《金太阳考案》一轮复习课件第6单元-电场市公开课获奖课件省名师优质课赛课一等奖课件.ppt

ppt第6单元主编ppt第1单元主编物理13KA物理-XKB-R-QG1/250第1讲电场力性质知识建构模块建构技能建构2/250模块建构知识建构技能建构3/2501.物质电结构.电荷守恒2.静电现象解释3.点电荷4.库仑定律5.静电场6.电场强度.点电荷场强7.电场线8.电势能.电势9.电势差10.匀强电场中电势差与电场强度关系11.带电粒子在匀强电场中运动12.示波管13.惯用电容器14.电容器电压、电荷量和电容关系近三年高考,对电场知识考查是每年高考热点和重点内容之一.从内容上看,主要集中在两个方面:一是相关对电场本身认识,即电场、电场强度、电势、电势差、电势能、电场线、等势面;二是电场知识应用,即带电粒子在匀强电场中运动、电容器等.从题型上看,单独考查电场中一些概念试题多以选择题形式出现,而电场知识与磁场、力学规律综合时多以计算题形式考查,常把电场与牛顿运动定律,动能定理,功效关系,运动学知识,电路知识等巧妙地综合起来,且以压轴题方式出现.1.在复习中应重视对基本概念、定义了解;重视知识实际应用,如带电粒子在电场中加速、偏转以及电容器相关知识在生产、实际生活中应用.2.复习过程中应加强对本部分知识与其它物理知识综合应用练习,如带电粒子在复合场中运动;掌握处理较为复杂物理问题方法,如类比、等效、建立模型等思维方法.【考纲要求】【考情总结】【备考提议】模块建构知识建构技能建构4/250一、电荷、电荷守恒定律1.电荷:自然界中存在着两种电荷,用丝绸摩擦过玻璃棒带正电荷,用毛皮摩擦过橡胶棒带负电荷.模块建构知识建构技能建构5/2503.几个关于电荷概念2.电荷量:物体所带电荷多少,单位是库仑.(1)元电荷:电荷量为e=1.610-19C电荷叫做元电荷.质子和电子均带元电荷电荷量.模块建构知识建构技能建构6/250(3)场源电荷:电场是由电荷产生,我们把产生电场电荷叫做场源电荷.(2)点电荷:形状和大小对研究问题影响可忽略不计带电体称为点电荷.(4)试探电荷(检验电荷):研究电场基本方法之一是放入一带电荷量很小点电荷,考查其受力情况及能量情况,这么电荷称为试探电荷或检验电荷.模块建构知识建构技能建构7/2505.电荷守恒定律4.物体起电有三种方式,即:a.摩擦起电;b.接触起电;c.感应起电.(1)内容:电荷既不能创造,也不能毁灭,它们只能从一个物体转移到另一个物体,或从物体一部分转移到另一部分,在转移过程中,系统电荷代数和不变.模块建构知识建构技能建构8/250(2)意义:电荷守恒定律是自然界普遍规律,既适合用于宏观系统,也适合用于微观系统.注意:a.任何带电体电荷量皆为元电荷电荷量整数倍.b.不论是哪种起电方式,它们实质都是电子转移.二、库仑定律1.内容:真空中两个点电荷间相互作用力,跟它们电荷量乘积成正比,跟它们距离平方成反比,作用力方向在它们连线上.2.数学表示式为:F=k,式中k=9109Nm2/C2,称为静电力常量.模块建构知识建构技能建构9/2503.库仑定律成立条件是:真空中点电荷.三、电场、电场强度、电场线1.电场:电荷周围存在一个特殊物质,是电荷间发生相互作用媒介物质.其基本性质是对放入其中电荷有力作用.模块建构知识建构技能建构10/250(1)物理意义:电场强度是描述电场力性质物理量,其大小与放入试探电荷无关,它表示单位电荷在该点受到电场力.2.电场强度模块建构知识建构技能建构11/250(3)公式:E=,单位:V/m或N/C.(2)定义:放入某点电荷所受电场力F跟它电荷量q比值,叫做该点电场强度,简称场强.(4)方向:与正电荷在该点受力方向一致,与负电荷在该点受力方向相反,是矢量.模块建构知识建构技能建构12/250(5)决定原因:电场强度决定于电场本身,与q无关.注意:a.电场中某点电场强度大小与形成电场电荷电荷量相关,而与场源电荷电性无关,而电场中各点场强方向由场源电荷电性决定.b.由定义式可知:电场力F=qE,即电荷在电场中所受电场力大小由电场和电荷共同决定;电场力方向由场强方向和电荷电性决定.c.假如空间几个电场叠加,则空间某点电场强度为各电场在该点电场强度矢量和,应依据矢量合成法则平行四边形定则合成;当各场强方向在同一直线上时,选定正方向后作代数运算合成.模块建构知识建构技能建构13/250(1)概念:为了形象地描述电场中各点场强强弱和方向,在电场中画出一系列曲线,曲线上各点切线方向表示该点电场强度方向.3.电场线模块建构知识建构技能建构14/250(2)电场线特点切线方向表示该点场强方向,也是正电荷受力方向.电场线是起源于正电荷(或无穷远处),终止于负电荷(或无穷远处).疏密表示该处电场强弱,电场线越密,则场强越大.匀强电场电场线是平行且等间距直线.沿着电场线方向,电势越来越低.场强方向是电势降低最快方向.静电场电场线不相交、不中止、不成闭合曲线,但改变电场电场线是闭合.模块建构知识建构技能建构15/250(3)几个经典电场电场线分布电场线与等势面垂直.电场线方向是由电势较高等势面指向电势较低等势面.模块建构知识建构技能建构16/250电场电场线图样简明描述正点电荷距电荷距离相等点电场强度大小相等,方向不相同.负点电荷距电荷距离相等点电场强度大小相等,方向不相同.模块建构知识建构技能建构17/250等量同种电荷两电荷连线之间场强先变小后变大,连线中点处电场强度为零.从两点电荷连线中点O沿中垂面到无限远,场强先变大后变小.连线或中垂线上关于O点对称两点场强等大反向.模块建构知识建构技能建构18/250等量异种电荷两电荷连线之间场强先变小后变大.从两点电荷连线中点O沿中垂面到无限远,场强逐步减弱.连线或其中垂线上关于O点对称两点场强等大同向.匀强电场相互平行、等间距、同向直线.19/250注意:电场线是人为引入,不是客观存在.即使电场线是用来描述电场强弱和方向,但只依据一条电场线无法判断电场强弱和场源情况.沿电场线方向电势即使越来越低,但场强不一定越来越小.电场线不是带电粒子运动轨迹.带电粒子在电场中运动轨迹由带电粒子受到合外力情况和初速度情况来决定.运动轨迹上各点切线方向是粒子速度方向.电场线只能描述电场方向及定性地描述电场强弱,它决定了带电粒子在电场线上各点受电场力方向和加速度方向.显然,它不一定是带电粒子在电场中运动轨迹.只有同时满足以下三个条件,运动轨迹就和电场线重合:a.电场线为直线;b.电荷初速度为零,或不为零但速度方向和电场线平行;c.电荷仅受电场力作用或受其它力,但其它力方向和电场线平行.模块建构知识建构技能建构20/250(4)匀强电场在某个区域内各处场强大小相等,方向相同,该区域电场为匀强电场.匀强电场电场线,是疏密相同平行直线,相互之间距离相等.例如:两块相同、正对放置平行金属板,若板间距离很小,当它们分别带有等量正负电荷时,板间电场(除边缘附近)就是匀强电场.模块建构知识建构技能建构21/2501.电场强度E定义式E=,依据此式,以下说法中正确是()A.该式说明电场中某点场强E与F成正比,与q成反比,拿走q,则E=0B.式中q是放入电场中点电荷电量,F是该点电荷在电场中某点受到电场力,E是该点电场强度C.式中q是产生电场点电荷电量,F是放在电场中点电荷受到电场力,E是电场强度D.在库仑定律表示式F=k中,能够把k看做是点电荷q2产生电场在点电荷q1处场强大小,也能够把k看做是点电荷q1产生电场在点电荷q2处场强大小模块建构知识建构技能建构22/250【解析】E=为电场强度定义式,适合用于各种电场,其中q为检验电荷电量,F为其在电场中所受电场力,电场强度E由电场决定,与检验电荷及其受力无关,故A、C错,B对;由E=和库仑定律F=k知,k为q1在q2处产生电场场强,k为q2在q1处产生电场场强,故D对.【答案】BD模块建构知识建构技能建构23/2502.以下关于带电粒子在电场中运动轨迹与电场线关系说法中正确是()A.带电粒子在电场中运动,如只受电场力作用,其加速度方向一定与电场线方向相同B.带电粒子在电场中运动轨迹一定与电场线重合C.带电粒子只受电场力作用,由静止开始运动,其运动轨迹一定与电场线重合D.带电粒子在电场中运动轨迹可能与电场线重合模块建构知识建构技能建构24/250定加速度方向,正电荷加速度方向与电场线切线方向相同,负电荷则相反,故A错;带电粒子运动轨迹应由粒子在电场中运动初速度和受力情况来决定,而该带电粒子所在运动空间电场电场线可能是直线也可能是曲线,带电粒子在电场力作用下只有满足:(1)电场线是直线;(2)粒子初速度为零或初速度方向与电场线在一条直线上时,其运动轨迹才与电场线重合.故B、C错而D选项正确.【答案】D【解析】电荷运动轨迹和电场线是完全不一样两个概念,在分析相关问题时,既要明确二者本质区分,还要搞清二者重合条件.电场线方向表示场强方向,它决定电荷所受电场力方向,从而决模块建构知识建构技能建构25/2503.如图所表示,在真空中一条竖直向下电场线上有a、b两点.一带电质点在a处由静止释放后沿电场线向上运动,抵达b点时速度恰好为零.则以下说法正确是()A.该带电质点一定带正电荷B.该带电质点一定带负电荷C.a点电场强度大于b点电场强度D.质点在b点所受到协力一定为零模块建构知识建构技能建构26/250电场力减小,可知a处电场强度大于b处电场强度,C项正确,D项错.【答案】BC【解析】带电质点由a点释放后向上运动,可知协力方向向上,而质点所受重力方向竖直向下,故电场力一定竖直向上,与电场线方向相反,可知该质点一定带负电,B项正确,A项错;带电质点到b点时速度又减为零,可知向上运动过程中,协力先向上再向下,即重力不变,模块建构知识建构技能建构27/2504.长为L绝缘细线下系一带正电小球,其带电荷量为Q,悬于O点,如图所表示.当在O点另外固定一个正电荷时,假如球静止在A处,则细线拉力是重力mg两倍.现将球拉至图中B处(=60),放开球让它摆动,问:(1)固定在O处正电荷带电荷量为多少?模块建构知识建构技能建构28/250(2)摆球回到A处时悬线拉力为多少?【解析】(1)球静止在A处受三个力作用:重力mg、静电力F和细线拉力F拉,由受力平衡和库仑定律列式得F拉=F+mg,F=k,F拉=2mg三式联立解得:q=.模块建构知识建构技能建构29/250(2)小球从B到A过程中只有重力做功,所以机械能守恒,有:mgL(1-cos60)=mv2由牛顿第二定律,得F拉-mg-F=m因为静电力F=mg得:F拉=3mg.【答案】(1)(2)3mg模块建构知识建构技能建构30/250一、库仑定律应用模块建构知识建构技能建构31/250例1三个电荷量均为Q(正电)小球A、B、C质量均为m,放在水平光滑绝缘桌面上,分别位于等边三角形三个顶点,其边长为L,如图甲所表示.甲模块建构知识建构技能建构32/250(2)若中心电荷带电荷量在第(1)问基础上加倍,三个带电小球将加速运动,则其刚开始运动时加速度为多大?(1)在三角形中心O点应放置什么性质电荷,才能使三个带电小球都处于静止状态?其电荷量是多少?模块建构知识建构技能建构33/250(3)若中心电荷带电荷量在第(1)问基础上加倍后,仍保持三个小球相对距离不变,可让它绕中心电荷同时旋转,则它们旋转线速度为多大?【名师点金】使带电小球都处于静止状态,由对称性知其中一个小球平衡,其它两个也是平衡.第(2)问求出合外力,利用牛顿第二定律即可得出结果.第(3)问中A、B、C三小球所受协力充当向心力.模块建构知识建构技能建构34/250【规范全解】对A球进行受力分析,其受B、C球库仑力及中心O点电荷作用力,如图乙所表示.(1)由几何关系知:r=|AO|=L,A球受力平衡,有:F2=k=F1=2Fcos30其中F=k,所以q=Q,由F2方向知q带负电.乙模块建构知识建构技能建构35/250(2)当q=2q时,F2=2F2A球所受协力F合=F2-F1=2F2-F1=F1=由牛顿第二定律有:a=.模块建构知识建构技能建构36/250(3)当q=2q时,A球所受协力为:F合=F1=其提供A球做圆周运动向心力所以=m,又r=L,解得v=Q.【答案】(1)负电荷Q(2)(3)Q方法概述一、库仑定律使用方法:库仑定律严格地说只适合用于真空中点电荷,在要求不是很准确情况下,空气可近似看成真空来处理.注意库仑力是矢量,计算库仑力时有两种方法:(1)直接利用公模块建构知识建构技能建构37/250式,将电荷量绝对值代入公式计算大小,依据同种电荷相斥、异种电荷相吸来判断库仑力是引力还是斥力;(2)直接利用公式,将电荷量正负号代入公式计算,若计算结果为正值,表明为斥力,若计算结果为负值,表明为引力.二、一条直线上三个电荷平衡有以下规律:模块建构知识建构技能建构38/250(1)两个固定点电荷与一个自由点电荷平衡规律:若两固定电荷为同种电荷,自由电荷应置于两固定电荷连线之间且靠近电荷量较小固定电荷,与自由电荷电性和电荷量无关;若两固定电荷为异种电荷,自由电荷应置于两固定电荷连线延长线上且靠近电荷量较小固定电荷一侧,与自由电荷电性和电荷量无关.模块建构知识建构技能建构39/250(2)三个自由点电荷平衡规律:三个自由点电荷q1、q2、q3都平衡时,三个自由点电荷必共线.若q2位于q1、q3之间,与q1、q3间距离分别为r1、r2,则中间电荷q2靠近电荷量较小电荷,位置关系满足:=,电荷量关系满足:=+,其中中间电荷q2电荷量最小,电性为“两边同中间异.”三、两个完全相同小球接触后,电荷要重新分布,其所带电荷量要平分,设分别带Q1、Q2正电荷,二者接触后每个小球带电荷量为;假如带Q1、Q2异种电荷,接触后每个小球带电荷量为|,电性与电荷量大小球相同.模块建构知识建构技能建构40/250变式训练1如图甲所表示,在一条直线上有两个相距0.4m点电荷A、B,A带电+Q,B带电-9Q.现引入第三个点电荷C,恰好使三个点电荷均在电场力作用下处于平衡状态,问:C应带什么性质电?应放于何处?所带电荷量为多少?甲模块建构知识建构技能建构41/250【规范全解】如图乙所表示,依据平衡条件判断,C应带负电,放在A左边且和AB在一条直线上.设C带电荷量为q,与A点相距为x,则以A为研究对象,由平衡条件:k=k以C为研究对象,则k=k解得x=r=0.2m,q=-Q故C应带负电,放在A左边0.2m处,带电荷量为-Q.【答案】负电A左边0.2m处Q乙模块建构知识建构技能建构42/250甲二、电场强度计算及场强叠加43/250(2)检验电荷+q放在点c时,其受力Fc大小、方向怎样?(1)匀强电场场强E大小、方向怎样?(3)检验电荷+q放在点b时,其受力Fb大小、方向怎样?模块建构知识建构技能建构44/250【名师点金】模块建构知识建构技能建构45/250【规范全解】(1)由题意可知:F1=k,F2=qE由F1=F2,所以qE=k则E=k,匀强电场方向沿db方向.模块建构知识建构技能建构46/250(2)检验电荷放在c点,则有:Ec=E=k乙模块建构知识建构技能建构47/250(3)检验电荷放在b点,则有:Eb=E2+E=2E=2k所以Fb=qEb=2k,方向沿db方向.【答案】(1)k方向沿db方向(2)k方向与ac成45角斜向下(3)2k方向沿db方向模块建构知识建构技能建构48/2501.场强三个表示式比较表示式比较E=E=kE=公式意义电场强度定义式真空中点电荷决定式匀强电场中E与U关系式适用条件一切电场真空;点电荷 匀强电场比较决定原因由电场本身决定,与q无关由场源电荷Q和场源电荷到该点距离r共同决定由电场本身决定相同点矢量,单位:1N/C=1V/m方法概述模块建构知识建构技能建构49/2502.场强叠加多个电场在空间某点产生合场强,等于每个电场单独存在时在该点产生场强矢量和,这就是场强叠加原理.因为场强是矢量,求合场强须用平行四边形定则.模块建构知识建构技能建构50/250(1)等量同种电荷(以正电荷为例,如图所表示)3.“双电荷”电场分布规律51/250(2)等量异种电荷(如图所表示)模块建构知识建构技能建构52/250模块建构知识建构技能建构53/250变式训练2如图所表示,某无限长粗糙绝缘直杆与等量异种电荷连线中垂线重合,杆水平放置.杆上有A、B、O三点,其中O为等量异种电荷连线中点,AO=BO.现将一带电小圆环从杆上A点以初速度v0向B点滑动,滑到B点时速度恰好为0,则关于小圆环运动,以下说法正确是()A.运动加速度逐步变小B.运动加速度先变大再变小C.运动到O点速度为D.运动到O点速度大于模块建构知识建构技能建构54/250【规范全解】在等量异种电荷连线中垂线上,电场强度由中点向两侧逐步减小,带电圆环受到电场力也是由大变小,依据垂直杆方向协力为零,杆对圆环弹力也是由大变小,对应摩擦力也在变小,当由A点以初速度v0释放后,圆环先做加速度增大减速运动再做加速度减小减速运动,A错,B对;由动能定理得C错,D对.【答案】BD模块建构知识建构技能建构55/250例3如图所表示,图中实线是一簇未标明方向由点电荷产生电场线,虚线是某带电粒子经过该电场区域时运动轨迹,a、b是轨迹上两点.若带电粒子在运动过程中只受到电场力作用,则根据此图能得到正确判断是()A.带电粒子所带电荷正负B.带电粒子在a、b两点受力方向C.带电粒子在a、b两点加速度何处较大D.带电粒子在a、b两点速度何处较大三、与电场线相关问题模块建构知识建构技能建构56/250【名师点金】(1)由轨迹弯曲方向判断电场力方向;(2)由电场线疏密判断加速度大小;(3)依据动能定理分析速度大小.【规范全解】由轨迹弯曲方向可判断电场力沿电场线指向左侧,由于不知电场线方向,故不能判断带电粒子正负,A错、B对;电场线密地方场强大,故在a点电荷所受电场力大,加速度大,C正确;由a到b电场力做负功,速度减小,D正确.【答案】BCD模块建构知识建构技能建构57/250方法概述电场线在解题中能够:(1)判断场强大小和方向由电场线疏密程度和该点切线方向.(2)判断电荷在电场中受力方向正电荷所受电场力方向与该点场强方向相同,负电荷则相反.(3)判断电势高低沿着电场线方向电势逐步降低.(4)判断电荷在电场中移动时,电场力做功正负顺着电场线方向移动正模块建构知识建构技能建构58/250电荷,电场力做正功,反之做负功.(5)判断电荷电势能大小及改变正(负)电荷在电场中顺(逆)着电场线方向移动,电场力做正功,电荷电势能减小,反之电势能增加.电场力对电荷做了多少正功(或负功),电荷电势能就降低(或增加)多少,即相关系式W=-Ep.(6)解释静电感应现象由电场线特点能够判断.(7)确定电荷有没有及分布由电场线特点及性质判断.(8)判断库仑力大小及方向由电场线特点及性质判断.模块建构知识建构技能建构59/250变式训练3空间存在甲、乙两相邻金属球,甲球带正电,乙球原来不带电,因为静电感应,两球在空间形成了如图所表示稳定静电场.实线为其电场线,虚线为其等势线,A、B两点与两球球心连线位于同一直线上,C、D两点关于直线AB对称,则()A.A点和B点电势相同模块建构知识建构技能建构60/250B.C点和D点电场强度相同C.正电荷从A点移至B点,电场力做正功D.负电荷从C点沿直线移至D点,电势能先增大后减小模块建构知识建构技能建构61/250【规范全解】由电场线和等势面分布图可知,A点电势高于B点电势,故A错;C点和D点电场强度大小相等,但方向不一样,所以B错;因为A点电势高于B点电势,正电荷从A点移至B点,电场力做正功,故C正确;负电荷从C点沿直线CD移至D点,电势能先减小后增大,选项D错.【答案】C模块建构知识建构技能建构62/250高考真题1模块建构知识建构技能建构63/250模块建构知识建构技能建构64/250【命题分析】本题主要考查曲线运动中速度方向、合外力方向、运动轨迹之间关系,要求考生熟悉此关系.【解析提醒】粉尘只受电场力作用,因为电场线是曲线,轨迹不可能与电场线重合,粉尘做曲线运动,轨迹应向力方向弯曲.模块建构知识建构技能建构65/250【规范全解】因为带电粒子受到电场力方向沿电场线切线方向,粒子曲线运动偏转方向与受力方向一致,但不可能沿电场线运动,故选项A正确.【答案】A66/250考向预测1(年朝阳一模)如图所表示,在真空中有两个固定等量异种点电荷+Q和-Q.直线MN是两点电荷连线中垂线,O是两点电荷连线与直线MN交点.a、b是两点电荷连线上关于O对称点,c、d是直线MN上两个点.以下说法中正确是()A.a点场强大于b点场强;将一检验电荷沿MN由c移动到d,所受电场力先增大后减小B.a点场强小于b点场强;将一检验电荷沿MN由c移动到d,所受电场力先减小后增大C.a点场强等于b点场强;将一检验电荷沿MN由c移动到d,所受电场力先增大后减小D.a点场强等于b点场强;将一检验电荷沿MN由c移动到d,所受模块建构知识建构技能建构67/250电场力先减小后增大【解析】在两电荷连线上,由场强叠加原理可知,中点O场强最小,从点O分别向点a或b,场强逐步增大,因为a、b是两点电荷连线上关于O对称点,场强相等,排除选项A、B;在两电荷连线中垂线上,中点O场强最大,由O点到c点或d点场强逐步减小,所以沿MN从c点或d点场强先增大后减小,所以检验电荷所受电场力先增大后减小,所以C对D错.【答案】C模块建构知识建构技能建构68/250高考真题2(年高考海南物理卷)三个相同金属小球1、2、3分别置于绝缘支架上,各球之间距离远大于小球直径.球1带电量为q,球2带电量为nq,球3不带电且离球1和球2很远,此时球1、2之间作用力大小为F.现使球3先与球2接触,再与球1接触,然后将球3移至远处,此时1、2之间作用力大小仍为F,方向不变.由此可知()A.n=3B.n=4C.n=5D.n=6模块建构知识建构技能建构69/250【解析提醒】突破本题,必须注意:球3与1、2接触前后,球1、2之间距离不变,作用力大小不变,由库仑定律知,球3与1、2接触前后电荷乘积不变.【命题分析】本题主要考查库仑定律以及等大带电小球接触后电荷重新分配规律,难度较小.模块建构知识建构技能建构70/250【规范全解】改变前与改变后1、2之间作用力大小没变,方向也没变,则球1、球2应带同种电荷.原来F=k,以后,球2带电量为,球1带电量为(+1)q,则改变后有F=k(+1)q,由两式可得n=6.【答案】D模块建构知识建构技能建构71/250考向预测2如图所表示,两个质量均为m完全相同金属球壳a和b,其壳层厚度和质量分布均匀,将它们固定于绝缘支座上,两球心间距离为l,为球半径3倍.若使它们带上等量异种电荷,使其电荷量绝对值均为Q,那么关于a、b两球之间万有引力F引和库仑力F库表示式正确是()A.F引=G,F库=kB.F引G,F库kC.F引G,F库=kD.F引=G,F库k72/250分布不均匀,即相互靠近一侧电荷分布较密集,又l=3r,不满足lr要求,故不能将带电球壳看成点电荷,所以不能应用库仑定律,故F库k.万有引力定律适合用于两个可看成质点物体,即使不满足lr,但因为其壳层厚度和质量分布均匀,两球壳可看做质量集中于球心质点,能够应用万有引力定律,故F引=G.故D项正确.【答案】D【解析】因为a、b两球带异种电荷相互吸引,使它们各自电荷模块建构知识建构技能建构73/250第2讲电场能性质知识建构技能建构74/2501.在电场中移动电荷时,电场力做功只与电荷始末位置相关,与电荷经过路径无关.电场力做功计算公式:a.W=qU;b.在匀强电场中,电场力做功W=qEd,其中d为沿电场线方向位移.一、电场力做功与电势能知识建构技能建构75/2503.电荷在某点含有电势能,等于把它从该点移动到零势能面位置时电场力所做功.电势能是相正确,通常要求电荷在离场源电荷无穷远处或大地表面为零势面.二、电势2.电场力对电荷做正功,电势能降低;电场力对电荷做负功,电势能增加.电场力做功等于电势能改变负值,即WAB=EpA-EpB.知识建构技能建构76/2502.公式:=,单位:伏特(V)电势大小与该点在电场中位置和零势面选取相关,与试探电荷无关.若空间某处电场由几个电荷共同产生,则该点电势等于各电荷单独存在时该点电势代数和.1.定义:电荷在电场中某一点电势能与它电荷量比值,叫做这一点电势,用表示.在数值上等于单位正电荷由该点移到零电势点时电场力所做功,电势是标量,只有大小,没有方向,但有正负.知识建构技能建构77/2504.电势与电场线关系:沿电场线方向电势降低,场强方向是电势降低最快方向.三、电势差3.零电势位置要求:电势数值与零电势位置选取相关,通常取大地或无穷远电势为零.知识建构技能建构78/250(1)电势差:电荷q在电场中从A点移到B点时,电场力所做功WAB,跟它电荷量q比值,叫做A、B间电势差,也叫电压.定义式:UAB=A-B=;单位:伏(V).电势差是标量,能够是正值,能够是零,也能够是负值.电势含有相对性,而电势差与零电势点选取无关,电势差含有绝对性.知识建构技能建构79/250(2)电势差与电场强度关系:匀强电场中两点间电势差等于电场强度与这两点沿电场线方向距离乘积;即U=Ed,或E=.四、等势面1.定义:电场中电势相同各点组成面叫做等势面.知识建构技能建构80/2502.等势面特点:等势面一定和电场线垂直;等势面上各点电势相等,在等势面上移动电荷电场力不做功;电场线方向总是由电势较高等势面指向电势较低等势面;等势面疏密表示电场强弱.等势面密地方,场强越强;等势面疏地方,场强越弱.五、疑难辨析知识建构技能建构81/250电场强度电势电势差电势能意义描述电场力性质描述电场能性质描述电场做功本事描述电荷在电场中能量,电荷做功本事定义E=若B点电势为0,则A=UAB=A-0UAB=Ep=q1.电场强度、电势、电势差、电势能比较知识建构技能建构82/250矢标性矢量:方向为正电荷受力方向标量:有正负,正负只表示大小标量:有正负,正负只是比较电势高低正电荷在正电势位置有正电势能,简化为:正正得正,负正得负,负负得正知识建构技能建构83/250决定原因由电场本身决定,与试探电荷无关由电场本身决定,大小与参考点选取相关,含有相对性由电场本身两点间差异决定,与参考点选取无关由电荷量和该点电势二者决定,与参考点选取相关知识建构技能建构84/250相互关系场强为零地方电势不一定为零电势为零地方场强不一定为零零场强区域两点电势差一定为零,电势差为零区域场强不一定为零场强为零,电势能不一定为零,电势为零,电势能一定为零联络匀强电场中U=Ed(d为A、B间沿场强方向上距离);电势沿场强方向降低最快;UAB=A-B;UAB=;WAB=EpA-EpB知识建构技能建构85/250电场等势面(实线)图样主要描述匀强电场垂直于电场线一簇平面点电荷电场以点电荷为球心一簇球面2.经典电场等势面比较知识建构技能建构86/250等量异种点电荷电场连线中垂面上电势为零等量同种正点电荷电场连线上,中点电势最低,而在中垂线上,中点电势最高知识建构技能建构87/2501.由如图所表示电场线可判定()A.该电场一定是匀强电场B.A点电势一定低于B点电势C.负电荷放在B点电势能比放在A点电势能大D.负电荷放在B点所受电场力方向向右【解析】由图可知,该电场线为直线,可能是匀强电场电场线,也可能是点电荷电场线,故选项A错误;电势高低可依据电场线由高电势指向低电势判断,则AB,故选项B错误;因为AB,故正电荷在A点电势能大,而负电荷在B点电势能大,所以选项C正知识建构技能建构88/250确;负电荷在电场中所受电场力方向与该点场强方向相反,故选项D错误.【答案】C知识建构技能建构89/2502.(年泉州市四校联考)一带电粒子射入一固定点电荷电场中,沿如图所表示虚线由a点运动到b点.a、b两点到点电荷距离分别为ra和rb且rarb.若不计重力,则()A.带电粒子一定带正电B.库仑力先做正功后做负功C.带电粒子在b点动能大于在a点动能D.带电粒子在b点电势能大于在a点电势能知识建构技能建构90/250粒子电性无法确定.总而言之,选D.【答案】D【解析】由图可知,带电粒子进入点电荷电场后,库仑力对粒子先做负功后做正功,电势能先增大后减小,动能先减小后增大,因为rarb,带电粒子在b点电势能大于在a点电势能,粒子在b点动能小于在a点动能,故选项D正确.但场源电荷Q电性未知,带电知识建构技能建构91/2503.如图甲所表示,A、B是一条电场线上两点,若在A点释放一初速度为零电子,电子仅受电场力作用,并沿电场线从A运动到B,其速度随时间改变规律如图乙所表示.设A、B两点电场强度分别为EA、EB,电势分别为A、B,则()A.EA=EBB.EAEBC.A=BD.AD,则从ADD移动正电荷电场力做正功,B对;从ADD移动负电荷,电场力做负功,电势能增加,C错;电场力做功与路径无关,只与两点间电势差相关,故D正确.【答案】BD知识建构技能建构98/2501.依据电场线方向:沿电场线方向电势降低.方法概述一、判断电势高低方法2.依据电场力做功:因UAB=,若UAB0且q是正电荷,则AB;若UAB0,则AaB,由a=可知,选项A正确;从A到B,粒子动能增加,故电场力做正功,电势能降低,选项D正确,选项C错误;由于带电粒子电性未知,故无法确定两点电势高低,选项B错误.【答案】AD知识建构技能建构103/250例2电荷量q=-2.010-5C电荷在匀强电场中由A点移动至B点时电场力做功为6.010-4J,若把它从A点移至电场中C点,电场力做功为-3.010-4J,已知A、B连线与A、C连线成120夹角,AB=9.0cm,AC=4.5cm,求A、B两点电势差和电场强度.二、电势、电势差和电势能计算及比较知识建构技能建构104/250【名师点金】因为电场力做功W=qU与路径无关,只与初、末位置间电势差相关,故依据已知电场力做功求出电势差,再依据匀强电场中场强和电势差关系确定场强关系.反之亦然.知识建构技能建构105/250【规范全解】据题意作图,由WAB=qUAB得UAB=-30V又由WAC=qUAC得UAC=15V延长BA至D,使AD=4.5cm由E=知=2得UAD=15V故UAC=UAD,即A-C=A-D,C=D连接C和D,CD即为此电场中一条等势线,过A作CD垂线与CD交知识建构技能建构106/250于P.依据电场线和等势面(线)垂直,且指向低电势一方,故应有一条电场线沿此垂线,且场强方向由A指向P,由E=,其中dAP=ACcos30,故场强E大小为E=V/m3.8102V/m.【答案】-30V3.8102V/m知识建构技能建构107/250(1)UAB=A-B方法概述一、计算电势差方法(2)UAB=知识建构技能建构108/250(3)U=Ed只适合用于匀强电场,非匀强电场不能使用.d是沿电场线两点间距离,假如不沿着电场线方向,应投影在电场方向上,看投影距离.二、电势能大小判断方法知识建构技能建构109/250(1)场源电荷判断法:离场源正电荷越近,试探正电荷电势能越大,试探负电荷电势能越小.(2)电场线法:正电荷顺着电场线方向移动时,电势能逐步减小;逆着电场线方向移动时,电势能逐步增大.知识建构技能建构110/250(3)做功判断法:不论正负电荷,电场力做正功,电荷电势能就一定减小;电场力做负功,电荷电势能就一定增大.三、电势与电势能1.电势与电势能关系(1)电势由电场本身决定,与零电势选取相关.电势能由电荷与电势共同决定,其表示式Ep=q.知识建构技能建构111/2502.电场力做功与电势能改变(2)正电荷在电势越高处,电势能越大,而负电荷在电势越高处,电势能越小.(1)电场力做功与路径无关,与重力做功十分相同.(2)电场力对电荷做正功时,电荷电势能降低;电场力对电荷做负功时,电荷电势能增加.电势能增加或降低数值等于电场力做功数值.知识建构技能建构112/250(3)电荷在电场中任意两点间移动时,它电势能改变量是确定,所以移动电荷做功数值也是确定,所以电势能改变仅与电场力做功相关,与是否有其它力作用及运动性质都没相关系,且仅由电场力做功来量度,即W=-Ep.说明:电势能是相正确,与电势零点选取相关.电势能不可作为描述电场性质物理量,因为电势能大小、正、负都与检验电荷相关.四、匀强电场中几何图形电势规律规律一:匀强电场中同一直线上任意线段两端点间电势差与这两点间距离成正比.推论1:匀强电场中任意线段中点电势等于该线段两端点电势代数知识建构技能建构113/250和二分之一.推论2:匀强电场中任意三角形重心电势等于该三角形各顶点电势之代数和三分之一.规律二:匀强电场中任意平行直线上两点间电势差与这两点间距离成正比.推论1:匀强电场中任意两条平行直线上距离相等两点间电势差相等.推论2:匀强电场中平行四边形对边两端点电势差相等.推论3:匀强电场中任意平行四边形对角线上两端点电势之和相等.知识建构技能建构114/250变式训练2如图所表示,AB、CD为一圆两条直径,且相互垂直,O点为圆心.空间存在一未知静电场,方向与圆周所在平面平行.现让一电子先从A点运动至C点,电势能降低了Ep;又从C点运动到B点,电势能增加了Ep;那么此空间存在静电场可能是()A.匀强电场,方向垂直于AB由O点指向C点B.匀强电场,方向垂直于AB由C点指向O点C.位于O点正点电荷形成电场D.位于D点负点电荷形成电场知识建构技能建构115/250【规范全解】由题意WAC=Ep,WCB=-Ep,所以UAC=-,UCB=-UAC.所以A=BC,若电场为匀强电场,则AB为等势面,电场方向与AB垂直,方向由C指向O,B对,A错;若电场为位于O点正点电荷形成,因为OA=OB=OC,则A=B=C,C错;若电场为位于D点负点电荷形成,因为DA=DBDC,所以A=BC,D对.【答案】BD知识建构技能建构116/250例3有一带负电小球,其带电荷量q=-210-4C.如图所示,开始时静止在场强E=2103V/m匀强电场中P点,靠近电场极板B有一挡板S,小球与挡板S距离h=4cm,与A板距离H=36cm,小球重力忽略不计.在电场力作用下小球向左运动,每次与挡板S相碰后电荷量降低到碰前k倍,已知k=,碰撞过程中小球机械能没有损失.三、电场中功效关系知识建构技能建构117/250(2)小球第一次被弹回抵达最右端时距S板距离为多少?(1)设匀强电场中挡板S所在位置电势为零,则小球在P点时电势能为多少?(3)小球经过多少次碰撞后,才能抵达A板?(已知lg=0.058)知识建构技能建构118/250【名师点金】(1)取S所在位置电势为零,电场中各点电势均为负值,而负电荷在电场中电势能为正值;(2)本题主要考查动能定理在电场中应用.(3)采取不完全归纳法求解.知识建构技能建构119/250【规范全解】(1)SP间电势差U=S-P=Eh=21030.04V=80V因S=0,所以P=-80V,UP=-80V小球在P点时电势能:EP=qUP=-210-4(-80)J=0.016J.知识建构技能建构120/250(2)小球第一次从P到S有qEh=mv2小球第一次被弹回至最右端距S板距离为h1有q1Eh1=kqEh1=mv2得h1=h=4.6cm.知识建构技能建构121/250(3)同理小球第二次碰撞后有h2=h1=()2h推得hn=()nh有h+H=()nhn=17.2所以小球经过18次碰撞后,才能抵达A板.【答案】(1)0.016J(2)4.6cm(3)18次知识建构技能建构122/2501.功效关系方法概述(1)若只有电场力做功,电势能与动能之和保持不变.(2)若只有电场力和重力做功,电势能、重力势能、动能之和保持不变.(3)除重力之外,其它各力对物体做功等于物体机械能改变.知识建构技能建构123/2502.电场力做功计算方法(4)全部力对物体所做功,等于物体动能改变.(1)由公式W=Fscos计算,此公式只适合用于匀强电场,可变形为W=qEs,式中s为电荷初末位置在电场方向上距离.知识建构技能