高考物理總復(fù)習(xí)-第六章-第2講-電場能的性質(zhì)課件

溫故自查1．電勢差UAB(1)定義：電荷在電場中，由一點(diǎn)A移動到另一點(diǎn)B時(shí)，

所做的功與移動電荷電荷量的比值WAB/q，叫做A、B兩點(diǎn)間的電勢差，用UAB表示．(2)定義式：UAB＝

.(3)單位：

，1V＝1J/C.(4)矢量性：

，但有正負(fù)，正負(fù)表示電勢的高低．靜電力WAB/q伏特電勢差是標(biāo)量2．電勢φ(1)定義：電場中某點(diǎn)的電勢等于該點(diǎn)與零電勢點(diǎn)間的電勢差．在數(shù)值上等于單位正電荷由該點(diǎn)移到零電勢點(diǎn)時(shí)電場力所做的功．令φB＝0，則φA＝UAB.(2)電勢是標(biāo)量，但有正負(fù)，電勢的正負(fù)表示該點(diǎn)電勢比零電勢點(diǎn)高還是低．2．電勢理解(1)電場中某點(diǎn)的電勢是指這點(diǎn)和所選零電勢點(diǎn)之間的電勢差．(2)電勢的高低是相對的，不是絕對的，在討論電勢大小時(shí)，首先必須選定某一位置的電勢為零，否則討論無意義．零電勢點(diǎn)的選取是任意的，但一般在理論上取離場源電荷無窮遠(yuǎn)處為零電勢位置．實(shí)際應(yīng)用時(shí)，則取大地為零電勢點(diǎn)．在孤立正點(diǎn)電荷形成的電場中，各點(diǎn)電勢均為正值．即φ>0；在孤立負(fù)點(diǎn)電荷形成的電場中，各點(diǎn)電勢均為負(fù)值，即φ<0.(3)由電勢的定義不難得出，電場中某點(diǎn)的電勢在數(shù)值上等于單位正電荷由該點(diǎn)移到零電勢點(diǎn)時(shí)電場力所做的功，這說明，當(dāng)電場中某點(diǎn)的位置和零電勢點(diǎn)確定后，這一點(diǎn)電勢就是確定的了，電勢與該點(diǎn)有無檢驗(yàn)電荷無關(guān)，即電勢的大小由電場本身和零電勢位置決定．(4)沿電場線方向電勢越來越低，場強(qiáng)的方向是電勢降落最快的方向.溫故自查1．電荷在電場中具有的與電荷位置有關(guān)的能量叫電荷的電勢能．2．單位：

(J)3．電勢能是標(biāo)量，也具有相對性，與零勢能點(diǎn)的選取有關(guān)．焦耳考點(diǎn)精析1．電勢與電勢能的關(guān)系(1)電勢由電場本身決定，與零電勢的選取有關(guān)．電勢能由電荷與電勢共同決定，其表達(dá)式為EP＝qφ.(2)正電荷在電勢越高處，電勢能越大，而負(fù)電荷在電勢越高處，電勢能越?。?．電場力做功與電勢能的變化電場力做功與路徑無關(guān)，這與重力做功十分相似．電場力對電荷做正功時(shí)，電荷的電勢能減少；電場力對電荷做負(fù)功時(shí)，電荷的電勢能增加．電勢能增加或減少的數(shù)值等于電場力做功的數(shù)值．電荷在電場中任意兩點(diǎn)間移動時(shí)，它的電勢能的變化量是確定的，因此移動電荷做功的數(shù)值也是確定的，所以電勢能的變化僅與電場力做功有關(guān)，與是否有其它力的作用及運(yùn)動性質(zhì)都沒有關(guān)系，且僅由電場力做功來量度，即W＝－ΔEp.溫故自查1．等勢面的概念：電場中

的各點(diǎn)構(gòu)成的面叫等勢面．2．幾種常見電場的等勢面如圖所示．(1)點(diǎn)電荷電場(2)等量異號電荷的電場(3)等量同號電荷的電場電勢相同(4)勻強(qiáng)電場(一族垂直電場線的平行平面)考點(diǎn)精析等勢面的特點(diǎn)：(1)在同一等勢面上移動電荷電場力不做功．(2)等勢面一定跟電場線垂直．(3)等差等勢面的疏密程度也能反映場強(qiáng)的強(qiáng)弱，即等勢面越密的地方場強(qiáng)越強(qiáng)，等勢面越疏的地方場強(qiáng)越弱．(4)兩個等勢面不能相交．(5)等勢面的分布與零電勢的選取無關(guān)．(6)電場線總是從電勢高的等勢面指向電勢低的等勢面．(7)處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體是一個等勢體，其表面是一個等勢面.溫故自查1．電勢反映電場能的性質(zhì)，而電場強(qiáng)度反映電場力的性質(zhì)．2．電勢是

，具有相對性，而電場強(qiáng)度是

，不具有相對性．疊加時(shí)兩者運(yùn)算法則不同．3．電勢與電場強(qiáng)度的大小沒有必然的聯(lián)系．4．在勻強(qiáng)電場中UAB＝φA－φB＝

(d為A、B沿電場線方向的距離)標(biāo)量矢量Ed5．沿著電場強(qiáng)度的方向電勢

．6．電勢和電場強(qiáng)度都是由電場本身的性質(zhì)決定的，與試探電荷

關(guān)．降低無考點(diǎn)精析關(guān)于勻強(qiáng)電場電勢差和電場強(qiáng)度的關(guān)系：E＝上式只適用于勻強(qiáng)電場，它表明在勻強(qiáng)電場中，場強(qiáng)在數(shù)值上等于沿場強(qiáng)方向每單位距離上的電勢差．(1)公式中的d是沿場強(qiáng)方向上兩點(diǎn)間的距離，如果兩點(diǎn)不在同一電場線上，應(yīng)將d分解到場強(qiáng)方向，即d應(yīng)是場強(qiáng)方向的投影距離．(2)公式只適用于勻強(qiáng)電場．(3)場強(qiáng)的另一單位：伏特/米，V/m.(4)場強(qiáng)方向是電勢降低的最快方向.溫故自查1．電場力做多少正功，電勢能就

多少；電場力做多少負(fù)功，電勢能就

多少．2．只有電場力做功時(shí)，

之和保持不變．3．只有電場力和重力做功時(shí)，電勢能、重力勢能、動能三者之和保持不變．減少增加電勢能和動能考點(diǎn)精析1．只有電場力做功時(shí)，電勢能與動能之間相互轉(zhuǎn)化，因此電勢能和動能之和保持不變．2．只有重力與電場力做功時(shí)，電勢能的變化可以從電場力做功求得，而重力勢能的變化可以由重力做功求得，動能的變化等于電場力與重力做功之和，因此，電勢能、重力勢能和動能之和保持不變．3．除重力和彈力外其它力(包括電場力)所做的功，等于物體機(jī)械能的變化．4．電場中的功能關(guān)系問題仍然要借助動能定理、能量守恒來解決，在解題中仔細(xì)體會各種功能關(guān)系．命題規(guī)律根據(jù)電場力做功特點(diǎn)，確定兩點(diǎn)間的電勢差，某點(diǎn)電勢大小或電勢能的變化．[考例1]如圖所示勻強(qiáng)電場E的區(qū)域內(nèi)，在O點(diǎn)處放置一點(diǎn)電荷＋Q，a、b、c、d、e、f為以O(shè)點(diǎn)為球心的球面上的點(diǎn)，aecf平面與電場線平行，bedf平面與電場線垂直，則下列說法中正確的是 ()A．b、d兩點(diǎn)的電場強(qiáng)度相同B．a(chǎn)點(diǎn)的電勢等于f點(diǎn)的電勢C．點(diǎn)電荷＋q在球面上任意兩點(diǎn)之間移動時(shí)，電場力一定做功D．將點(diǎn)電荷＋q在球面上任意兩點(diǎn)之間移動，從球面上a點(diǎn)移動到c點(diǎn)的電勢能變化量一定最大[解析]在勻強(qiáng)電場區(qū)域放置一個點(diǎn)電荷，各點(diǎn)的場強(qiáng)是兩個電場疊加后的合場強(qiáng)，b、d兩點(diǎn)的場強(qiáng)大小相等，方向不同，A錯誤；若只有點(diǎn)電荷存在，a、f兩點(diǎn)的電勢相等，而在勻強(qiáng)電場中a點(diǎn)電勢高于f點(diǎn)電勢，所以，在合電場中a點(diǎn)電勢高于f點(diǎn)電勢，B錯誤；點(diǎn)電荷電場的等勢面是以點(diǎn)電荷為球心的球面，在勻強(qiáng)電場中等勢面與電場線垂直，所以平面bedf與球面的交線是等勢線，沿著這條交線在球面上移動電荷電場力不做功，C錯誤；由公式U＝Ed可知，在勻強(qiáng)電場中球面上a、c兩點(diǎn)沿場強(qiáng)方向的距離最大，而點(diǎn)電荷產(chǎn)生的電場在a、c兩點(diǎn)的電勢相等，所以在球面上a、c兩點(diǎn)的電勢差最大，從球面上a點(diǎn)移動到c點(diǎn)電場力做功最多，電勢能變化量最大，D正確．[答案]D[總結(jié)評述]本題考查的知識點(diǎn)較多，包括電場的疊加、電勢、電場力做功和電勢能．在解決這類物理問題時(shí)，首先要注意電場是勻強(qiáng)電場和點(diǎn)電荷電場的疊加，對于電荷在這種電場中運(yùn)動時(shí)，電場力做功及電勢能的變化問題，可以采取把電場看作兩個電場進(jìn)行處理，然后把電場力做功和電勢能變化相加．(2010·山東理綜)某電場的電場線分布如圖所示，以下說法正確的是 ()A．c點(diǎn)場強(qiáng)大于b點(diǎn)場強(qiáng)B．a(chǎn)點(diǎn)電勢高于b點(diǎn)電勢C．若將一試探電荷＋q由a點(diǎn)釋放，它將沿電場線運(yùn)動到b點(diǎn)D．若在d點(diǎn)再固定一點(diǎn)電荷－Q，將一試探電荷＋q由a移至b的過程中，電勢能減小[答案]BD[解析]該題考查了靜電場的力、能的性質(zhì)．此題的難點(diǎn)在于D選項(xiàng)．由電場的性質(zhì)可知A錯，B對．由于電場線是曲線，因此電荷＋q從a點(diǎn)釋放后，不可能沿電場線運(yùn)動到b點(diǎn)，C錯．當(dāng)再放入點(diǎn)電荷－Q后，合場強(qiáng)未知，因此在判斷電勢能的變化時(shí)，應(yīng)分別考慮電荷在兩個電場中的做功情況．原電場中＋q從a到b電場力做正功．－Q形成的電場中，電場力對＋q也做正功．所以電荷的電勢能減小，D選項(xiàng)正確.命題規(guī)律根據(jù)電場力做功與路徑無關(guān)的特點(diǎn)，確定電場力做的功，或根據(jù)能量關(guān)系確定電場力做功或兩點(diǎn)間電勢差．[考例2]如圖所示的勻強(qiáng)電場中，有a、b、c三點(diǎn)，ab＝5cm，bc＝12cm，其中ab沿電場方向，bc和電場方向成60°角，一個電荷量為q＝4×10－8C的正電荷從a移到b電場力做功為W1＝1.2×10－7J，求：(1)勻強(qiáng)電場的場強(qiáng)E＝？(2)電荷從b移到c，電場力做功W2＝？(3)a、c兩點(diǎn)的電勢差Uac＝？(2)設(shè)bc兩點(diǎn)沿場強(qiáng)方向距離為d1Ubc＝Ed1③d1＝bc·cos60°④W2＝qUbc⑤由③④⑤式得：W2＝qE·bc·cos60°＝1.44×10－7J.[答案](1)60V/m(2)1.44×10－7J(3)6.6V[總結(jié)評述]由于電場力做功W＝qU與路徑無關(guān)，只與初末位置間的電勢差有關(guān)，故可據(jù)已知的電場力做功先求電勢差，再據(jù)勻強(qiáng)電場中場強(qiáng)與電勢差的關(guān)系確定場強(qiáng)E，反之亦然．(2010·廣東省高考押題沖刺試卷)如圖所示，兩個平行金屬板AB中間為一勻強(qiáng)電場，AB相距10cm，C、D為電場中的兩點(diǎn)，CD＝8cm，CD連線和電場方向成60°角，C點(diǎn)到A板的距離為2cm，已知質(zhì)子從C點(diǎn)移到D點(diǎn)，電場力做功為3.2×10－17J.求：(1)勻強(qiáng)電場的電場強(qiáng)度；(2)AB兩點(diǎn)間的電勢差；(3)若將A板接地，則C、D兩點(diǎn)的電勢各為多大？[答案](1)5000V/m(2)500V(3)C點(diǎn)電勢為－100V，D點(diǎn)電勢為－300V命題規(guī)律根據(jù)帶電粒子的運(yùn)動軌跡和電場線(或等勢面)判斷粒子的動能變化，電勢能變化，電勢能的高低等有關(guān)問題．[考例3]一帶電油滴在勻強(qiáng)電場E中的運(yùn)動軌跡如圖中虛線所示，電場方向豎直向下．若不計(jì)空氣阻力，則此帶電油滴從a運(yùn)動到b的過程中，能量變化情況為()A．動能減小B．電勢能增加C．動能和電勢能之和減小D．重力勢能和電勢能之和增加[解析]該油滴從a點(diǎn)進(jìn)入電場，根據(jù)其軌跡的彎曲趨勢，可以判斷靜電力一定豎直向上，且靜電力大于重力，所以油滴帶負(fù)電荷．運(yùn)動過程中合力向上做正功，根據(jù)動能定理，油滴動能變大，A錯誤；靜電力做正功，電勢能必然減少，B錯誤；該處能量守恒的形式表現(xiàn)為電勢能、機(jī)械能(動能＋重力勢能)之和守恒．根據(jù)能量守恒定律，既然動能增加，則重力勢能與電勢能之和一定減少，D錯誤；油滴上升，重力勢能變大，動能和電勢能之和必然減少．[答案]C[總結(jié)評述](1)解決此類問題時(shí)，必須優(yōu)先做出判斷：考慮不考慮重力．(2)包括電勢能在內(nèi)的能量守恒或功能關(guān)系，往往是解決帶電體在電場中的曲線運(yùn)動問題最簡單的方法．(2010·安徽省級名校聯(lián)考)如圖所示，在兩等量點(diǎn)電荷連線上有D、E、F三點(diǎn)，且DE＝EF.K、M、L分別為過D、E、F三點(diǎn)的等勢面．一不計(jì)重力的帶負(fù)電粒子，從點(diǎn)a射入電場，運(yùn)動軌跡如圖中實(shí)線所示，以|Wab|表示該粒子從a到b電場力做功的數(shù)值，以|Wbc|表示該粒子從b到c電場力做功的數(shù)值，則 ()A．|Wab|＝|Wbc|B．|Wab|<|Wbc|C．粒子由a到b，動能減少D．a(chǎn)點(diǎn)的電勢較b點(diǎn)的電勢低[答案]C[解析]由等量異種點(diǎn)電荷的電場線的特點(diǎn)可知靠近電荷處電場強(qiáng)度大．類似公式U＝Ed知|Uab|>|Ubc|，而W＝qU，所以|Wab|>|Wbc|，故A、B均錯；從電荷的運(yùn)動軌跡可知該負(fù)電荷從a到c受到大體向左方向的作用，左側(cè)為正電荷，從左向右電勢降低，D錯；粒子由a到b，電場力做負(fù)功，電勢能增加，動能減少，C對.命題規(guī)律根據(jù)在勻強(qiáng)電場中的電勢差確定場強(qiáng)的方向和大小，或根據(jù)勻強(qiáng)電場中電場強(qiáng)度、電勢，確定某點(diǎn)的電勢大?。甗考例4]如圖所示，虛線方框內(nèi)有一勻強(qiáng)電場，A、B、C為該電場中的三個點(diǎn)，已知φA＝12V，φB＝6V，φC＝－6V，試在該方框中做出該電場的示意圖(即畫出幾條電場線)并要求保留作圖時(shí)所用的輔助線(用虛線表示)．若將一個電子從A點(diǎn)移到B點(diǎn)，電場力做多少電子伏的功？[解析]因φB＝6V，φC＝－6V，根據(jù)勻強(qiáng)電場的特點(diǎn)，在BC連線的中點(diǎn)D處的電勢必為零；同理，把AC線段等分成三份，在分點(diǎn)F處的電勢也必為零，連接DF即為該勻強(qiáng)電場中的一條等勢線，根據(jù)電場線與等勢面垂直，可以畫出電場中電場線如圖所示，由沿場強(qiáng)方向電勢降低可確定出場強(qiáng)的方向．將電子從A移到B，電場力做功為W＝－eUAB＝－e×(12－6)V＝－6eV.[答案]見解析[總結(jié)評述]沿勻強(qiáng)電場中任意一條直線電勢都是均勻變化的，這是確定這條直線上某點(diǎn)電勢的關(guān)鍵．(2010·安徽理綜)如圖所示，在xOy平面內(nèi)有一個以O(shè)為圓心、半徑R＝0.1m的圓，P為圓周上的一點(diǎn)，O、P兩點(diǎn)連線與x軸正方向的夾角為θ.若空間存在沿y軸負(fù)方向的勻強(qiáng)電場，場強(qiáng)大小E＝100V/m，則O、P兩點(diǎn)的電勢差可表示為 ()A．UOP＝－10sinθ(V)B．UOP＝10sinθ(V)C．UOP＝－10cosθ(V)D．UOP＝10cosθ(V)[答案]A[解析]本題考查了電勢高低的判斷和兩點(diǎn)間電勢差的計(jì)算，本題的突破點(diǎn)有二：其一沿電場方向電勢降低，其二兩點(diǎn)間電勢差為U＝Ed.因?yàn)檠仉妶龇较螂妱萁档停設(shè)點(diǎn)電勢比P點(diǎn)電勢低，故UOP＝－ERsinθ(V)＝－100×0.1sinθ(V)＝－10sinθ(V)，