2019-2020学年高考物理 主题1 静电场 微型专题3 电场能的性质课件（必修3）

主题1静电场微型专题3电场能的性质学科素养与目标要求物理观念：1.进一步理解电势、电势差的概念、公式，知道电场力做功与电势能变化的关系是一种普遍的功能关系.2.理解E－x、φ－x图象的意义，并会分析有关问题.科学思维：1.通过分析电势、电势能及电场力做功的综合问题，提高逻辑思维和科学思维能力.2.通过方法的迁移，找到解决E－x、φ－x图象与其他图象问题共性的东西.NEIRONGSUOYIN内容索引达标检测检测评价达标过关微型专题练克难解疑精准高效重点探究启迪思维探究重点重点探究一、电场综合问题分析例1(多选)在光滑的绝缘水平面上，有一个正方形abcd，顶点a、c分别固定一个正点电荷，电荷量相等，如图1所示.若将一个带负电的粒子置于b点由静止自由释放，粒子将沿着对角线bd往复运动.粒子从b点运动到d点的过程中A.先做匀加速运动，后做匀减速运动B.先从高电势到低电势，后从低电势到高电势C.电势能与机械能之和保持不变D.电势能先减小，后增大图1√√例2(多选)(2018·郑州一中高二期中)如图2所示，在一个匀强电场(图中未画出)中有一个四边形ABCD，其中，M为AD的中点，N为BC的中点.一个带正电的粒子从A点移动到B点，电场力做功为WAB＝2.0×10－9J；将该粒子从D点移动到C点，电场力做功为WDC＝4.0×10－9J.则以下分析正确的是A.若将该粒子从M点移动到N点，电场力做功为WMN＝3.0×10－9JB.若将该粒子从M点移动到N点，电场力做功WMN有可能大于4.0×10－9JC.若A、B之间的距离为1cm，该粒子的电荷量为2×10－7C，则该电场的场强一定是E＝1V/mD.若该粒子的电荷量为2×10－9C，则A、B之间的电势差为1V图2√√例3如图3所示，在竖直平面内，光滑绝缘直杆AC与半径为R的圆周交于B、C两点，在圆心处有一固定的正点电荷，B点为AC的中点，C点位于圆周的最低点.现有一质量为m、电荷量为－q、套在杆上的带负电小球(可视为质点)从A点由静止开始沿杆下滑.已知重力加速度为g，A点距过C点的水平面的竖直高度为3R，小球滑到B点时的速度大小为2.求：(1)小球滑到C点时的速度大小；图3gR答案7gR(2)若以C点为零电势点，试确定A点的电势.答案－mgR2q解析小球从A到C，重力和电场力均做正功，所以由动能定理有mg·3R＋W电＝mvC22，又根据电场力做功与电势能的关系：W电＝EpA－EpC＝－qφA－(－qφC).又因为φC＝0，可得φA＝－mgR2q.电场中的功能关系1.合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.2.电场力做功决定带电体电势能的变化量，即WAB＝EpA－EpB＝－ΔEp.这与重力做功和重力势能变化之间的关系类似.3.只有电场力做功时，带电体电势能与机械能的总量不变，即Ep1＋E机1＝Ep2＋E机2.这与只有重力做功时，物体的机械能守恒类似.总结提升二、φ－x和E－x图象分析例4(多选)空间某一静电场的电势φ在x轴上的分布如图4所示，x轴上两点B、C的电场强度在x轴方向上的分量分别是EBx、ECx，下列说法中正确的有A.EBx的大小大于ECx的大小B.EBx的方向沿x轴正方向C.电荷在O点受到的电场力在x轴方向上的分量最大D.负电荷沿x轴从B移到C的过程中，电场力先做正功后做负功√图4√[学科素养]从φ－x图象上可直接看出电势随位置的变化，可间接求出场强E随x的变化情况：φ－x图象切线斜率的绝对值k＝为E的大小，场强E的方向为电势降低的方向.从形象思维到抽象思维到建立模型，体现了物理“科学思维”的学科素养.|ΔφΔx|＝|Ud|，例5(多选)(2018·启东中学高二质检)如图5甲所示，真空中有一半径为R、电荷量为＋Q的均匀带电球体，以球心为坐标原点，沿半径方向建立x轴.理论分析表明，x轴上各点的场强随x变化的关系如图乙所示，则A.c点处的场强和a点处的场强大小相等、方向相同B.球内部的电场为匀强电场C.a、c两点处的电势相等D.假设将一个带正电的试探电荷沿x轴移动，则从a点处移动到c点处的过程中，电场力一直做正功√图5√E是矢量，E－x图象中E的正负反映E的方向，E的数值反映电场强度E的大小，E－x图象与x轴所围面积表示电势差大小.总结提升图6针对训练(2018·衡水市测试)静电场方向平行于x轴，其电势随x的分布可简化为如图6所示的折线，图中φ0和d为已知量.一个带负电的粒子在电场中以x＝0为中心、沿x轴方向做周期性运动.已知该粒子质量为m、电荷量为－q，忽略重力.规定x轴正方向为电场强度E、加速度a、速度v的正方向，如图分别表示x轴上各点的电场强度E、粒子的加速度a、速度v和动能Ek随x的变化图象，其中正确的是√达标检测1.(电场综合问题)(多选)(2017·全国卷Ⅰ)在一静止点电荷的电场中，任一点的电势φ与该点到点电荷的距离r的关系如图7所示.电场中四个点a、b、c和d的电场强度大小分别为Ea、Eb、Ec和Ed.点a到点电荷的距离ra与点a的电势φa已在图中用坐标(ra，φa)标出，其余类推.现将一带正电的试探电荷由a点依次经b、c点移动到d点，在相邻两点间移动的过程中，电场力所做的功分别为Wab、Wbc和Wcd.下列选项正确的是A.Ea∶Eb＝4∶1B.Ec∶Ed＝2∶1C.Wab∶Wbc＝3∶1D.Wbc∶Wcd＝1∶3√1234图7√2.(φ－x图象)(多选)(2017·扬州市期末)两个点电荷Q1和Q2固定在x轴上O、D两点，两者之间连线上各点电势高低如图8中曲线所示(OBBD)，取无穷远处电势为零，由图可知A.B点电场强度为零B.Q1为负电荷，Q2为正电荷C.Q1电荷量一定大于Q2电荷量D.将电子沿x轴从A点移到C点，电场力一直做正功√1234√图8√3.(电场综合问题)(多选)(2018·全国卷Ⅰ)图9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2V.一电子经过a时的动能为10eV，从a到d的过程中克服电场力所做的功为6eV.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4eVD.该电子经过平面b时的速率是经过d时的2倍√1234图9√答案mg＋33kQq8h24.(电场综合问题)(2018·东北师大附中高二月考)如图10所示，在足够长的光滑绝缘水平直线轨道上方h高度的P点固定一个电荷量为＋Q的点电荷.一质量为m、带电荷量为＋q的物块(可视为质点)从轨道上的A点以初速度v0沿轨道向右运动，当运动到P点正下方B点时速度为v.已知点电荷产生的电场在A点的电势为φ(取无穷远处电势为零)，PA连线与水平轨道的夹角为60°，重力加速度为g，静电力常量为k.试求：(1)物块在A点时受到轨道的支持力大小；1234图10解得：φB＝φ＋mv02－v22q由动能定理有：q(φ－φB)＝12mv2－12mv02(2)点电荷产生的电场在B点的电势.解析设点电荷产生的电场在B点的电势为φB答案φ＋mv02－v22q1234微型专题练一、选择题考点一电场综合问题分析1.质量为m的带电小球射入匀强电场后，以方向竖直向上、大小为2g的加速度向下运动，在小球下落h的过程中A.小球的重力势能减少了2mghB.小球的动能增加了2mghC.电场力做负功2mghD.小球的电势能增加了3mgh√123456789101112132.(多选)如图1所示，一带正电的点电荷固定于O点，两虚线圆均以O为圆心，两实线分别为带电粒子M和N仅在电场力作用下先后在电场中运动的轨迹，a、b、c、d、e为轨迹和虚线圆的交点.下列说法正确的是A.M带负电荷，N带正电荷B.M在b点的动能小于它在a点的动能C.N在d点的电势能等于它在e点的电势能D.N在从c点运动到d点的过程中克服电场力做功12345678910111213√√图1√3.(2018·山东省实验中学期末)如图2所示，虚线a、b、c代表电场中的三条电场线，实线为一带负电的粒子仅在电场力作用下通过该区域时的运动轨迹，P、R、Q是这条轨迹上的三点，由此可知A.带电粒子在R点时的速度大于在Q点时的速度B.带电粒子在P点时的电势能比在Q点时的电势能大C.带电粒子在R点时的动能与电势能之和比在Q点时的小，比在P点时的大D.带电粒子在R点的加速度小于在Q点的加速度√12345678910111213图24.(2018·厦门高二质量检测)如图3所示，两个相同的绝缘细圆环带有等量正电荷，电荷在圆环上的分布是均匀的，两圆环相隔一定距离同轴平行固定放置，B、D分别为两环圆心，C为BD中点.一带负电的粒子从很远处沿轴线向下依次穿过两环，若粒子只受电场力作用，则在粒子运动过程中下列说法正确的是A.粒子经过B点时加速度为零B.粒子经过B点和C点时动能相等C.粒子从A到C的过程中，电势能一直增大D.粒子从B到D的过程中，电场力做的总功为0√12345678910111213图35.(多选)(2018·全国卷Ⅱ)如图4，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(q0)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.若c、d之间的距离为L，则该电场的场强大小一定为D.若W1＝W2，则a、M两点之间的电势差一定等于b、N两点之间的电势差图4√12345678910111213W1＋W22√考点二电场中的图象问题6.如图5甲所示，一条电场线与Ox轴重合，取O点电势为零，Ox方向上各点的电势φ随x变化的情况如图乙所示，若在O点由静止释放一电子，电子仅受电场力的作用，则A.电子沿Ox的负方向运动B.电子的电势能将增大C.电子运动的加速度恒定D.电子运动的加速度先减小后增大图5√123456789101112137.(多选)(2018·哈师大附中期中)电荷量不等的两点电荷固定在x轴上坐标为－3L和3L的两点，其中坐标为3L处电荷带正电，电荷量为Q.两点电荷连线上各点电势φ随x变化的关系如图6所示，其中x＝L处电势最低，x轴上M、N两点的坐标分别为－2L和2L，则下列判断正确的是A.两点电荷一定为异种电荷B.原点O处场强大小为C.负检验电荷在原点O处受到向左的电场力D.负检验电荷由M点运动到N点的过程，电势能先减小后增大√12345678910111213图6kQ3L2√8.(2018·六安一中质检)沿电场中某条直电场线方向建立x轴，该电场线上各点电场强度E随x的变化规律如图7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，相邻两点间距相等.一个带正电的粒子从O点由静止释放，运动到A点的动能为Ek，仅考虑电场力作用，则A.从O点到C点，电势先升高后降低B.粒子先做匀加速运动，后做变加速运动C.粒子在AB段电势能变化量大于BC段电势能变化量D.粒子在AB段电势能变化量小于BC段电势能变化量√图7123456789101112139.(多选)(2018·东北师大附中期中)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变化的关系如图8所示，其中O～x2段是关于直线x＝x1对称的曲线，x2x3段是直线，则下列说法正确的是A.x1处电场强度最小，但不为零B.粒子在O～x3段做变速运动，x2～x3段做匀变速运动C.x2～x3段的电场强度大小方向均不变，为一定值D.在O、x1、x2、x3处电势φ0、φ1、φ2、φ3的关系为φ1φ2＝φ0φ3√图812345678910111213√√mgLsin60°＋qUAB＝0，所以UAB＝－3mgL2q答案－3mgL2q二、非选择题10.一长为L的细线，一端固定于O点，另一端拴一质量为m、带电荷量为q的小球，处于如图9所示的水平向右的匀强电场中.开始时，将线与小球拉成水平