高中物理人教版 (2019)必修 第三册第十章 静电场中的能量综合与测试课文课件ppt

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第十章 静电场中的能量
课时1　电势能和电势
教材必备知识精练
知识点1 静电力做功的特点
1.(多选)下列说法正确的是(　　)A.电荷从电场中的A点运动到B点,每次经过的路径不同,电场力做的功可能不同B.电荷从电场中的某点开始出发,运动一段路径后,又回到了该点,则电场力做功为零C.正电荷沿着电场线运动,电场力对正电荷做正功,负电荷逆着电场线运动,电场力对负电荷做正功D.电荷在电场中运动,电场力对其一定做功
答案
1.BC　电场力做的功和电荷的运动路径无关,所以选项A错误;电场力做功只和电荷的初末位置有关,所以电荷从某点出发又回到了该点,电场力做功为零,选项B正确;正电荷沿电场线的方向运动,则正电荷受到的电场力和电荷的位移方向相同,故电场力对正电荷做正功,同理,负电荷逆着电场线的方向运动,电场力对负电荷做正功,选项C正确;电荷在电场中运动,电场力对其不一定做功,选项D错误。
知识点1 静电力做功的特点
2.(多选)如图所示,以坐标原点O为圆心,半径为r的圆与坐标轴交于a、b、c、d。在O点固定一个正点电荷Q,另外还有一方向与x轴正方向相同,场强大小为E的匀强电场。现把一电荷量为+q的点电荷N在圆上移动,则(　　)A.从a移到c,电场力对点电荷N做功为2qErB.从a移到c,电场力对点电荷N不做功C.从d移到b,电场力对点电荷N做功为2qEr D.从d移到b,电场力对点电荷N不做功
答案
2.BC　从a移到c,点电荷Q产生的电场对点电荷N不做功,在匀强电场中,a、c两处电势相等,电场力对点电荷N也不做功,故A错误,B正确;从d移到b,点电荷Q产生的电场对点电荷N不做功,匀强电场对点电荷N做功为W=qE·2r=2qEr,所以电场力做功为2qEr,故C正确,D错误。
知识点2 电势能
3.(多选)如图所示,A、B是同一条电场线上的两点,下列说法正确的是(　　)　　　　　　　　　　　　　　　　　　　A.正电荷在A点具有的电势能大于在B点具有的电势能B.正电荷在B点具有的电势能大于在A点具有的电势能C.负电荷在A点具有的电势能大于在B点具有的电势能D.负电荷在B点具有的电势能大于在A点具有的电势能
答案
3.AD　若正电荷从A运动到B,正电荷所受的电场力方向从A指向B,与位移方向相同,电场力做正功,电势能减小,则正电荷在A点具有的电势能大于在B点具有的电势能,故A正确,B错误;若负电荷从A运动到B,负电荷所受的电场力方向从B指向A,与位移方向相反,电场力做负功,电势能增大,则负电荷在B点具有的电势能大于在A点具有的电势能,故D正确,C错误。
知识点2 电势能
4.关于电荷的电势能,下列说法正确的是 (　　)A.在电场强度大的地方,电荷的电势能一定大B.在电场强度为零的地方,电荷的电势能一定为零C.只在静电力的作用下,电荷的电势能一定减少D.只在静电力的作用下,电荷的电势能可能增加,也可能减少
答案
4.D　电场强度与电势能无关,电势能有相对性,可以人为规定零势能面,故选项AB错误;只在静电力作用下,若电荷从静止开始运动,电场力做正功,电势能减少,若电荷做减速运动,则电场力做负功,电势能增加,故选项D正确,选项C错误。
知识点2 电势能
5.(多选)[2022湖南长沙一中期中考试]如图甲所示,Q1、Q2为两个固定点电荷,其中Q1带正电,它们连线的延长线上有a、b两点。一正试探电荷以一定的初速度沿直线从b点开始经a点向远处运动,其速度图像如图乙所示。则(　　)A.Q2带正电B.Q2带负电C.试探电荷从b到a的过程中电势能增大D.试探电荷从b到a的过程中电势能减小
答案
5.BC　由题图乙可知,试探电荷从b到a的过程中受向左的库仑力,因此Q2带负电,A错误,B正确。从b到a的过程中静电力(库仑力)做负功,试探电荷的电势能增大,故C正确,D错误。
知识点3 电势
 
答案
6.C
知识点3 电势
7.如图所示,在M、N处固定着两个等量异种点电荷,在它们的连线上有A、B两点,已知MA=AB=BN。下列说法正确的是(　　)A.A、B两点场强相同B.A、B两点电势相等C.将一正电荷从A点移到B点,电场力做负功D.负电荷在A点的电势能大于在B点的电势能
答案
7.A　由点电荷的场强合成可知A和B两点场强方向均向右,大小相等,选项A正确;沿着电场线电势逐渐降低,φA>φB,选项B错误;正电荷从A点移到B点,所受电场力与运动方向相同,电场力做正功,选项C错误;Ep=qφ,因q0)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,电势先升高后降低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
 
3.(多选)如图为某一电场的电场线,M、N、P为电场线上的三个点,M、N是同一电场线上的两点。下列判断正确的是(　　)A.在M、N、P三点处只受电场力作用时,同一负电荷在N点的加速度最大B.M、N、P三点中N点的电势最高C.正电荷从M点由静止释放,只受电场力作用时,电荷不可能沿电场线运动到N点D.同一正电荷在M点的电势能大于在N点的电势能
答案
3.ACD　M、N、P三点中,N点处电场线最密,所以N点场强最大,只受电场力作用时,同一负电荷在N点的加速度最大,故A正确;顺着电场线的方向,电势降低,所以M点的电势比N点的电势高,故B错误;正电荷从M点由静止释放,在电场力的作用下运动,运动轨迹不可能与弯曲的电场线重合,故C正确;沿电场线方向,电势降低,根据Ep=qφ可知,同一正电荷在M点的电势能大于在N点的电势能,故D正确。
4.[2022广东省广州市模拟考试]医用口罩的熔喷布经过驻极处理可增加静电吸附作用,其中一类吸附过程可作如图简化,经过驻极处理后,某根绝缘纤维带有正电荷,其附近a点处的初速度平行于该段直纤维且带负电的颗粒被吸附到纤维上b点,忽略其他电场影响,则(　　)A.颗粒做匀变速曲线运动B.颗粒受到的电场力恒定C.颗粒的电势能逐渐减少D.a点的电势比b点的高
答案
4.C　颗粒在运动过程中受到重力和电场力两个力作用,随着颗粒靠近绝缘纤维,电场强度增大,颗粒受到的电场力增大,颗粒所受的合力是变力,故颗粒做的是非匀变速曲线运动,故AB错误;颗粒靠近绝缘纤维的过程中,电场力做正功,颗粒的电势能逐渐减少,故C正确;根据沿着电场线方向电势逐渐降低,知a点的电势比b点的低,故D错误。
5.(多选)如图所示,在水平向右的匀强电场中的O点固定一电荷量为Q的正点电荷,a、b、c、d为以O为圆心的同一圆周上的四点,b、d连线与电场线平行,a、c连线与电场线垂直,则(　　)A.a、c两点的场强相同B.b点的场强大小大于a点的场强大小C.d、a间的电势差大于a、b间的电势差D.试探电荷在a点的电势能等于在c点的电势能
答案
5.BD　在仅有匀强电场存在时,a、c两点的电场强度相同,点电荷在a、c两点产生的电场的电场强度大小相等、方向相反,合成后,a、c两点的合场强仅大小相等,选项A错误;a、b、c、d四点中b点的合场强最大,选项B正确;d、a间的电势差与a、b间的电势差相等,选项C错误;a点电势与c点电势相等,试探电荷在a点的电势能与在c点的电势能相等,选项D正确。
 
答案
 
7.图甲、乙分别表示两个等量正点电荷、两个等量异种点电荷的电场。在图甲、乙中,O为两电荷连线的中点,P、Q是两点电荷连线上关于O对称的两点,M、N为两点电荷连线的中垂线上关于O对称的两点。规定无穷远处电势为零,则下列说法正确的是(　　)A.图甲中M、N两点电场强度相同,电势相等,图乙中M、N两点电场强度相同,电势相等B.图甲中M、N两点电场强度不同,电势相等,图乙中M、N两点电场强度相同,电势不相等C.图甲中P、Q两点电场强度相同,电势相等,图乙中P、Q两点电场强度相同,电势不相等D.图甲中P、Q两点电场强度不同,电势相等,图乙中P、Q两点电场强度相同,电势不相等
答案
7.D　由点电荷周围电场线的分布特点及场强的叠加可知题图甲中M、N两点电场强度大小相等,方向相反,电势相等,A错误;题图乙中M、N两点电场强度相同,电势相等,B错误;题图甲中P、Q两点电场强度大小相等,方向相反,电势相等,C错误;题图乙中P、Q两点电场强度相同,电势φP>φQ,D正确。
8.(多选)如图所示,正方形ABCD的对角线相交于O点,两个等量正点电荷分别固定在A、C两点,忽略粒子重力的影响,则下列说法正确的是(　　)A.B、D两处电势、场强均相同B.B、D两处电势、场强均不相同C.若在B点静止释放一电子,电子一定在B、D间做往复运动D.若在B点给电子一垂直纸面大小合适的速度,电子可绕O点做匀速圆周运动
答案
8.CD　根据等量正点电荷的电场线分布特点及对称性可知B、D两点的电场强度大小相同,方向不同,电势相同,故AB错误;φB=φD,则电子在B、D两点的电势能大小相等,根据运动过程能量守恒可知,EkB=EkD=0,因为电子在BO和OD间受到指向O点的电场力作用,故其一定在B、D间做往复运动,故C正确;在垂直纸面且经过B、D两点的以O为圆心的圆上,所有点的电势相等,并且电子受到的电场力指向O点,若在B点给电子一垂直纸面、大小合适的速度,电子可绕O点做匀速圆周运动,D正确。
9.(多选)[2022广东省广州市模拟考试]长方体左右两个正方形平面的中心固定两个等量同种正电荷A和B,A、B连线的中点为o,a、b、c、d为长方体的四条边的中点。下列说法正确的是(　　)A.a、b、c、d处场强均相同B.a、b、c、d处电势均相同C.abcd组成的平面是等势面D.电子从a沿ao方向移动到c,电势能先减少后增加
答案
9.BD　各点的场强是两个电荷产生的场强的合场强,可知a、b、c、d各点的合场强大小相等,但方向不同,所以四点的场强不同,故A错误。根据等量正电荷周围的电场线分布,可知四点的电势相同,故B正确。等势面要和电场线垂直,但a、b、c、d所组成的平面和电场线不垂直,所以abcd所组成的面不是等势面,故C错误。把电子从a沿ao方向移动到c,电场力先做正功后做负功,所以电势能先减少后增加,故D正确。
10.(多选)[2020山东物理·10,4分]真空中有两个固定的带正电的点电荷,电荷量不相等。一个带负电的试探电荷置于二者连线上的O点时,仅在电场力的作用下恰好保持静止状态。过O点作两正电荷连线的垂线,以O点为圆心的圆与连线和垂线分别交于a、c和b、d,如图所示。以下说法正确的是(　　)A.a点电势低于O点B.b点电势低于c点C.该试探电荷在a点的电势能大于在b点的电势能D.该试探电荷在c点的电势能小于在d点的电势能
答案
10.BD　由题意可知O点合场强为零,根据同种电荷之间电场线的分布可知aO之间电场线由a到O,故a点电势高于O点电势,故A错误;同理可得,c点电势高于O点电势,b点电势低于O点电势,则b点电势低于c点,故B正确;a点电势高于O点电势,b点电势低于O点电势,则a点电势高于b点,试探电荷为负电荷,故该试探电荷在a点的电势能小于在b点的电势能,故C错误;根据该电场的对称分布可得,b、d两点电势相同,则c点电势高于d点,试探电荷为负电荷,则该试探电荷在c点的电势能小于在d点的电势能,故D正确。
11.(多选)[2020全国Ⅱ卷理综·20,6分]如图,竖直面内一绝缘细圆环的上、下半圆分别均匀分布着等量异种电荷。a、b为圆环水平直径上的两个点,c、d为竖直直径上的两个点,它们与圆心的距离均相等。则(　　)A.a、b两点的场强相等 B.a、b两点的电势相等C.c、d两点的场强相等 D.c、d两点的电势相等
答案
11.ABC　如图所示为等量异种电荷周围空间的电场分布图。本题的带电圆环,可拆解成这样无数对等量异种电荷的电场,沿竖直直径平行放置。它们有共同的对称轴PP',PP'所在的水平面与每一条电场线都垂直,即为等势面,延伸到无限远处,电势为零,在PP'上的点电势为零,即φa=φb=0;而从M点到N点,电势一直在降低,则φc>φd,故B正确,D错误;上、下两侧电场线分布对称,左、右两侧电场线分布也对称,由电场的叠加原理可知AC正确。
12.(多选)两个等量正点电荷固定于光滑水平面上,其连线中垂线上有A、B、C三点(位于同一水平面上),如图甲所示。一个带电荷量为+2×10-7 C、质量为0.1 kg的小物块(可视为质点)从C点静止释放,其运动的v-t图像如图乙所示,其中B点处为整条图线切线(图中标出了该切线)斜率最大的位置,则下列说法正确的是(　　)A.由C到A的过程中物块的电势能一直在增大B.B点为中垂线上电场强度最大的点,场强E=1×104 V/mC.由C点到A点电势逐渐降低D.A、B两点间的电势差UAB=500 V
答案
 
13.将一个质量为m,带电荷量为+q的微粒自A点以大小为4v的初速度垂直射入水平向右的匀强电场(如图所示),微粒运动到最高点B时速度变为3v,求:(1)匀强电场的场强大小E;(2)A、B两点间电势差UAB;(3)微粒自A点至B点过程中速度的最小值。
答案
 
答案
 
课时3　电势差与电场强度的关系
教材必备知识精练
知识点1 匀强电场中电势差与电场强度的关系
1.(多选)下列关于匀强电场中场强和电势差的关系的说法正确的是(　　)A.任意两点之间的电势差等于场强和这两点间距离的乘积B.在任一直线上,相等距离两点间的电势差相等C.沿着电场线方向,任何相等距离上的电势降落必定相等D.电势降落的方向必定是电场强度的方向
答案
1.BC
知识点1 匀强电场中电势差与电场强度的关系
2.如图所示,a、b、c、d是匀强电场中的四个点,它们正好是一个平行四边形的四个顶点,电场线与平行四边形所在的平面平行。已知a点的电势是2 V,b点的电势是5 V,c点的电势是9 V。由此可知,d点的电势为(　　)A.6 V B.7 V C.9 V D.5 V
答案
2.A　匀强电场中,在同一方向上每前进相同的距离,电势的改变量相等,故φa-φd=φb-φc,代入数据有2 V-φd=5 V-9 V,解得φd=6 V,故A正确。
知识点1 匀强电场中电势差与电场强度的关系
3.(多选)如图所示,A、B两板间电压为600 V,A板带正电并接地,A、B两板间距离为12 cm,C点离A板4 cm,下列说法正确的是(　　)A.E=2 000 V/m,φC=200 VB.E=5 000 V/m,φC=-200 VC.电子在C点具有的电势能为-200 eVD.电子在C点具有的电势能为200 eV
答案
3.BD　A板接地,则其电势为零,又因为A、B两板间的电压为600 V,则B板电势为-600 V,由此知C点电势为负值,则A、B两板间场强E=U/d=5 000 V/m,φC=-EdC=-50 V/cm×4 cm=-200 V,选项A错误,B正确;电子在C点具有的电势能为200 eV,选项C错误,D正确。
知识点1 匀强电场中电势差与电场强度的关系
 
知识点1 匀强电场中电势差与电场强度的关系
答案
 
知识点1 匀强电场中电势差与电场强度的关系
5.如图所示,在水平向右的匀强电场中,有一电荷量为q=-4×10-7 C的负点电荷从A点运动到B点,电场力做功为WAB=3.2×10-6 J,A、B间距离L=4 m,AB与水平面的夹角为60°。(1)负点电荷的电势能是增加还是减少?增加(减少)了多少?(2)B、A间电势差UBA是多少?(3)电场强度E是多大?(4)如果A点的电势为-4 V,那么B点的电势为多大?电荷量为q'= 4×10-6 C的正电荷在A点具有的电势能是多少?
知识点1 匀强电场中电势差与电场强度的关系
答案
 
知识点2 非匀强电场中的电势差与电场强度的关系
6.(多选)一带电体及其电场中的两条电场线如图所示,已知ab=bc=ef,Uab=50 V,则以下关系式正确的是 (　　)A.Ubc=50 V B.Ubc50 V
答案
6.BD　由带电体电荷分布的特征知,越尖的地方电场强度越强,电场线分布越密,等差等势面也越密,所以Uef>Uab=50 V,而由电场特点可知Ea>Eb>Ec,由电场强度和电势差的关系可知Uab>Ubc,即Ubc∠NFE。不计粒子重力,则(　　)A.E带正电,F带负电,且QEEb,φa>φb B.Eaφa,故选项C正确。
疑难点3 多个点电荷的电场线问题
6.位于正方形四角上的四个等量点电荷的电场线分布如图所示,ab、cd分别是正方形两条边的中垂线,O点为中垂线的交点,P、Q分别为cd、ab上的点。则下列说法正确的是(　　)A.P、O两点的电势关系为φPqbC.a处为正电荷,qaqb,选项BC错误;由于a、b连线上的零电势点靠近电荷量小的b电荷,所以a、b连线中点电势大于零,选项A正确;A点电势高于B点电势,正电荷在A点的电势能大于在B点的电势能,将一正的试探电荷从A移到B,电势能减少,则电场力做正功,选项D错误。
疑难点4 等势面的应用
练后反思
(1)几种常见的典型电场的等势面比较
疑难点4 等势面的应用
(2)解决该类问题应熟练掌握以下知识及规律:①带电粒子所受合力(往往仅为电场力)指向轨迹曲线的凹侧;②该点速度方向为轨迹切线方向;③电场线或等差等势面密集的地方场强大;④电场线垂直于等势面;⑤顺着电场线电势降低最快;⑥电场力做正功,电势能减小,电场力做负功,电势能增大。有时还要用到牛顿第二定律、动能定理等知识。
疑难点5 电场线、等势面与电势能的综合应用
9.(多选)[2022天津市和平区期末考试]如图所示,两等量异种点电荷放置于纸面内外两侧(图中未画出),O点是两点电荷连线的中点,在点电荷连线的中垂面上有以O点为圆心的一个圆和一条直线,直线与圆的两个交点为M、N。则(　　)A.直线上M、N两点的电势不相等B.将某一检验电荷从M点移到N点,电场力可能做正功C.M、N两点的电场强度相同D.相对于中垂面上其他点,O点的场强最大
答案
9.CD　等量异种点电荷的连线的中垂面为等势面,可知直线上M、N两点处的电势相等,将某一检验电荷从M点移动到N点,电场力不做功,故AB错误;等量异种点电荷的电场关于其连线对称,而 M、N两点到O点的距离相等,故M、N两点的电场强度相同,故C正确;等量异种点电荷的连线的中垂线上,两点电荷连线的中点处场强最大,故图中O点的场强最大,故D正确。
疑难点5 电场线、等势面与电势能的综合应用
10.(多选)[2022山东师范大学附中月考]如图所示,一带电小球固定在光滑水平面上的O点,虚线a、b、c、d是带电小球激发电场的四条等距离的等势线,一个带电小滑块从等势线d上的1处以水平初速度v0运动,结果形成了实线所示的运动轨迹。1、2、3、4、5是等势线与小滑块运动轨迹的一些交点。下列说法正确的是(　　)A.固定小球与小滑块带同种电荷B.在整个运动过程中小滑块具有的动能与电势能之和保持不变C.在整个运动过程中小滑块的加速度先变小后变大D.小滑块从位置3到4和从位置4到5的过程中,电场力做功的大小关系是W34=W45
疑难点5 电场线、等势面与电势能的综合应用
答案
10.AB　由题图看出,小滑块的轨迹向右弯曲,可知滑块受到了斥力作用,固定小球与小滑块电性一定相同,故A正确;由于只有电场力做功,根据能量守恒定律知,小滑块在运动过程中具有的动能与电势能之和保持不变,故B正确;离带电小球越近,电场越强,因小滑块先靠近后远离带电小球,则小滑块受到的电场力先变大后变小,则在整个运动过程中小滑块的加速度先变大后变小,故C错误;等势线b、c间的电场线比c、d间的电场线密,平均场强大,由U=Ed,分析位置4、5间电势差与3、4间电势差关系得|U45|