时刻，一带正电的点电荷从C点以初速度v0沿CD方向射入，点电荷只受电场力。则点电荷由C到D运动的v－t 图象，以下可能正确的是( )
【答案】 BD
【解析】 由于AB是同种电荷，所以连线中点的场强为零，无穷远处场强也为零，其间有一点电场强度最大，所以粒子从C点向中点运动过程中，加速度可能一直减小，也可能先增大后减小，选项A、C错误，B、D正确。
【素养提升】本题考察的学科素养主要是物理观念及科学思维。
【要点提炼】1．由v­t图象的斜率变化分析带电粒子的加速度a的大小变化。
2．根据牛顿第二定律a＝eq \f(F,m)＝eq \f(Eq,m)，判断场强E的大小变化。
3．根据v­t图象分析带电粒子做加速运动还是减速运动，进而分析场强的方向。
4．进而由场强的大小和方向分析电场的其他性质，如电场线、等势面、电势、电势能的变化等。
【变式训练1】 (多选)(2021·宁夏石嘴山市模拟)如图甲所示，光滑绝缘水平面上有一沿水平方向的电场，MN是其中的一条直线，线上有A、B、C三点。一带电荷量为＋2×10－3 C、质量为1×10－3 kg的小物块从A点静止释放，沿MN做直线运动，其运动的v－t图象如图乙所示，其中B点处的切线斜率最大(图中标出了该切线)，C点处的切线平行于t轴，运动过程中小物块电量保持不变，则下列说法中正确的是( )
A.A、B两点的电势差UAB＝－4 V
B.B点为AC间电场强度最大的点，场强大小E＝1 V/m
C.由A到C的过程中小物块的电势能先减小后变大
D.小物块从B点到C点电场力做的功W＝10－2 J
【答案】BD
【解析】物块在由A到B过程，根据动能定理得qUAB＝eq \f(1,2)mveq \\al(2,B)－eq \f(1,2)mveq \\al(2,A)，解得UAB＝
4 V，故A错误；据v－t图象的斜率等于加速度，可得物块在B点的最大加速度为a＝eq \f(4,5－3) m/s2＝2 m/s2，所受的电场力最大为 F＝ma＝1×10－3×2 N＝2×
10－3 N，则电场强度的最大值为E＝eq \f(F,q)＝eq \f(2×10－3,2×10－3) N/C＝1 V/m，故B正确；由
v－t图象可知由A到C的过程中小物块的动能一直增大，则电势能一直减小，故C错误；物块从B点到C点电场力做的功W＝eq \f(1,2)mveq \\al(2,C)－eq \f(1,2)mveq \\al(2,B)＝10－2 J，故D正确。
类型二 φ－x图象
1.在φ－x图象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。
2.在φ－x图象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.在φ－x图象中可以判断电场类型，如下图所示，如果图线是曲线，则表示电场强度的大小是变化的，电场为非匀强电场；如果图线是倾斜的直线，则表示电场强度的大小是不变的，电场为匀强电场。
4.在φ－x图象中可知电场强度的方向，进而可以判断电荷在电场中的受力方向。
【例2】 (多选)(2021·山东省等级考试第二次模拟)在x轴附近固定有两个点电荷Q1和Q2，其连线与x轴平行。以无穷远处为电势零点，测得x轴上各点的电势φ随坐标x的分布如图所示。下列说法正确的是( )
A.x2处的电场强度为零
B.Q1和Q2带有异种电荷
C.将试探电荷＋q从x1沿x轴正方向移到x3的过程中，电势能先增大后减小
D.将试探电荷＋q从x1沿x轴正方向移到x3的过程中，电势能先减小后增大
【答案】BD
【解析】 φ－x图象斜率表示电场强度，由图可知，x2处的电场强度不为零，故A错误；无穷远处电势为零，电势为正的地方，存在正电荷，电势为负的地方，存在负电荷，所以Q1和Q2带有异种电荷，故B正确；由图象可知，从x1沿x轴正方向到x3的过程中，电势先减小后增大，根据正电荷在电势高处电势能大，则将试探电荷＋q从x1沿x轴正方向移到x3的过程中，电势能先减小后增大，故C错误，D正确。
【素养提升】本题考察的学科素养主要是物理观念及科学思维。
【要点提炼】1．电场强度的大小等于φ­x图线的斜率大小，电场强度为零处，φ­x图线存在极值，其切线的斜率为零。
2．在φ­x图象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φ­x图象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。
【变式训练2】 (多选)(2021·山西长治市3月模拟)在x轴上有两个点电荷q1、q2，其静电场的电势φ在x轴上分布如图所示，规定无穷远处电势为零。下列说法正确有( )
A.q1和q2带有同种电荷
B.x1处的电场强度为零
C.负电荷从x1移到x2，受到的电场力减小
D.负电荷从x1移到x2，电场力做正功
【答案】 CD
【解析】 无穷远处电势为零，电势为正的地方，存在正电荷，电势为负的地方，存在负电荷，所以q1和q2带有异种电荷，选项A错误；电场强度等于图中曲线斜率，x1处的斜率不为零，故电场强度不为零，选项B错误；负电荷从x1移到x2，曲线斜率减小，即电场强度减小，所以受到的电场力减小，选项C正确；负电荷从x1移到x2，电势增大，电势能减小，电场力做正功，选项D正确。
类型三 E－x图象
1.E－x图象反映了电场强度随位移变化的规律，E＞0表示电场强度沿x轴正方向；E＜0表示电场强度沿x轴负方向。
2.在给定了电场的E－x图象后，可以由图线确定电场强度、电势的变化情况，
E－x图线与x轴所围图形“面积”表示电势差(如下图所示)，两点的电势高低根据电场方向判定。在与粒子运动相结合的题目中，可进一步确定粒子的电性、动能变化、电势能变化等情况。
3.在这类题目中，还可以由E－x图象画出对应的电场，利用这种已知电场的电场线分布、等势面分布或场源电荷来处理相关问题。
【例3】(多选)(2021·河南南阳市上学期期末)某条电场线是一条直线，上边依次有O、A、B、C四个点，相邻两点间距离均为d，以O点为坐标原点，沿电场强度方向建立x轴，该电场线上各点电场强度E随x的变化规律如图所示。一个带电荷量为＋q的粒子，从O点由静止释放，仅受电场力作用。则( )
A.若O点的电势为零，则A点的电势为－eq \f(E0d,2)
B.粒子从A到B做匀速直线运动
C.粒子在OA段电势能减少量小于BC段电势能减少量
D.粒子运动到B点时动能为eq \f(3qE0d,2)
【答案】 AD
【解析】 由图可知E－x图象所包围的面积表示两点间的电势差大小，因此UOA＝
eq \f(1,2)E0d，由于φ＝0，因此φA＝－eq \f(1,2)E0d，故A正确；粒子由A到B过程电场力一直做正功，则带正电粒子一直加速运动，在该过程电场强度不变，带电粒子做匀加速直线运动，故B错误；粒子在OA段的平均电场力大于BC段的平均电场力，则OA段的电场力做功大于BC段电场力做功，由功能关系知，粒子在OA段电势能的变化量大于BC段变化量，或者从OA段和BC段图象包围的面积分析可知UOA＞UBC，根据电场力做功公式W＝qU和W＝－ΔEp，也可得出粒子在OA段电势能的变化量大于BC段变化量，故C错误；从O到B点过程列动能定理，则有WOB＝qUOB＝EkB－0，而UOB＝eq \f(1,2)E0(d＋2d)，联立方程解得EkB＝eq \f(3qE0d,2)，故D正确。
【素养提升】本题考察的学科素养主要是物理观念及科学思维。
【要点提炼】1．E­x图象反映了电场强度随位移变化的规律。
2．E­x图线与x轴围成的“面积”表示电势差，“面积”大小表示电势差大小，两点的电势高低根据电场方向判定。
【变式训练3】(多选)(2021·福建厦门市五月质检)某空间存在沿x轴方向的电场，电场强度沿x轴的变化情况如图所示，有一个质量为m、电荷量为＋q的点电荷从A点以初速度v0沿x轴正方向运动，到B点时速度恰好减到零，点电荷只受电场力的作用，则( )
A.A点电势低于B点电势
B.点电荷在A、B两点的电势能相等
C.从A到B的过程中，电场力先做负功后做正功
D.若点电荷只受电场力作用，则A、B两点的电势差为－eq \f(mveq \\al(2,0),2q)
【答案】 AD
【解析】 根据动能定理，从A到B的过程中，电场力做负功，电势能增加，在B点的电势能大，由于带电粒子带正电荷， 因此B点的电势高于A点的电势，A正确，B错误；从A到B过程中，由于电场强度方向没变，因此电场力始终做负功，C错误；根据动能定理UABq＝0－eq \f(1,2)mveq \\al(2,0)，可得UAB＝－eq \f(mveq \\al(2,0),2q)，D正确。
类型四 Ep－x图象
1.反映了电势能随位移变化的规律。
2.图线的切线斜率大小等于电场力大小。
3.进一步判断场强、动能、加速度等随位移的变化情况。
【例4】 (2021·江西重点中学协作体第一次联考)将两个点电荷A、B分别固定在水平面上x轴的两个不同位置上，将一带负电的试探电荷在水平面内由A点的附近沿x轴的正方向移动到B点附近的过程中，该试探电荷的电势能随位置变化的图象如图所示，已知xAC＞xCB，图中过C点的水平虚线与图线相切，两固定点电荷带电荷量分别用qA、qB表示。则下列分析正确的是( )
A.两固定点电荷都带正电，且qA＞qB
B.在AB连线内，C点的电场强度最小但不等于零
C.因试探电荷的电势能始终为正值，可知A、B两点间沿x轴方向的电场强度始终向右
D.如果将试探电荷的电性改为正电，则该电荷在C点的电势能最大
【答案】 D
【解析】 负试探电荷从A运动到C，电势能降低，则从A到C电势逐渐升高，电场方向从C到A；负电荷从C到B电势能增加，则电势逐渐降低，则电场方向从C到B。即电场方向先沿x轴负方向，后沿x轴正方向，则qA和qB均为
负电荷。因为在qA和qB连线中点处的合场强沿x轴负方向，故qA＞qB，故A、C均错误；Ep－x图象的斜率大小代表电场力，而C点的切线斜率为零，说明该试探电荷在C点处受到的电场力为零，B错误；在C点负电荷的电势能最低，则正电荷在C点的电势能最大，故D正确。
【素养提升】本题考察的学科素养主要是物理观念及科学思维。
【变式训练4】 (2021·湖南衡阳市第一次联考)一带负电的粒子只在电场力作用下沿x轴正向运动，其电势能Ep随位移x变化关系如图所示，其中0～x2段是关于直线x＝x1对称的直线，x2～x3段是曲线，则下列说法正确的是( )
A.x1处电场强度最小
B.在O、x1、x2、x3处电势φ0、φ1、φ2、φ3的关系为φ3＜φ2＝φ0＜φ1
C.0～x2段带电粒子做匀变速直线运动
D.0～x1段电场强度方向不变，大小变化，x2～x3段的电场强度大小、方向均不变
【答案】 B
【解析】 根据电势能与电势的关系Ep＝qφ，场强与电势的关系E＝eq \f(Δφ,Δx)，得E＝eq \f(1,q)·eq \f(ΔEp,Δx)，由数学知识可知Ep－x图象切线的斜率等于qE，x1处的斜率可以认为与0～x1段相等，故此位置电场强度并不是最小的，故A错误；根据电势能与电势的关系Ep＝qφ，粒子带负电，q＜0，则知电势能越大，粒子所在处的电势越低，所以有φ3＜φ2＝φ0＜φ1，故B正确；由图可知，0～x1段和0～x2段电场方向相反，故加速度并不相同，不是一直做匀变速运动，故C错误；0～x1段电场强度方向不变，大小不变，x2～x3段图象的斜率减小，故电场强度大小减小，方向不变，故D错误。
判断依据
判断方法
电场线方向
沿电场线方向电势逐渐降低
场源电荷的正负
取无穷远处电势为零，正电荷周围电势为正值，负电荷周围电势为负值；靠近正电荷处电势高，靠近负电荷处电势低
电势能的高低
正电荷在电势较高处电势能大，负电荷在电势较低处电势能大
电场力做功
根据UAB＝eq \f(WAB,q)，将WAB、q的正负号代入，由UAB的正负判断φA、φB的高低
公式法
将电荷量、电势连同正负号一起代入公式Ep＝qφ，正Ep的绝对值越大，电势能越大；负Ep的绝对值越大，电势能越小
电势法
正电荷在电势高的地方电势能大
负电荷在电势低的地方电势能大
做功法
电场力做正功，电势能减小
电场力做负功，电势能增加
能量守恒法
在电场中，若只有电场力做功时，电荷的动能和电势能相互转化，动能增加，电势能减小；反之，动能减小，电势能增加
电场
等势线(面)
重要描述
匀强电场

垂直于电场线的一簇平面
点电荷的电场
以点电荷为球心的一簇球面
等量异种点电荷的电场

连线的中垂线上电势处处为零
等量同种(正)点电荷的电场

连线上，中点的电势最低；中垂线上，中点的电势最高
v ­t图象
根据v ­t图象中速度变化、斜率确定电荷所受合力的方向与合力大小变化，确定电场的方向、电势高低及电势能变化
φ ­x图象
(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图象中可以直接判断各点电势的高低，并可根据电势高低关系确定电场强度的方向；
(3)在φ ­x图象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，然后做出判断
E­x图象
(1)反映了电场强度随位移变化的规律；(2)E＞0表示场强沿x轴正方向，E＜0表示场强沿x轴负方向；
(3)图线与x轴围成的“面积”表示电势差，“面积”大小表示电势差大小，两点的电势高低根据电场方向判定
Ep­x图象
(1)反映了电势能随位移变化的规律；
(2)图线的切线斜率大小等于电场力大小；
(3)进一步判断场强、动能、加速度等随位移的变化情况