《奪冠之路》福建專用高三物理一輪復(fù)習(xí) 第6章第3課時(shí) 電場(chǎng)中的功能關(guān)系課件 魯科

2012高三物理復(fù)習(xí)課件（導(dǎo)與練福建）第6章第三課時(shí)電場(chǎng)中的功能關(guān)系1．理解電場(chǎng)力做功與電勢(shì)能變化的關(guān)系．2．對(duì)帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)，能用功能關(guān)系和能量守恒定律進(jìn)行分析、解答．1．電場(chǎng)力做功與電勢(shì)能變化的關(guān)系(1)電場(chǎng)力做的功等于電勢(shì)能的減少量，即WAB＝EpA－EpB.(2)電荷在某點(diǎn)具有的電勢(shì)能等于電場(chǎng)力把它從該點(diǎn)移動(dòng)到零電勢(shì)能位置時(shí)所做的功，即電勢(shì)能是相對(duì)的，通常把電荷在離場(chǎng)源電荷無(wú)窮遠(yuǎn)處的電勢(shì)能規(guī)定為零，或把電荷在大地表面上的電勢(shì)能規(guī)定為零．2．電場(chǎng)中的功能關(guān)系(1)若只有電場(chǎng)力做功，電勢(shì)能和動(dòng)能之和保持不變．(2)若只有電場(chǎng)力和重力做功，電勢(shì)能和重力勢(shì)能、動(dòng)能之和保持不變．(3)除重力之外，其他各力對(duì)物體做的功等于物體機(jī)械能的變化．3．電場(chǎng)力做功的計(jì)算方法(1)由公式W＝Fscosα計(jì)算，此公式只適用于勻強(qiáng)電場(chǎng)，可變形為W＝qE·sE，其中sE為電荷初、末位置在電場(chǎng)方向上的距離．(2)由電場(chǎng)力做功與電勢(shì)能變化關(guān)系計(jì)算，WAB＝qUAB對(duì)任何電場(chǎng)都適用．(3)由動(dòng)能定理計(jì)算：W電場(chǎng)力＋W其他力＝ΔEk.(對(duì)應(yīng)學(xué)生用書第80～81頁(yè))1．如圖所示虛線為勻強(qiáng)電場(chǎng)中與場(chǎng)強(qiáng)方向垂直的等間距平行直線，兩粒子M、N質(zhì)量相等，所帶電荷的絕對(duì)值也相等．現(xiàn)將M、N從虛線上的O點(diǎn)以相同速率射出，兩粒子在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的軌跡分別如圖中兩條實(shí)線所示．點(diǎn)a、b、c為實(shí)線與虛線的交點(diǎn)．已知O點(diǎn)電勢(shì)高于c點(diǎn)電勢(shì)，若不計(jì)重力，則(

B

)A．M帶負(fù)電荷，N帶正電荷B．N在a點(diǎn)的速度與M在c點(diǎn)的速度大小相同C．N在從O點(diǎn)運(yùn)動(dòng)至a點(diǎn)的過(guò)程中克服電場(chǎng)力做功D．M在從O點(diǎn)運(yùn)動(dòng)至b點(diǎn)的過(guò)程中，電場(chǎng)力對(duì)它做的功不等于零解析：因?yàn)镺點(diǎn)電勢(shì)高于c點(diǎn)電勢(shì)，可知場(chǎng)強(qiáng)方向豎直向下，正電荷受到的電場(chǎng)力向下，負(fù)電荷受到的電場(chǎng)力向上，可知M帶正電荷，N帶負(fù)電荷，故A錯(cuò)；M運(yùn)動(dòng)到c點(diǎn)的過(guò)程中電場(chǎng)力做正功，N運(yùn)動(dòng)到a點(diǎn)的過(guò)程中電場(chǎng)力也做正功，且M、N所帶電荷量相等，勻強(qiáng)電場(chǎng)相等距離的等勢(shì)線間的電勢(shì)差相等，所以電場(chǎng)力做功相等，選項(xiàng)B正確、C錯(cuò)；由于O、b兩點(diǎn)在同一等勢(shì)線上，故M在從O點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到b點(diǎn)的過(guò)程中電場(chǎng)力做功為零，選項(xiàng)D錯(cuò)．2．如圖所示，在一個(gè)粗糙水平面上，彼此靠近地放置兩個(gè)帶同種電荷的小物塊．由靜止釋放后，兩個(gè)物塊向相反方向運(yùn)動(dòng)，并最終停止．在物塊的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，下列表述正確的是(

A

)A．兩個(gè)物塊的電勢(shì)能逐漸減少B．物塊受到的庫(kù)侖力不做功C．兩個(gè)物塊的機(jī)械能守恒D．物塊受到的摩擦力始終小于其受到的庫(kù)侖力解析：由于兩電荷電性相同，則二者之間的作用力為斥力，因此在遠(yuǎn)離過(guò)程中，庫(kù)侖力做正功，則電勢(shì)能逐漸減少，A正確，B錯(cuò)誤；由于在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，有重力以外的力(庫(kù)侖力和摩擦力)做功，故機(jī)械能不守恒，C錯(cuò)誤；在遠(yuǎn)離過(guò)程中開(kāi)始庫(kù)侖力大于摩擦力，后來(lái)庫(kù)侖力小于摩擦力，故D錯(cuò)誤．電場(chǎng)力做功的的分析與計(jì)算算1．電場(chǎng)力做功的的計(jì)算方法(1)由公式W＝F·s·cosα計(jì)算，此公式式只適用于勻勻強(qiáng)電場(chǎng)，可可變形為：W＝qE·s·cosα.(2)由W＝qU來(lái)計(jì)算，此公公式適用于任任何形式的靜靜電場(chǎng)．(3)由動(dòng)能定理來(lái)來(lái)計(jì)算：W電場(chǎng)力＋W其他力＝ΔEk.(4)由電勢(shì)能的變變化計(jì)算：W＝Ep1－Ep2.2．帶電粒子在電電場(chǎng)中做曲線線運(yùn)動(dòng)時(shí)正負(fù)負(fù)功的判斷(1)粒子速度方向向一定沿軌跡跡的切線方向向，粒子受力力方向一定沿沿電場(chǎng)線指向向軌跡凹側(cè)．．(2)電場(chǎng)力與速度度方向間夾角角小于90°，電場(chǎng)力做正正功，夾角大大于90°，電場(chǎng)力做負(fù)負(fù)功．利用W＝qU計(jì)算電場(chǎng)力的的功時(shí)，可將將q、U的正、負(fù)號(hào)一一起代入，計(jì)計(jì)算出的W也有正、負(fù)之之分，能表示示電場(chǎng)力做正正、負(fù)功；也也可以只代入入q、U的絕對(duì)值，然然后根據(jù)電場(chǎng)場(chǎng)力的方向和和電荷移動(dòng)方方向判斷功的的正負(fù)．【例1】(12分)如圖所示，在在O點(diǎn)放置一個(gè)正正電荷．在過(guò)過(guò)O點(diǎn)的豎直平面面內(nèi)的A點(diǎn)，自由釋放放一個(gè)帶正電電的小球，小小球的質(zhì)量為為m、電荷量為q.小球落下的軌軌跡如圖中虛虛線所示，它它與以O(shè)為圓心心、R為半徑徑的圓圓(圖中實(shí)實(shí)線表表示)相交于于B、C兩點(diǎn)，，O、C在同一一水平平線上上，∠∠BOC＝30°°，A距離OC的豎直直高度度為h.若小球球通過(guò)過(guò)B點(diǎn)的速速度為為v，試求求：(1)小球通通過(guò)C點(diǎn)的速速度大大?。?2)小球由由A到C的過(guò)程程中電電場(chǎng)力力做的的功．．功是能能量轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化的的量度度，要要分析析各種種能量量之間間的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化，，首先先要弄弄清哪哪些力力做功功，弄弄清各各種能能量變變化與與各種種力做做功的的對(duì)應(yīng)應(yīng)關(guān)系系：電電勢(shì)能能的變變化等等于電電場(chǎng)力力所做做功的的負(fù)值值，動(dòng)動(dòng)能的的變化化等于于合外外力所所做的的功，，機(jī)械械能的的變化化等于于除重重力之之外的的力所所做的的功．．針對(duì)訓(xùn)訓(xùn)練11：如圖中中虛線線所示示為靜靜電場(chǎng)場(chǎng)中的的等勢(shì)勢(shì)面1、2、3、4，相相鄰鄰的的等等勢(shì)勢(shì)面面之之間間的的電電勢(shì)勢(shì)差差相相等等，，其其中中等等勢(shì)勢(shì)面面3的電電勢(shì)勢(shì)為為0.一帶帶正正電電的的點(diǎn)點(diǎn)電電荷荷在在電電場(chǎng)場(chǎng)力力的的作作用用下下運(yùn)運(yùn)動(dòng)動(dòng)，，經(jīng)經(jīng)過(guò)過(guò)a、b點(diǎn)時(shí)時(shí)的的動(dòng)動(dòng)能能分分別別為為26eV和5eV.當(dāng)這這一一點(diǎn)點(diǎn)電電荷荷運(yùn)運(yùn)動(dòng)動(dòng)到到某某一一位位置置，，其其電電勢(shì)勢(shì)能能為為－－8eV時(shí)，，它它的的動(dòng)動(dòng)能能為為()A．8eVB．15eVC．20eVD．34eV解析析：：由于于點(diǎn)點(diǎn)電電荷荷只只在在電電場(chǎng)場(chǎng)力力作作用用下下運(yùn)運(yùn)動(dòng)動(dòng)，，所所以以其其電電勢(shì)勢(shì)能能和和動(dòng)動(dòng)能能的的總總和和不不變變．．又又由由于于相相鄰鄰等等勢(shì)勢(shì)面面間間的的電電勢(shì)勢(shì)差差相相等等，，所所以以點(diǎn)點(diǎn)電電荷荷每每經(jīng)經(jīng)過(guò)過(guò)一一個(gè)個(gè)等等勢(shì)勢(shì)面面減減少少7eV的動(dòng)能，，由此可可知點(diǎn)電電荷在等等勢(shì)面3時(shí)的動(dòng)能能為12eV，即點(diǎn)電電荷電勢(shì)勢(shì)能和動(dòng)動(dòng)能的總總和為12eV.所以，當(dāng)當(dāng)電勢(shì)能能為－8eV時(shí)，其動(dòng)動(dòng)能的大大小為20eV.故選C.答案：C.電場(chǎng)中的的功能關(guān)關(guān)系及能能量守恒恒1．若只有電電場(chǎng)力做做功，電電勢(shì)能與與動(dòng)能之之和保持持不變；；2．若只有有電場(chǎng)力力和重力力做功，，電勢(shì)能能、重力力勢(shì)能、、動(dòng)能之之和保持持不變；；3．除重力力之外，，其他各各力對(duì)物物體做的的功等于于物體機(jī)機(jī)械能的的變化．．4．所有力力對(duì)物體體所做的的功，等等于物體體動(dòng)能的的變化．．【例2】(2011年北京海海淀模擬擬)如圖所示示，水平平光滑絕絕緣軌道道MN的左端有有一個(gè)固固定擋板板，軌道道所在空空間存在在E＝4.0××102N/C、水平向向左的勻勻強(qiáng)電場(chǎng)場(chǎng)．一個(gè)個(gè)質(zhì)量m＝0.10kg、帶電荷荷量q＝5.0××10－5C的滑塊(可視為質(zhì)質(zhì)點(diǎn))，從軌道(1)滑塊沿軌道向左做勻加速直線運(yùn)動(dòng)的加速度的大?。?2)滑塊從P點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到擋板處的過(guò)程中，電場(chǎng)力所做的功；(3)滑塊第一次與擋板碰撞過(guò)程中損失的機(jī)械能．思路點(diǎn)撥撥：分析滑塊塊的運(yùn)動(dòng)動(dòng)過(guò)程，，結(jié)合電電場(chǎng)力做做功特點(diǎn)點(diǎn)及能量量守恒求求解．解析：(1)設(shè)滑塊沿沿軌道向向左做勻勻加速運(yùn)運(yùn)動(dòng)的加加速度為為a此過(guò)程滑滑塊所受受合外力力F＝qE根據(jù)牛頓第二定律F＝ma，解得a＝0.20m/s2(2)滑塊從P點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到擋板處的過(guò)程中，電場(chǎng)力所做的功W1＝qEx1＝4.0×10－3J(3)滑塊第一次與擋板碰撞過(guò)程中損失的機(jī)械能等于滑塊由P點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到Q點(diǎn)過(guò)程中電場(chǎng)力所做的功即ΔE＝qE(x1－x2)＝2.0×10－3J.答案：(1)0.20m/s2

(2)4.0×10－3J(3)2.0×10－3J針對(duì)訓(xùn)練練21：在場(chǎng)強(qiáng)大大小為E的勻強(qiáng)電電場(chǎng)中，，一質(zhì)量量為m、帶電荷荷量為＋＋q的物體以以某一初初速度沿沿電場(chǎng)的的反方向向做勻減減速直線線運(yùn)動(dòng)，，其加速速度大小小為0.8qEA．物體克服電場(chǎng)力做功qExB．物體的電勢(shì)能減少了0.8qExC．物體的電勢(shì)能增加了qExD．物體的動(dòng)能減少了0.8qEx解析：物體所受電場(chǎng)力大小為Eq，物體沿電場(chǎng)的反方向運(yùn)動(dòng)x距離，電場(chǎng)力做負(fù)功Eqx，電勢(shì)能增加Eqx，故A、C正確，B錯(cuò)誤，由物體加速度大小為0.8Eq/m得物體所受合外力大小為0.8Eq，合外力做負(fù)功0.8Eqx，動(dòng)能減少0.8qEx，D正確．故選B.答案：B.(2010年天津理理綜，5)在靜電場(chǎng)場(chǎng)中，將將一正電電荷從a點(diǎn)移到b點(diǎn)，電場(chǎng)力做做了負(fù)功，則則(C)A．b點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度度一定比a點(diǎn)大B．電場(chǎng)線方向向一定從b指向aC．b點(diǎn)的電勢(shì)一定定比a點(diǎn)高D．該電荷的動(dòng)動(dòng)能一定減小小【測(cè)控導(dǎo)航】考點(diǎn)題號(hào)1.電場(chǎng)力做功與電勢(shì)能變化1、2、3、42.動(dòng)能定理的應(yīng)用6、83.功能關(guān)系、能量的轉(zhuǎn)化與守恒問(wèn)題5、7、9、101．在真空中A、B兩點(diǎn)分別放置置等量異種電電荷，在電場(chǎng)場(chǎng)中通過(guò)A、B兩點(diǎn)的豎直平平面內(nèi)對(duì)稱位位置取一個(gè)矩矩形路徑abcd，如圖所示，，現(xiàn)將一電子子沿abcd移動(dòng)一周，則則下列判斷正正確的是(D)A．由a→b電場(chǎng)力做正功功，電子的電電勢(shì)能減小B．由b→c電場(chǎng)力對(duì)電子子先做正功，，后做負(fù)功，，總功為零C．由c→d電子的電勢(shì)能能一直增大D．由d→a電子的電勢(shì)能能先減小后增增大，電勢(shì)能能總的增加量量為零解析：等量異種電荷荷電場(chǎng)線分布布如圖所示，，電子受力方方向與電場(chǎng)方方向相反，由由a→b電場(chǎng)力做負(fù)功功，電子的電電勢(shì)能增加，，A選項(xiàng)錯(cuò)；由b→c電場(chǎng)力先做負(fù)負(fù)功，后做正正功，由對(duì)稱稱性可知，總總功為零，B選項(xiàng)錯(cuò)誤；由由c→d電場(chǎng)力做正功功，電勢(shì)能減減小，C選項(xiàng)錯(cuò)誤；由由d→a電場(chǎng)力先做正正功，后做負(fù)負(fù)功，電勢(shì)能能先減小后增增大，由對(duì)稱稱性可知，電電勢(shì)能總增加加量為零，D選項(xiàng)正確．2．勻強(qiáng)電場(chǎng)場(chǎng)中的三點(diǎn)點(diǎn)A、B、C是一個(gè)三角角形的三個(gè)個(gè)頂點(diǎn)，AB的長(zhǎng)度為1m，D為AB的中點(diǎn)，如如圖所示．．已知電場(chǎng)場(chǎng)線的方向向平行于△△ABC所在平面，，A、B、C三點(diǎn)的電勢(shì)勢(shì)分別為14V、6V和2V，設(shè)場(chǎng)強(qiáng)大大小為E，一電荷量量為1×10－6C的正電荷從從D點(diǎn)移到C點(diǎn)電場(chǎng)力所所做的功為為W，則(A)A．W＝8×10－6JE>8V/mB．W＝6×10－6JE>6V/mC．W＝8×10－6JE≤8V/mD．W＝6×10－6JE≤6V/m3．如圖所示示，豎直放放置的勁度度系數(shù)為k的輕質(zhì)彈簧簧，上端與與質(zhì)量為m的小球連接接，下端與與放在水平平桌面上的的質(zhì)量為M的絕緣物塊塊相連，小小球與彈簧簧絕緣，小小球帶正電電，帶電荷荷量為q，物塊、彈彈簧和小球球組成的系系統(tǒng)處于靜靜止?fàn)顟B(tài)，，現(xiàn)突然加加上一個(gè)豎豎直向上，，大小為E的勻強(qiáng)電場(chǎng)場(chǎng)，某時(shí)刻刻物塊對(duì)水水平面的壓壓力為零，，則從加上上勻強(qiáng)電場(chǎng)場(chǎng)到物塊對(duì)對(duì)水平面的的壓力為零零的過(guò)程中中，小球電電勢(shì)能改變變量的大小小為(A)4．(2011年江蘇省泰泰州市高三三模擬考試試)點(diǎn)電荷A、B是帶電荷量量為Q的正電荷，，C、D是帶電荷量量為Q的負(fù)電荷，，它們處在在一個(gè)矩形形的四個(gè)頂頂點(diǎn)上．它它們產(chǎn)生靜靜電場(chǎng)的等等勢(shì)面如圖圖中虛線所所示，在電電場(chǎng)中對(duì)稱稱的有一個(gè)個(gè)正方形路路徑abcd與ABCD共面)，如實(shí)線所所示，O為正方形與與矩形的中中心，則(C)A．取無(wú)窮遠(yuǎn)遠(yuǎn)處電勢(shì)為為零，則O點(diǎn)電勢(shì)為B．b、d兩點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)相等，電勢(shì)相等C．將電子沿正方形路徑a—d—c移動(dòng)，電場(chǎng)力先做負(fù)功，后做正功D．將電子沿正方形路徑a—b—c移動(dòng)，電場(chǎng)力先做負(fù)功，后做正功解析：①取無(wú)窮遠(yuǎn)處電勢(shì)為零，則O點(diǎn)電勢(shì)為零，場(chǎng)強(qiáng)不為零，故A錯(cuò)；②b、d兩點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)相等，電勢(shì)不相等，故B錯(cuò)．③將電子沿正方形路徑a—d—c移動(dòng)，電場(chǎng)力先做負(fù)功，后做正功，故C正確；④將電子沿正方形路徑a—b—c移動(dòng)，電場(chǎng)力先做正功，后做負(fù)功，故D錯(cuò)．5．一帶電油油滴在勻強(qiáng)強(qiáng)電場(chǎng)E中的運(yùn)動(dòng)軌軌跡如圖中中虛線所示示，電場(chǎng)方方向豎直向向下．若不不計(jì)空氣阻阻力，則此此帶電油滴滴從a運(yùn)動(dòng)到b的過(guò)程中，，能量的變變化情況為為(C)A．動(dòng)能減小小B．電勢(shì)能增增加C．動(dòng)能和電電勢(shì)能之和和減少D．重力勢(shì)能能和電勢(shì)能能之和增加加解析：該油滴從a運(yùn)動(dòng)到b的過(guò)程中，，根據(jù)其軌軌跡的彎曲曲趨勢(shì)，結(jié)結(jié)合力學(xué)中中質(zhì)點(diǎn)做曲曲線運(yùn)動(dòng)的的條件，可可以判斷電電場(chǎng)力一定定豎直向上上，且電場(chǎng)場(chǎng)力大于重重力，所以以油滴帶負(fù)負(fù)電荷．運(yùn)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中中合力向上上做正功，，根據(jù)動(dòng)能能定理，油油滴動(dòng)能變變大，A錯(cuò)誤誤；；電電場(chǎng)場(chǎng)力力做做正正功功，，電電勢(shì)勢(shì)能能必必然然減減少少，，B錯(cuò)誤誤；；根根6．如如圖圖所所示示，，帶帶等等量量異異號(hào)號(hào)電電荷荷的的兩兩平平行行金金屬屬板板在在真真空空中中A．粒子一定帶正電B．電場(chǎng)線方向一定豎直向上C．M點(diǎn)的電勢(shì)一定比N點(diǎn)的高D．粒子在N點(diǎn)的電勢(shì)能一定比在M點(diǎn)的大8．(2010年北北京京市市東東城城區(qū)區(qū)模模擬擬)如圖圖所所示示，，一一帶帶電電荷荷量量為為＋＋q、質(zhì)質(zhì)量