（新课标）2020高考物理一轮复习 7.2 电场能的性质课件 新人教版

7．2电场能的性质知识清单考点整合集中记忆一、电势和等势面电势：电荷在电场中该点具有的电势能与它的电量的比值．定义式：φ＝Epq，单位：伏．相对性：电势与零电势点的选取有关．正负：电势是标量，正负号表示大小．等势面的特点：(1)在等势面上移动电荷时电场力不做功．(2)等势面跟电场线处处垂直．(3)沿电场线的方向电势降低最快．(4)等差等势面的疏密表示电场的强弱．(5)任意两个等势面都不会相交．二、电势差定义：电场中两点间电势的差值UAB＝φA—φB定义式：UAB＝WABq正负：电势差是标量，正负表示两点电势的相对高低．决定因素：电势差由电场本身的性质决定，与移动电荷和零电势点的选取都无关．电势差与电场强度关系：匀强电场中UAB＝Ed(d是沿电场方向的距离)三、电势能与电场力做功电势能(1)定义：在数值上等于把电荷从该点移动到零势能位置电场力做的功．(2)公式：Ep＝φq(3)相对性：电势能与零电势能点的选取有关．(4)正负：电势能是标量，正负表示大小．电场力做功(1)特点：静电力做功与路径无关，只与初末位置有关．(2)公式：WAB＝UABq(3)电场力做功与电势能的关系：WAB＝EpA－EpB电场力做正功，电势能减少，电场力做负功，电势能增加．考点讲练考点突破针对训练考点一电场力做功、电势和电势能的关系1．电场力做功、电势和电势能的关系关系式WAB＝UABq＝(φA－φB)q＝EpA－EpB(1)注意角标顺序：WAB表示电荷从A移到B电场力做的功；UAB表示φA－φB.(2)注意正负含义：电势、电势能的正负均表示大小，电势差的正负表示两点电势的相对高低．(3)注意相对性：电势、电势能都与参考点有关，而电势差与参考点无关．2．判断电场力做功正负、电势高低、电势能变化判断依据判断方法W＝Flcosαα是锐角做正功，钝角做负功电场力做功正负WAB＝UABq由UAB和q的正负，判断WAB的正负电场线方向沿电场线的方向电势降低电势高低WAB＝UABq由WAB和q的正负，判断UAB正负电场力做功电场力做正功电势能减少，电场力做负功电势能增加电势能变化Ep＝φq正电荷的电势越高电势能越高，负电荷的电势越高电势能越低.(改编)如图，直线a、b和c、d是处于匀强电场中的两组平行线，M、N、P、Q是它们的交点，四点处的电势分别为φM、φN、φP、φQ.一电子由M点分别运动到N点和P点的过程中，电场力所做的负功相等．则()A．φNφPB．φMφNC．若电子由Q点运动到M点，电场力做正功D．若电子由N点运动到Q点，电势能增加【答案】B【解析】电子带负电荷，从M到N和P做功相等，说明电势差相等，即N和P的电势相等，匀强电场中等势线为平行的直线，所以c、d是两条等势线，从M到N，电场力对负电荷做负功，由WMN＝UMNq说明φMφN，A项错，B项对．若电子从Q点运动到M点，初末位置电势相等，电场力不做功，C项错．电子作为负电荷从N到Q即从低电势到高电势，电场力做正功，电势能减少，D项错．(2018·陕西模拟)(多选)如图是等量异种点电荷的电场线和等势面，A、B、C、D四点是不同等势面上的点，另一个点O在两电荷连线的中点，设无限远处的电势为零，两电荷连线的中垂线为等势面，A、B两点的电势分别为100V、－50V．一个带电粒子的质量为m，带电量为q＝＋0.2C，在O点具有的动能为50J．粒子只受静电力作用．关于A、B、C、D四点，下列各空所填A、B、C、D四组数据正确的是()ABCD四点电势100V－50V00q在四点的电势能20J－10J00O点与四点的电势差－100V50V00q从O点到四点电场力做的功－20J10J00q从O点到四点电势能改变量20J－10J00q在四点的动能30J60J50J－50J【答案】ABC【解析】A项，A点电势能：EpA＝φAq＝100×0.2J＝20JO点与A点电势差：UOA＝φO－φA＝－100Vq从O点到A点电场力做的功：WOA＝qUOA＝－100×0.2J＝－20Jq从O点移到A点电势能增加20J.由能量守恒可知，q由O点移到A点动能应减少20J，因此EkA＝30J.故A项正确．B项，B点电势能：EpB＝φBq＝－50×0.2J＝－10JO点与B点电势差：UOB＝φO－φB＝0J－(－50)J＝50Vq从O点到B电场力做的功：WOB＝qUOB＝50×0.2J＝10Jq从O点移到B点电势能减少10J.由能量守恒可知，q由O点移到B点动能应增加10J，因此EkB＝60J故B项正确．C项，C点电势能：EpC＝0O点与C点电势差：UOC＝0q从O点到C点电场力做的功：WOC＝0q从O点移到C点电势能没有变化，变化量为0.由能量守恒可知，q由O点移到C点动能也不变化，因此EkC＝50J故C项正确．D项，D点与C点是等电势点，故各量均与C点相同，因此q在D点的动能应为＋50J．故D项错误．考点二电场线、等势面与粒子运动轨迹问题1．常见电场线与等势面电场等势面(实线)图样重要特点匀强电场垂直于电场线的一簇平面点电荷的电场以点电荷为球心的一簇球面等量异种点电荷的电场两电荷连线的中垂面为等势面等量同种正点电荷的电场在电荷连线上，中点电势最低；在中垂线上，中点电势最高.2.电场线、等势面与轨迹问题的分析方法(1)根据等势面与电场线垂直，确定电场线方向．(2)根据合力指向轨迹弯曲的凹侧，判断电场力的方向，进而确定电场方向、电势高低、电荷的正负．(3)根据力与轨迹切线(速度)的夹角，判断合力做功的正负，进而确定动能变化、电势能变化．(4)当电荷的正负、场强的方向或运动方向未知时，用“假设法”分别讨论各种情况．(2018·天津)如图所示，实线表示某电场的电场线(方向未标出)，虚线是一带负电的粒子只在电场力作用下的运动轨迹，设M点和N点的电势分别为φM、φN，粒子在M和N时加速度大小分别为aM、aN，速度大小分别为vM、vN，电势能分别为EpM、EpN.下列判断正确的是()A．vM＜vN，aM＜aNB．vM＜vN，φM＜φNC．φM＜φN，EPM＜EPND．aM＜aN，EpM＜EpN【答案】D【解析】带电粒子所受电场力指向轨迹弯曲的内侧，根据带负电粒子受力情况可知，电场线方向斜向左上方，又沿着电场线方向，电势逐渐降低，故φM＞φN①若粒子从M到N过程，电场力做负功，动能减小，电势能增加，故带电粒子通过M点时的速度比通过N点时的速度大，即vM＞vN②在M点具有的电势能比在N点具有的电势能小，即EpM＜EpN③根据电场线疏密可知，EM＜EN，根据F＝Eq和牛顿第二定律可知，aM＜aN④只有D项正确．(2018·株洲一模)如图所示，实线表示某电场中的四个等势面，它们的电势分别为φ1、φ2、φ3和φ4，相邻等势面间的电势差相等，一带负电的粒子(重力不计)在该电场中运动的轨迹如虚线所示，a、b、c、d是其运动轨迹与等势面的四个交点，则可以判断()A．φ4等势面上各点场强处处相同B．四个等势面的电势关系是φ1＜φ2＜φ3＜φ4C．粒子从a运动到d的过程中静电力一直做负功D．粒子在a、b、c、d四点的速度大小关系是va＜vb＜vc＝vd【答案】B【解析】A项，电场线的疏密表示电场的强弱，由图可知φ4等势面上各点场强不是处处相等，故A项错误；B项，电荷所受电场力指向轨迹内侧，由于电荷带负电，因此电场线指向左上方，沿电场线电势降低，由图可知，因此φ1＜φ2＜φ3＜φ4，故B项正确；C项，粒子从a运动到d的过程中静电力与速度的夹角先大于90°，后等于90°，最后小于90°，因此先做负功，后不做功，最后做正功，故C项错误；D项，由C项分析，电场力先做负功，再做正功，则有速度先减小后增大，由于c、d在同一等势线上，因此有va＞vb＞vc＝vd，故D项错误．(2016·课标全国Ⅰ)(多选)如图所示，一带负电荷的油滴在匀强电场中运动，其轨迹在竖直面(纸面)内，且相对于过轨迹最低点P的竖直线对称．忽略空气阻力．由此可知()A．Q点的电势比P点高B．油滴在Q点的动能比它在P点的大C．油滴在Q点的电势能比它在P点的大D．油滴在Q点的加速度大小比它在P点的小【答案】AB【解析】油滴做类斜抛运动，加速度恒定，D项错误；合力竖直向上，且电场力Eq竖直向上，Eqmg，电场方向竖直向下，P点电势最低，负电荷在P点电势能最大，A项正确，C项错误；若粒子从Q点运动到P点，则合力做负功，动能减小，P点的动能最小，B项正确．考点三公式U＝Ed的拓展应用1．匀强电场中公式U＝Ed的两个推论在匀强电场中，沿任意一个方向，两点间电势差与两点距离成正比，由此得出两个常用结论：(1)如图甲：ACCB＝φA－φCφC－φB若C为AB的中点，则有φC＝φA＋φB2.(2)如图乙：AB∥CD，且AB＝CD，则UAB＝UCD.2．非匀强电场中公式U＝Ed的定性应用(1)判断电场强度大小：根据E＝Ud，等差等势面越密，电场强度越大．(2)判断电势差的大小：根据U＝Ed，距离相等的两点间，E越大，U越大．(2018·课标全国Ⅱ)(多选)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W1＋W22C．若c、d之间的距离为L，则该电场的场强大小一定为W2qLD．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【答案】BD【解析】A项，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，但ab连线不一定沿着电场线，故A项错误；B项，粒子从a点移动到b点，其电势能减小W1，故：qφa－qφb＝W1，粒子从c点移动到d点，其电势能减小W2，故：qφc－qφd＝W2，匀强电场中，φa－φM＝φM－φc，即φM＝12(φa＋φc)，同理φN＝12(φb＋φd)，故qφM－qφN＝W1＋W22，故B项正确；C项，若c、d之间的距离为L，但cd不一定平行电场线，故W2＝qELcosθ，其中θ为cd与电场线的夹角，不一定为零，故该电场的场强大小不一定为W2qL，故C项错误；D项，若W1＝W2，Uab＝Ucd，故φa－φb＝φc－φd，则φa－φc＝φb－φd，故Uac＝Ubd；而Uac＝2UaM，Ubd＝2UbN，故UaM＝UbN，故D项正确．(2017·课标全国Ⅲ)(多选)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()A．电场强度的大小为2.5V/cmB．坐标原点处的电势为1VC．电子在a点的电势能比在b点的低7eVD．电子从b点运动到c点，电场力做功为9eV【答案】ABD【解析】如图所示，设ac之间的d点电势与b点相同，则addc＝10－1717－26＝79，所以d点的坐标为(3.5cm，6cm)，过c点作等势线bd的垂线，由几何关系可得cf的长度为3.6cm.电场强度的大小E＝Ud＝（26－17）V3.6cm＝2.5V/cm，故A项正确；因为Oacb是矩形，所以有Uac＝UOb，解得坐标原点O处的电势为1V，故B项正确；a点电势比b点电势低7V，电子带负电，所以电子在a点的电势能比在b点的高7eV.故C项错误；b点电势比c点电势低9V，电子从b点运动到c点，电场力做功为9eV，故D项正确．考点四电场中的三类图像图像描述规律物理意义φ­x图像电势随位移变化由电势φ的高低判断场强的方向，图线的斜率表示电场强度Ep­x图像电势能随位移变化由电势能的变化判断电场力做功的正负，图像的斜率表示电场力E­x图像电场强度随位移变化场强E的正负表示场强的方向，图线与x轴围成的“面积”表示电势差(2018·蚌埠一模)(多选)在光滑绝缘水平面存在着一个静电场，其中一条电场线沿x轴方向且各点电势φ随x坐标变化规律如图所示．一质量为m、