适用于新教材2024版高考物理一轮总复习第8章静电场第2讲电场能的性质课件

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一、电势能1.电势能(1)静电力做功的特点:静电力做功与电荷经过的　路径　无关,只与电荷的初、末位置有关。 (2)电势能: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类比重力做功静电力做的功等于电势能的　减少量　,即WAB=EpA-EpB=-ΔEp。 
易错辨析·判一判(1)电荷从电场中的A点运动到B点,路径不同,静电力做功的大小就可能不同。(　×　)(2)电荷从电场中的某点出发,运动一段时间后,又回到了该点,则静电力做功为零。(　√　)
二、电势　等势面1.电势(1)定义:试探电荷在电场中某点具有的　电势能　与它的电荷量的比值。
(3)矢标性:电势是　标量　,有正、负之分,其正(负)表示该点电势比零电势　高(低)。 (4)相对性:电势具有相对性,同一点的电势因选取　零电势点　的不同而不同。 
2.等势面(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。沿着电场线的方向,电势降低最快④等差等势面越密的地方电场强度　越大　,反之　越小　。易错辨析·判一判(3)电场中电场强度为零的地方电势一定为零。(　×　)(4)沿电场线方向电势逐渐降低。(　√　)(5)电场中电势降低的方向,就是电场强度的方向。(　×　) 
三、电势差1.定义:电荷在电场中由一点A移到另一点B时,　静电力做功　与移动电荷的电荷量的比值。 
四、匀强电场中电势差与电场强度的关系1.电势差与电场强度的关系:匀强电场中两点间的电势差等于电场强度与这两点沿　电场线　方向的距离的乘积。即U=Ed,也可以写作E= 。 2.公式U=Ed的适用范围:匀强电场。
易错辨析·判一判(6)A、B两点间的电势差等于将正电荷从A点移到B点时静电力所做的功。(　×　)(7)A、B两点的电势差是恒定的,所以UAB=UBA。(　×　)(8)等差等势线越密的地方,电场线越密,电场强度越大。(　√　)
教材情境·想一想阅读人教版必修第三册P34“思考与讨论”,请你类比电势的定义方法,在重力场中建立“重力势”φG的概念,并简要说明电势和“重力势”的共同特点。答案 见解析
2.电势能大小的判断
3.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。
对点演练1.(2023江苏常州模拟)四个点电荷位于正方形四个角上,电荷量及其附近的电场线分布如图所示。ab、cd分别是正方形两组对边的中垂线,O为中垂线的交点,P、Q为ab上的两点且关于O点对称,M点为cd上一点,OP>OM, N点为Q左下方的点。则(　　)A.P点的电场强度比N点的大B.P点的电势比N点的低C.OP两点间的电势差小于OM两点间的电势差D.一带正电的试探电荷在M点的电势能比在N点大答案 D
解析 由电场的对称性,P点的电场强度大小与Q点相等,由电场线的疏密程度可知,Q点的电场强度小于N点的电场强度,所以P点的电场强度小于N点,故A错误;根据电场叠加原理,由图像可知ab上各点的电势都相等,N点比ab上各点的电势低,则N点的电势比P点的低,故B错误;OP间电势差等于零,OM间电势差等于零,则OP两点间的电势差等于OM间的电势差,故C错误;M、Q两点电势相等,而Q点的电势高于N点的电势,则M点的电势高于N点的电势,正电荷在电势高处电势能大,所以带正电的试探电荷在M点的电势能比在N点大,故D正确。
2.(多选)(2022广东广州月考)如图所示,两个固定的等量异种电荷相距为4L,其连线中点为O,以O为圆心、L为半径的圆与两点电荷间的连线及连线的中垂线分别交于a、b和c、d,则(　　)A.a、b两点的电场强度相同B.c、d两点的电场强度相同C.将一带正电的试探电荷从a点沿直线移到b点,其电势能先减小后增大D.将一带正电的试探电荷从c点沿直线移到d点,其电势能先增大后减小答案 AB
解析 两个等量异种电荷的电场线分布图如图所示,对比题图可知,a、b两点的电场强度相同,c、d两点的电场强度相同,故A、B正确;将一带正电的试探电荷从a点沿直线移到b点,其电势能一直减小,故C错误;将一带正电的试探电荷从c点沿直线移到d点,其电势能不变,故D错误。
2.三点妙用(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,即电场强度越大,等差等势面越密。(2)定性判断非匀强电场电势差的大小关系。如判断距离相等的两点间的电势差,电场强度E越大,电势差U越大;E越小,U越小。(3)利用φ-x图像的斜率判断沿x轴方向电场强度Ex随位置的变化规律。在φ-x图像中斜率k= =Ex,斜率的大小表示电场强度的大小,正负表示电场强度的方向。
3.巧用“等分法”解答匀强电场性质的解题思路
典例1.(2022云南昆明模拟)如图所示,在匀强电场中有一直角三角形ABC, ∠C=90°,∠A=30°,AC边长1 m,电场强度的方向与三角形ABC在同一平面内。一电子从A点移到B点克服静电力做功为10 eV,从A点移到C点克服静电力做功为5 eV。则(　　)A.B、C两点间的电势差UBC为-10 VB.电场强度的方向由A点指向B点C.电场强度的大小为10 V/mD.一电子从B点移到C点,电势能增加5 eV答案 C
对点演练3.(2023河南安阳模拟)如图所示,a、b、c、d为一矩形的四个顶点,一匀强电场的电场强度方向与该矩形平行。已知a、b、c三点的电势分别为0.1 V、0.4 V、0.7 V。ab的长为6 cm,bc的长为8 cm。下列说法正确的是(　　)A.该匀强电场的电场强度大小为6.25 V/mB.把一电荷量为0.1 C的正点电荷从d点移动到矩形中心处的过程中,静电力做的功为0.03 JC.矩形abcd上电势最高的点的电势为1 VD.矩形abcd上电势最低的点的电势为0.2 V答案 A
1.带电粒子在电场中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。
2.带电粒子运动轨迹的分析(1)判断速度方向:带电粒子运动轨迹上某点的切线方向为粒子在该点处的速度方向。(2)判断静电力(或电场强度)的方向:仅受静电力作用时,带电粒子所受静电力方向指向轨迹的凹侧,再根据粒子的正、负判断电场强度的方向。(3)判断静电力做功的正、负及电势能的增减:若静电力与速度方向成锐角,则静电力做正功,电势能减少;若静电力与速度方向成钝角,则静电力做负功,电势能增加。
典例2.一种电子透镜的电场分布如图所示,虚线为等差等势面,一电子在其中运动的轨迹如图中实线所示,a、b是轨迹上的两点,则(　　)A.a点的电场强度大于b点的电场强度B.b点电场强度的方向水平向右C.a点的电势高于b点的电势D.电子在a点的电势能大于在b点的电势能思维点拨 根据等势线的疏密判断电场强度的大小,根据带电粒子轨迹的弯曲方向和曲线运动的条件确定静电力的方向,然后运用物体做功及功能关系进行相关的判断。答案 C
解析 a点等差等势面比b点稀疏,则a点的电场强度小于b点的电场强度,故A错误;由于电场线垂直于等势面,则b点电场强度垂直等势面沿水平方向,又因为电子轨迹为曲线,所受静电力指向轨迹凹侧,即水平向右,电子带负电,则b点电场强度的方向水平向左,故B错误;顺着电场线方向,电势逐渐降低,电场线由高等势面指向低等势面,电场线方向向左,则a点电势高于b点的电势,故C正确;因为φa>φb,电子在电势低的地方电势能大,在电势高的地方电势能小,则电子在a点的电势能小于在b点的电势能,故D错误。
对点演练5.(多选)(2023广西柳州模拟)等间距虚线a、b、c、d表示匀强电场中的四个等势面。两带电粒子M、N沿着a、d等势面射入电场,运动轨迹分别如图中MPN和NQM所示。已知M带正电,不计粒子重力,则(　　)A.N带负电B.等势面a的电势低于等势面b的电势C.运动过程中,带电粒子M的电势能逐渐减小D.运动过程中,带电粒子N的动能逐渐减小答案 AC