高中物理必修三 第十章　专题强化4　电场能的性质及图像问题同步学案

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专题强化4　电场能的性质及图像问题[学习目标]　1.进一步掌握电场强度、电势、电势差、电势能及静电力做功之间的关系(重点)。2.会利用功能关系、能量守恒定律分析电场综合问题(重点)。3.理解E－x、φ－x、Ep－x图像的意义，并会分析有关问题(重难点)。一、电场强度、电势、电势差及电势能之间的关系例1　(2022·泸县第一中学高二开学考试)关于静电场，下列说法正确的是(　　)A．将负电荷由电势低的地方移到电势高的地方，电势能一定增加B．在同一个等势面上的各点，电场强度的大小必然是相等的C．无论是正电荷还是负电荷，从电场中某点移到无穷远处，静电力做的正功越多，电荷在该点的电势能越大D．电势下降的方向就是电场强度的方向二、电场中的功能关系1．静电力做功的计算2．电场中常见的几种功能关系(1)静电力做功等于带电体电势能的减少量，即WAB＝EpA－EpB＝－ΔEp。(2)合外力做功等于物体动能的变化量，即W合＝ΔEk，这里的W合指合外力做的功。(3)如果只有静电力做功，则动能和电势能之间相互转化，二者总和不变，即ΔEk＝－ΔEp。例2　(多选)如图所示，在水平向右的匀强电场中有一绝缘斜面，斜面上有一带电金属块沿斜面滑下。已知在金属块滑下的过程中动能增加了12 J，金属块克服摩擦力做功8 J，重力做功24 J，则以下判断正确的是(　　)A．金属块带正电荷B．金属块的机械能减少12 JC．金属块克服静电力做功8 JD．金属块的电势能减少4 J例3　(多选)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倍三、电场中的图像问题1．φ－x图像(1)φ－x图像的意义：反映了电势φ随位置x变化的规律。在φ－x图像中根据纵坐标值可以直接判断各点电势的高低。(2)φ－x图线的斜率绝对值表示沿x轴方向电场强度的大小；电场强度为零处，其切线的斜率为零。(3)设电场强度的方向与x轴平行，图像中沿x轴，电势降低的方向即为电场强度方向。图中A点电势高于B点电势，故A、B间电场方向沿x轴正方向，C点电势低于D点电势，故C、D间电场方向沿x轴负方向。例4　(2022·湖南师大附中高二期末)如图所示为某电场中x轴上电势φ随x变化的图像，一个带电粒子仅受静电力作用在x＝0处由静止释放，沿x轴正方向运动，且以一定的速度通过x＝x2处，则下列说法正确的是(　　)A．x1和x2处的电场强度均为零B．x1和x2之间的电场强度方向不变C．粒子从x＝0到x＝x2过程中，加速度先减小后增大D．粒子从x＝0到x＝x2过程中，电势能先增大后减小2．E－x图像(1)E－x图像的意义：反映了沿x轴方向电场强度E随x变化的规律。(2)设x轴正方向为电场强度的正方向，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。(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。例5　(多选)静电场在x轴上的电场强度E随x的变化关系如图所示，x轴正方向为电场强度正方向，带正电的点电荷沿x轴运动，则(　　)A．x2和x4处电势相等B．点电荷由x1运动到x3的过程中电势能增大C．点电荷由x1运动到x4的过程中静电力先增大后减小D．x1与x2间的电压大于x2与x3间的电压3．Ep－x图像(1)Ep－x图像的物理意义：反映了电势能Ep随x变化的规律。(2)图像切线的斜率绝对值表示静电力大小。图像切线斜率为零时静电力为零，该点的电场强度的大小也为零。例6　(2022·震泽中学高一期中)如图所示，在原点O和x轴负半轴上坐标为－x1处分别固定两点电荷Q1、Q2(两点电荷的电荷量和电性均未知)。一带负电的试探电荷从坐标为x2处以一定的初速度沿x轴正方向运动，其电势能的变化情况已在图中绘出，图线与x轴交点的横坐标为x3，图线最高点对应的横坐标为x4，不计试探电荷受到的重力，则下列判断正确的是(　　)A．点电荷Q1带负电B．试探电荷在x2～x3之间受到的静电力沿x轴正方向C．x3～x4之间的电场强度沿x轴正方向D．两点电荷Q1、Q2电荷量的比值为eq \f(x1＋x32,x32)电场强度电势电势差电势能意义描述电场的力的性质描述电场的能的性质描述静电力做功的本领描述电荷在电场中具有的与电荷位置有关的能量公式E＝____φ＝____UAB＝____Ep＝φq关系(1)电场强度为零的地方电势__________为零(2)电势为零的地方电场强度__________为零(3)电势为零，电势能________为零(均填“一定”或“不一定”)联系(1)匀强电场中UAB＝________(d为A、B两点沿________________方向上的距离) (2)电势沿着电场强度方向降低________(3)UAB＝φA－φB，φ＝eq \f(Ep,q)，WAB＝qUAB，WAB＝EpA－EpB