高考物理模型全归纳 第51讲 匀强电场中的场强、电势、电势能的定性分析与定量计算

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高考物理全归纳——模型专题在高中物理教学中，引导学生认识、理解和建立“物理模型”，是培养学生创造性思维和创新能力的有效途径。一、什么是物理模型自然界中事物与事物之间总是存在着千丝万缕的联系，并都处在不断的变化之中。面对复杂多变的自然界，进行科学研究时，总是遵循这样一条重要的原则，即从简到繁，先易后难，循序渐进，逐次深入。物理模型有三个类型：（1）物理研究对象的理想化（对象模型）；（2）物理条件的理想化（条件模型）；（3）物理过程的理想化（过程模型）二、为什么要建立物理模型1、帮助学生掌握学习方法      2、落实“过程与方法”的教学目标3、提高学生解决问题能力三、如何帮助学生的建立物理模型（一）提高认识，重视过程：对研究对象建立理想的物理模型和在研究物理过程中选择最简单的物理模型，在教学中是经常涉及到的，但学生总不能从中得到启示。（二）概括总结，触类旁通：新课程提出高中阶段应给学生更多的空间，让学生较独立地进行科学探究，培养学生的自主探究、自主学习、自已解决问题的能力。  第51讲 匀强电场中的场强、电势、电势能的定性分析与定量计算1．（2021•全国）如图，P、Q、M、N为菱形的四个顶点。若已知该空间存在一方向与此菱形平面平行的匀强电场，则（　　）A．P、Q、M、N四点中至少有两点电势相等 B．P、Q、M、N四点可能位于同一等势面上 C．P、Q间的电势差一定与N、M间的电势差相等 D．P、Q间的电势差一定与Q、M间的电势差相等（多选）2．（2021•河北）如图，四个电荷量均为q （q＞0）的点电荷分别放置于菱形的四个顶点，其坐标分别为（4l，0）、（﹣4l，0）、（0，y0）和（0，﹣y0），其中x轴上的两个点电荷位置固定，y轴上的两个点电荷可沿y轴对称移动（y0≠0）。下列说法正确的是（　　）A．除无穷远处之外，菱形外部电场强度处处不为零 B．当y0取某值时，可使得菱形内部只存在两个电场强度为零的点 C．当y0＝8l时，将一带负电的试探电荷由点（4l，5l）移至点（0，﹣3l），静电力做正功 D．当y0＝4l时，将一带负电的试探电荷放置在点（l，l）处，其所受到的静电力方向与x
轴正方向成45°倾斜向上 　一.知识回顾1．匀强电场：如果电场中各点的电场强度的大小相等、方向相同，这个电场叫作匀强电场。2.匀强电场中电势差与电场强度的关系UAB＝Ed，其中d为匀强电场中A、B两点沿电场方向的距离。即：匀强电场中两点间的电势差等于电场强度与这两点沿电场方向的距离的乘积。沿电场强度方向电势降落得最快。3.电场强度的另一表达式(1)表达式：E＝。(只适用于匀强电场)(2)意义：在匀强电场中，电场强度的大小等于两点之间的电势差与两点沿电场强度方向的距离之比。也就是说，场强在数值上等于沿电场方向单位距离上降低的电势。(3)在匀强电场中U＝Ed，即在沿电场线方向上，U∝d。推论如下：推论①：如图甲，C点为线段AB的中点，则有φC＝。推论②：如图乙，AB∥CD，且AB＝CD，则UAB＝UCD。即在匀强电场中两条平行且相等的线段两端点间的电势差相等。推论③：在匀强电场中一条直线上（等势线除外），两点间的电势差与这两点间距离成正比。4．E＝在非匀强电场中的几点妙用(1)解释等差等势面的疏密与电场强度大小的关系：当电势差U一定时，电场强度E越大，则沿电场强度方向的距离d越小，即等差等势面越密，电场强度越大。(2)定性判断非匀强电场电势差的大小关系，如距离相等的两点间的电势差，E越大，U越大；E越小，U越小。(3)利用φ­x图像的斜率判断沿x方向电场强度Ex随位置变化的规律。在φ­x图像中斜率k＝＝＝－Ex，斜率的绝对值表示电场强度的大小，斜率的正负表示电场强度的方向，斜率为正，表示电场强度方向沿规定的负方向；斜率为负，表示电场强度方向沿规定的正方向。(4)利用E­x图像与x轴围成的面积表示电势差，即SAB＝ExAB＝Ed＝UAB，分析计算两点间电势差。5.特殊解题方法：等分线段找等势点法
在匀强电场中，电势沿直线是均匀变化的，即直线上距离相等的线段两端的电势差相等。因此将电势最高点和电势最低点连接后根据需要平分成若干段，找到与已知的第三个点的电势相等的点，这两个等势点的连线即等势线(或等势面)，与等势线(或等势面)垂直的线即为电场线。解题思路：二.例题回顾题型一：一题多种解法例1：a、b、c、d是匀强电场中的四个点，它们正好是一个矩形的四个顶点。电场线与矩形所在平面平行。已知a点的电势为20 V，b点的电势为24 V，d点的电势为4 V，如图所示，由此可知c点的电势为（　　)A．4 V　　B．8 V   C．12 V   D．24 V解法一：(公式法)设ab间沿电场方向上的距离为d，则cd间沿电场方向的距离也为d。由E＝得：E＝＝解得：φc＝8 V。解法二：(推论①)连接对角线ac和bd相交于O点，如图所示。由匀强电场的性质可得φO＝＝，解得：φc＝8 V。解法二：(推论②)因为ab＝cd且ab∥cd，所以φb－φa＝φc－φd，解得φc＝8 V。三法比较(1)公式法适用匀强电场中E或U的计算，过程较繁琐。(2)推论①仅适用于匀强电场中两点连线中点的电势的计算。推论②适用于匀强电场中能构成平行四边形的四个点之间电势的计算。题型二：中点电势公式的运用（多选）例2．如图，同一平面内的a、b、c、d四点处于匀强电场中，电场方向与此平面平行，M为a、c连线的中点，N为b、d连线的中点。一电荷量为q（q＞0）的粒子从a点移动到b点，其电势能减小W1；若该粒子从c点移动到d点，其电势能减小W2．下列说法正确的是（　　）
A．此匀强电场的场强方向一定与a、b两点连线平行 B．若该粒子从M点移动到N点，则电场力做功一定为 C．a、b两点间的电势差Uab一定为 D．若W1＝W2，则a、M两点之间的电势差一定等于b、N两点之间的电势差题型三：等分线段找等势点法（多选）例3．（2022•简阳市 校级开学）一匀强电场的方向平行于xOy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10V、17V、26V。下列说法正确的是（　　）A．电场强度的大小为1.75V/cm B．电场强度的大小为1.25V/cm C．电场强度的方向与y轴负方向成53° D．电场强度的方向与x轴负方向成53° 题型四：E＝在非匀强电场中的妙用（多选）例4．（2020•城中区校级模拟）如图所示，实线为电场线，且AB＝BC，电场中的A、B、C三点的场强分别为EA、EB、EC，电势分别为φA、φB、φC，AB、BC间的电势差分别为UAB、UBC．下列关系中正确的有（　　）
A．EA＞EB＞EC B．φA＞φB＞φC C．UAB＞UBC D．UAB＝UBC三.举一反三，巩固练习如图所示，立方体ABCDEFGH的四个顶点A、C、F、H处各固定着一个电荷量均为Q的正点电荷，则B、D两点（　　）A．电势相同、电场强度大小相等 B．电势相同、电场强度大小不相等 C．电势不相同、电场强度大小相等 D．电势不相同、电场强度大小不相等如图，一条电场线上有a、b、c三点，b为ac的中点，a、c两点的电势分别为4V和﹣8V。则（　　）A．a点的场强可能大于c点的场强 B．b点的电势可能为6V C．a点的场强一定等于c点的场强 D．b点的电势一定为﹣2V沿电场线所在直线建立如图所示Ox轴，x轴上各点电势φ随x的变化规律如图所示，坐标点O、x1、x2和x3分别与x轴上O、A、B、C四点相对应，O点电势为零。带电量为﹣e的电子从O点由静止释放，仅受电场力作用，下列说法正确的是（　　）A．在0～x3区间内，电场方向始终指向x轴正方向 B．电子到达B点时动能为 C．电子从A运动到C，加速度先增大后减小 
D．若在B点给电子一个沿x轴方向的初速度，电子一定会在AC间做往复运动在水平面上固定了三个点电荷，分别放在等腰梯形的三个顶点上，AB＝AD＝DCBC＝L，电量关系及电性如图所示，静电力常数为k。E点的场强大小为（　　）A．0 B． C． D．如图，在匀强电场中，有边长为2cm的正六边形ABCDEF，其六个顶点均位于同一个圆上，正六边形所在平面与匀强电场的电场线平行，O点为该正六边形的中心，B、D、F三点电势分别为2V、6V、4V，下列说法不正确的是（　　）A．A点电势为2V B．UAF等于UCD C．匀强电场的电场强度大小为 D．将电子由A点移到C点，电场力做功为﹣2eV空间中两个电量均为+Q的点电荷，对称的放置在O点两侧，以O为几何中心，有一正方形ABCD，四条边的中点分别为E、F、M、N，下列说法正确的是（　　）A．φA＞φB B．φD＞φB C．UAO＝UOC D．UAE＝UCF
如图所示，棱长为30cm的正面四体ABCD处在平行于BCD平面的匀强电场中，A点固定一电荷量为4.0×10﹣9C的点电荷，将另一电荷量为﹣2.0×10﹣9C的点电荷从D点移动到B点，静电力做功﹣1.2×10﹣7J，再把这个电荷从B点移动到C点，静电力做功2.4×10﹣7J。已知静电力常量k＝9.0×109N•m2/C2，下列说法正确的是（　　）A．匀强电场的方向由B点指向C点 B．匀强电场的场强大小为300V/m C．B点场强方向与棱AB间的夹角为30° D．B点场强大小为400V/m电场中的a、b、c三点在同一直线上，如图所示，其中c为ab的中点，已知a、b两点的电势分别为φa和φb，且φa＜φb＜0，则下列叙述正确的是（　　）A．该电场a、b、c三点电势关系一定有φa+φb＝2φc B．负电荷从b点运动到a点，电势能一定会增加 C．负电荷只受电场力作用从a点运动到c点，动能一定增加 D．负电荷从b点运动到c点，电场力一定做正功如图甲，在某电场中的O点先后无初速度释放两个正点电荷Ⅰ和Ⅱ，电荷仅在电场力的作用下沿直线向A运动，两电荷的动能E1随位移x变化的关系如图乙。若Ⅰ的电荷量为q，则可知（　　）A．电荷Ⅱ的电荷量为 B．电荷Ⅰ受到的电场力大小为FⅡ 
C．此电场一定为匀强电场且场强大小E D．选O点为电势零点，A点的电势为φA如图所示，匀强电场平面内有一个直角三角形MNP，其中∠M＝90°，∠N＝30°，MP＝3m。若在M点处沿该平面向不同方向射出动能为8eV的电子，有两电子分别经过P、N两点时的动能分别为6eV和14eV。不考虑电子间的相互作用，则下列关于该匀强电场场强E的大小及P、N点电势高低的比较正确的是（　　）A．E（V/m）；ϕp＜ϕN B．E（V/m）；ϕp＞ϕN C．E（V/m）；ϕp＜ϕN D．E（V/m）；ϕp＞ϕN如图所示为某电场中x轴上电势φ随x变化的图像，静电场方向平行于x轴。一质量为m、带电荷量为+q的粒子仅在电场力作用下沿x轴正向运动，则下列说法正确的是（　　）A．在本来x1～x4之间，电场方向先沿x轴负方向，后沿x轴正方向 B．若粒子在x1处由静止释放，则粒子在x2处和x4处不受电场力作用 C．若粒子在x1处由静止释放，则粒子运动到x3处时的动能为qφ0 D．若粒子在x1处由静止释放，则粒子运动到x3处时的速度最大