新教材同步系列2024春高中物理第1章靜電場(chǎng)的描述素養(yǎng)提升課2電場(chǎng)能的性質(zhì)學(xué)生用書(shū)粵教版必修第三冊(cè)

素養(yǎng)提升課(二)電場(chǎng)能的性質(zhì)學(xué)習(xí)任務(wù)1．熟練掌握描述電場(chǎng)能性質(zhì)的物理量，靈活運(yùn)用電場(chǎng)中的功能關(guān)系。2．通過(guò)分析電勢(shì)、電勢(shì)能及電場(chǎng)力做功的綜合問(wèn)題，提高邏輯思維和科學(xué)思維能力。3．會(huì)綜合應(yīng)用運(yùn)動(dòng)和力、功和能的關(guān)系，分析帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)問(wèn)題，提升科學(xué)推理能力。電勢(shì)、電勢(shì)差、電勢(shì)能的比較物理量電勢(shì)電勢(shì)差UAB＝φA－φB電勢(shì)能區(qū)別定義式φ＝EUAB＝WEp＝qφ決定因素由電場(chǎng)本身決定，反映電場(chǎng)能的性質(zhì)由電場(chǎng)和電場(chǎng)中兩點(diǎn)間的位置決定由電勢(shì)和試探電荷共同決定相對(duì)性有，與零電勢(shì)位置的選取有關(guān)無(wú)，與零電勢(shì)位置的選取無(wú)關(guān)有，與零勢(shì)能面的選取有關(guān)聯(lián)系物理意義都是描述電場(chǎng)能的性質(zhì)的物理量單位伏特(V)焦耳(J)標(biāo)矢性都是標(biāo)量，都有正、負(fù)之分【典例1】(多選)一勻強(qiáng)電場(chǎng)的方向平行于xOy平面，平面內(nèi)a、b、c三點(diǎn)的位置如圖所示，三點(diǎn)的電勢(shì)分別為10V、17V、26V。下列說(shuō)法正確的是()A．電場(chǎng)強(qiáng)度的大小為2.5V/cmB．坐標(biāo)原點(diǎn)處的電勢(shì)為1VC．電子在a點(diǎn)的電勢(shì)能比在b點(diǎn)的低7eVD．電子從b點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到c點(diǎn)，電場(chǎng)力做功為9eV[聽(tīng)課記錄](méi)__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________電勢(shì)能、電勢(shì)、電勢(shì)差、靜電力做功的關(guān)系[跟進(jìn)訓(xùn)練]1．(多選)如圖所示，實(shí)線為電場(chǎng)線，虛線為等勢(shì)線，且AB＝BC，電場(chǎng)中A、B、C三點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度分別為EA、EB、EC，電勢(shì)分別為φA、φB、φC，AB、BC間的電勢(shì)差分別為UAB、UBC，則下列關(guān)系正確的有()A．φA＞φB＞φC B．EA＞EB＞ECC．UAB＜UBC D．UAB＝UBC電場(chǎng)線、等勢(shì)面和運(yùn)動(dòng)軌跡的綜合問(wèn)題在電場(chǎng)中，電場(chǎng)線和等勢(shì)面都是為了更好地描述電場(chǎng)而引入的，兩者之間既有聯(lián)系又有區(qū)別：(1)電場(chǎng)線始終與等勢(shì)面垂直。電荷沿著電場(chǎng)線移動(dòng)，電場(chǎng)力一定做功；電荷沿著同一等勢(shì)面移動(dòng)，電場(chǎng)力一定不做功。(2)在同一電場(chǎng)中，等差等勢(shì)面的疏密反映了電場(chǎng)的強(qiáng)弱，等差等勢(shì)面密集處，電場(chǎng)線也密集，電場(chǎng)強(qiáng)；反之，電場(chǎng)線稀疏，電場(chǎng)弱。(3)知道等勢(shì)面，可畫出電場(chǎng)線；知道電場(chǎng)線，也可畫出等勢(shì)面?！镜淅?】如圖所示，實(shí)線為方向未知的三條電場(chǎng)線，虛線分別為等勢(shì)線1、2、3，已知MN＝NQ，兩帶電粒子a、b從等勢(shì)線2上的O點(diǎn)以相同的初速度飛出。僅在電場(chǎng)力作用下，兩粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡如圖所示，則()A．a(chǎn)一定帶正電，b一定帶負(fù)電B．a(chǎn)加速度減小，b加速度增大C．M、N兩點(diǎn)間的電勢(shì)差|UMN|等于N、Q兩點(diǎn)間的電勢(shì)差|UNQ|D．a(chǎn)粒子到達(dá)等勢(shì)線3的動(dòng)能變化量比b粒子到達(dá)等勢(shì)線1的動(dòng)能變化量小思路點(diǎn)撥：(1)電場(chǎng)線密的地方，電場(chǎng)強(qiáng)度大，受力大，加速度大。(2)在非勻強(qiáng)電場(chǎng)中，可用U＝Ed定性判斷沿電場(chǎng)線方向相等距離的電勢(shì)差一般不相等。[聽(tīng)課記錄](méi)__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________電場(chǎng)線、等勢(shì)面、運(yùn)動(dòng)軌跡組合問(wèn)題的兩點(diǎn)技巧(1)利用電場(chǎng)線與等勢(shì)面垂直的特點(diǎn)，可以根據(jù)等勢(shì)面的形狀畫出電場(chǎng)線，如果已知等勢(shì)面電勢(shì)的高低關(guān)系，則可以確定電場(chǎng)線的方向。(2)帶電粒子做曲線運(yùn)動(dòng)時(shí)，運(yùn)動(dòng)軌跡總是彎向粒子受力的方向，可以根據(jù)運(yùn)動(dòng)軌跡的形狀判斷粒子受到的電場(chǎng)力的方向，也可以得出電場(chǎng)力做功的情況及粒子的速度、動(dòng)能和電勢(shì)能的變化情況。[跟進(jìn)訓(xùn)練]2．(多選)如圖所示，真空中M、N處分別放置兩等量異種電荷，a、b、c表示電場(chǎng)中的3條等勢(shì)線，d點(diǎn)和e點(diǎn)位于a等勢(shì)線上，f點(diǎn)位于c等勢(shì)線上，df平行于MN。下列說(shuō)法正確的是()A．d點(diǎn)的電勢(shì)高于f點(diǎn)的電勢(shì)B．d點(diǎn)的電勢(shì)與e點(diǎn)的電勢(shì)相等C．若將一負(fù)試探電荷沿直線由d點(diǎn)移動(dòng)到f點(diǎn)，則靜電力先做正功、后做負(fù)功D．若將一正試探電荷沿直線由d點(diǎn)移動(dòng)到e點(diǎn)，試探電荷的電勢(shì)能增加電場(chǎng)中的能量問(wèn)題靜電力做功的四種求法四種求法表達(dá)式注意問(wèn)題功的定義W＝Fd＝qEd(1)適用于勻強(qiáng)電場(chǎng)(2)d表示兩點(diǎn)間沿電場(chǎng)線方向的距離功能關(guān)系WAB＝EpA－EpBWAB＝－ΔEp(1)既適用于勻強(qiáng)電場(chǎng)，也適用于非勻強(qiáng)電場(chǎng)(2)既適用于只受靜電力的情況，也適用于受多種力的情況電勢(shì)差法WAB＝qUAB動(dòng)能定理W靜電力＋W其他力＝ΔEk【典例3】(多選)如圖所示，在水平向右的勻強(qiáng)電場(chǎng)中有一絕緣斜面，斜面上有一帶電金屬塊沿斜面下滑，已知在金屬塊下滑的過(guò)程中動(dòng)能增加了10J，金屬塊克服摩擦力做功6J，重力做功18J，則以下判斷正確的是()A．金屬塊帶負(fù)電B．電場(chǎng)力做功－2JC．金屬塊的電勢(shì)能與動(dòng)能之和增加了12JD．金屬塊的機(jī)械能減少了10J思路點(diǎn)撥：分析金屬塊的受力應(yīng)用動(dòng)能定理或功能關(guān)系建立定量關(guān)系[聽(tīng)課記錄](méi)__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________在解決電場(chǎng)中的能量問(wèn)題時(shí)常用到的基本規(guī)律有：動(dòng)能定理、能量守恒定律、功能關(guān)系。(1)應(yīng)用動(dòng)能定理解決問(wèn)題需研究合外力的功(或總功)。(2)應(yīng)用能量守恒定律解決問(wèn)題需注意電勢(shì)能和其他形式能之間的轉(zhuǎn)化。(3)應(yīng)用功能關(guān)系解決該類問(wèn)題需明確電場(chǎng)力做功與電勢(shì)能改變之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。(4)有電場(chǎng)力做功的過(guò)程機(jī)械能不守恒，但機(jī)械能與電勢(shì)能的總和保持不變。[跟進(jìn)訓(xùn)練]3．如圖所示，光滑絕緣半圓環(huán)軌道放在豎直向下的勻強(qiáng)電場(chǎng)中，場(chǎng)強(qiáng)大小為E。圓環(huán)半徑為R，在與環(huán)心等高處放有一質(zhì)量為m、帶電荷量＋q的小球，由靜止開(kāi)始沿軌道運(yùn)動(dòng)，重力加速度為g，下列說(shuō)法正確的是()A．小球在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中機(jī)械能守恒B．小球經(jīng)過(guò)環(huán)的最低點(diǎn)時(shí)速度最大C．小球電勢(shì)能增加qERD．小球由靜止釋放到達(dá)最低點(diǎn)，動(dòng)能的增量等于mgR素養(yǎng)提升課(二)電場(chǎng)能的性質(zhì)[關(guān)鍵能力·情境探究達(dá)成]典例1ABD[ac垂直于bc，沿ca和cb兩方向的場(chǎng)強(qiáng)分量大小分別為E1＝Ucaac＝2V/cm、E2＝Ucbbc＝1.5V/cm，根據(jù)矢量合成可知E＝2.5V/cm，A正確；根據(jù)在勻強(qiáng)電場(chǎng)中平行線上等距同向的兩點(diǎn)間的電勢(shì)差相等，有φO－φa＝φb－φc，得φO＝1V，B正確；電子在a、b、c三點(diǎn)的電勢(shì)能分別為－10eV、－17eV和－26eV，故電子在a點(diǎn)的電勢(shì)能比在b點(diǎn)的高7eV，C錯(cuò)誤；電子從b點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到c點(diǎn)，電場(chǎng)力做功W＝(－17eV)－(－26eV)＝9eV跟進(jìn)訓(xùn)練1．AC[沿電場(chǎng)線方向，電勢(shì)越來(lái)越低，所以A點(diǎn)電勢(shì)最高，C點(diǎn)電勢(shì)最低，A正確；電場(chǎng)線越密集的地方電場(chǎng)強(qiáng)度越強(qiáng)，由題圖可知，C點(diǎn)電場(chǎng)強(qiáng)度最強(qiáng)，A點(diǎn)電場(chǎng)強(qiáng)度最弱，B錯(cuò)誤；由于BC間的電場(chǎng)強(qiáng)度大于AB間的電場(chǎng)強(qiáng)度，由U＝Ed可知，UAB＜UBC，C正確，D錯(cuò)誤。]典例2B[由題圖所示帶電粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡，結(jié)合曲線運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)可知，帶電粒子所受的電場(chǎng)力方向相反，即兩粒子所帶電荷性質(zhì)相反，但因?yàn)殡妶?chǎng)線的方向不確定，故不能判斷帶電粒子所帶電荷的性質(zhì)，A錯(cuò)誤；由電場(chǎng)線的疏密可知，a加速度減小，b加速度增大，B正確；因?yàn)槭欠莿驈?qiáng)電場(chǎng)，故MN兩點(diǎn)間的電勢(shì)差并不等于NQ兩點(diǎn)間的電勢(shì)差，C錯(cuò)誤；因?yàn)榈葎?shì)線1與2之間的電場(chǎng)強(qiáng)度比2與3之間的電場(chǎng)強(qiáng)度要大，故1、2之間的電勢(shì)差大小要大于2、3之間的電勢(shì)差大小，但兩粒子所帶的電荷量大小不確定，故無(wú)法比較動(dòng)能變化量的大小，D錯(cuò)誤。]跟進(jìn)訓(xùn)練2．AB[電場(chǎng)線從M指向N，而沿電場(chǎng)方向電勢(shì)降低，所以d點(diǎn)的電勢(shì)高于f點(diǎn)的電勢(shì)，故A正確；d點(diǎn)和e點(diǎn)在同一條等勢(shì)線上，所以兩點(diǎn)電勢(shì)相等，故B正確；若將一負(fù)試探電荷沿直線由d點(diǎn)移動(dòng)到f點(diǎn)，靜電力方向與運(yùn)動(dòng)方向夾角為鈍角，所以靜電力一直做負(fù)功，故C錯(cuò)誤；若將一正試探電荷沿直線由d點(diǎn)移動(dòng)到e點(diǎn)，由于d、e兩點(diǎn)的電勢(shì)相等，所以靜電力做功為零，電勢(shì)能不變，故D錯(cuò)誤。]典例3BC[在金屬塊下滑的過(guò)程中動(dòng)能增加了10J，金屬塊克服摩擦力做功6J，即摩擦力做功為－6J，重力做功18J，根據(jù)動(dòng)能定理得W總＝WG＋W電＋Wf＝ΔEk，解得電場(chǎng)力做功為W電＝－2J，所以金屬塊克服電場(chǎng)力做功2J，金屬塊的電勢(shì)能增加2J；由于金屬塊下滑過(guò)程中電場(chǎng)力做負(fù)功，場(chǎng)強(qiáng)方向水平向右，所以金屬塊帶正電，故A錯(cuò)誤，B正確；動(dòng)能增加了10J，電勢(shì)能增加了2J，故金屬塊的電勢(shì)能與動(dòng)能之和增加了12J