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第九章靜電場(chǎng)第2講靜電場(chǎng)中能的性質(zhì)考點(diǎn)1描述電場(chǎng)能的性質(zhì)的物
理量考點(diǎn)2電場(chǎng)線、等勢(shì)面及粒子運(yùn)動(dòng)軌跡問(wèn)題考點(diǎn)3電勢(shì)差與電場(chǎng)強(qiáng)度的關(guān)系練習(xí)幫練透好題精準(zhǔn)分層02點(diǎn)擊此處添加小標(biāo)題點(diǎn)擊此處添加正文01點(diǎn)擊此處添加小標(biāo)題點(diǎn)擊此處添加正文目錄CContents課標(biāo)要求核心考點(diǎn)五年考情1.知道靜電場(chǎng)中的電荷具
有電勢(shì)能.2.了解電勢(shì)能、電勢(shì)和電
勢(shì)差的含義.3.知道勻強(qiáng)電場(chǎng)中電勢(shì)差
與電場(chǎng)強(qiáng)度的關(guān)系.描述電場(chǎng)能的
性質(zhì)的物理量2023:北京T8,湖北T3,遼寧T9,海南
T12,山東T11;2022:河北T6,全國(guó)乙T19;2021:海南T11,浙江1月T5;2020:山東T10,全國(guó)ⅡT20;2019:北京T17課標(biāo)要求核心考點(diǎn)五年考情1.知道靜電場(chǎng)中的電荷具
有電勢(shì)能.2.了解電勢(shì)能、電勢(shì)和電
勢(shì)差的含義.3.知道勻強(qiáng)電場(chǎng)中電勢(shì)差
與電場(chǎng)強(qiáng)度的關(guān)系.電場(chǎng)線、等勢(shì)面
及粒子運(yùn)動(dòng)軌跡
問(wèn)題2023:天津T8,全國(guó)乙T19;2022:浙江1月T10;2021:湖北T8,全國(guó)乙T15,全國(guó)甲
T19,上海T18,浙江6月T6;2020:北京T7,海南T10,浙江7月
T8;2019:海南T1,上海T14課標(biāo)要求核心考點(diǎn)五年考情1.知道靜電場(chǎng)中的電荷具有
電勢(shì)能.2.了解電勢(shì)能、電勢(shì)和電勢(shì)
差的含義.3.知道勻強(qiáng)電場(chǎng)中電勢(shì)差與
電場(chǎng)強(qiáng)度的關(guān)系.電勢(shì)差與電場(chǎng)強(qiáng)度
的關(guān)系2023:湖北T10,浙江6月T12核心素養(yǎng)對(duì)接1.物理觀念:理解電勢(shì)、電勢(shì)差、電勢(shì)能、電場(chǎng)線、等勢(shì)面等基
本概念,促進(jìn)能量觀念的形成.2.科學(xué)思維:類(lèi)比重力勢(shì)能引入電勢(shì)能;運(yùn)用電場(chǎng)線和等勢(shì)面模
型研究靜電場(chǎng).3.科學(xué)態(tài)度與責(zé)任:滲透物理與技術(shù)、社會(huì)、環(huán)境之間的關(guān)系,
培養(yǎng)責(zé)任意識(shí).命題分析預(yù)測(cè)每年必考,主要以選擇題形式呈現(xiàn),多從電場(chǎng)線、等勢(shì)面考查電
勢(shì)、電勢(shì)差、電場(chǎng)強(qiáng)度及電勢(shì)能等問(wèn)題,難度中等.預(yù)計(jì)2025年仍
會(huì)延續(xù)往年的考查形式及特點(diǎn).
1.靜電力做功靜電力做功的特點(diǎn):靜電力做功與[1]
?無(wú)關(guān),只與電荷量和電荷移動(dòng)過(guò)程
始、末位置間的電勢(shì)差有關(guān).路徑考點(diǎn)1描述電場(chǎng)能的性質(zhì)的物理量2.電勢(shì)能電荷在電場(chǎng)中具有的勢(shì)能.電勢(shì)能具有相對(duì)性,通常把[2]
或[3]
?
的電勢(shì)能規(guī)定為零.數(shù)值上等于將其從該點(diǎn)移到零電勢(shì)能位置過(guò)程中靜電力所
做的功.無(wú)限遠(yuǎn)處大地
表面
電勢(shì)能電荷量標(biāo)量零電勢(shì)點(diǎn)4.靜電力做功與電勢(shì)能變化的關(guān)系→類(lèi)比重力做功與重力勢(shì)能變化的關(guān)系靜電力做的功等于電荷電勢(shì)能的[8]
,即WAB=EpA-EpB.
靜電力對(duì)電荷做
多少正功,電荷電勢(shì)能就[9]
?多少;電荷克服靜電力做多少功,電荷電勢(shì)能
就[10]
多少.減少量減少增加
如圖所示,電荷量為q的正試探電荷在電場(chǎng)強(qiáng)度為E的勻強(qiáng)電場(chǎng)中.(1)沿直線從A移動(dòng)到B,靜電力做的功為
?.(2)若該試探電荷沿任意曲線從A移動(dòng)到B,靜電力做的功為
?.(3)電荷在勻強(qiáng)電場(chǎng)中沿不同路徑從A移動(dòng)到B,靜電力做功
(選填“相同”
或“不同”),說(shuō)明靜電力做功與路徑
(選填“有關(guān)”或“無(wú)關(guān)”),只
與
有關(guān).W=FLABcosθ=qELAM
qELAM
相同無(wú)關(guān)初、末位置(4)若該試探電荷從A沿電場(chǎng)線方向移動(dòng)到M,靜電力做
(選填“正功”或
“負(fù)功”),電勢(shì)能
(選填“增加”或“減小”).正功減小命題點(diǎn)1電場(chǎng)力做功、電勢(shì)能和電勢(shì)的關(guān)系1.[2023全國(guó)乙/多選]在O點(diǎn)處固定一個(gè)正點(diǎn)電荷,P點(diǎn)在O點(diǎn)右上方.從P點(diǎn)由靜止釋
放一個(gè)帶負(fù)電的小球,小球僅在重力和該點(diǎn)電荷電場(chǎng)力作用下在豎直面內(nèi)運(yùn)動(dòng),其
一段軌跡如圖所示.M、N是軌跡上的兩點(diǎn),OP>OM,OM=ON,則小球(
BC
)A.在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中,電勢(shì)能先增加后減少B.在P點(diǎn)的電勢(shì)能大于在N點(diǎn)的電勢(shì)能C.在M點(diǎn)的機(jī)械能等于在N點(diǎn)的機(jī)械能D.從M點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到N點(diǎn)的過(guò)程中,電場(chǎng)力始終不做功BC[解析]
畫(huà)出O點(diǎn)處點(diǎn)電荷過(guò)M、N兩點(diǎn)的等勢(shì)面,如圖所示,由圖可知帶負(fù)電的小
球在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中電場(chǎng)力先做正功,后做負(fù)功,電勢(shì)能先減小后增大,AD錯(cuò);沿電場(chǎng)
線方向電勢(shì)降低,則φN>φP,根據(jù)電勢(shì)能計(jì)算式Ep=qφ,結(jié)合小球帶負(fù)電可知EpN<
EpP,B對(duì);小球在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中動(dòng)能、重力勢(shì)能、電勢(shì)能的總和保持不變,M、N兩
點(diǎn)在點(diǎn)電荷的等勢(shì)面上,因此小球在M、N兩點(diǎn)時(shí)的電勢(shì)能相等,又機(jī)械能為動(dòng)能
與重力勢(shì)能之和,則小球在M、N兩點(diǎn)時(shí)的機(jī)械能相等,C對(duì).2.[2023海南/多選]如圖所示,正三角形三個(gè)頂點(diǎn)固定三個(gè)帶等量電荷的點(diǎn)電荷,其
中A、B帶正電,C帶負(fù)電,O、M、N為AB邊的四等分點(diǎn),下列說(shuō)法正確的是
(
BC
)A.M、N兩點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度相同B.M、N兩點(diǎn)的電勢(shì)相同C.負(fù)電荷在M點(diǎn)的電勢(shì)能比在O點(diǎn)時(shí)要小D.負(fù)電荷在N點(diǎn)的電勢(shì)能比在O點(diǎn)時(shí)要大BC
命題拓展(1)[試探電荷帶正電]若將正試探電荷沿MN由M點(diǎn)移動(dòng)到N點(diǎn),則該過(guò)程中,①電勢(shì)怎樣變化?
?;②電場(chǎng)力做功多少?
?;③電勢(shì)能如何變化?
?.先增大后減小零先增大后減小[解析]
電勢(shì)與試探電荷的電荷量、電性無(wú)關(guān),MN段,O點(diǎn)電勢(shì)最小,所以該過(guò)
程電勢(shì)先減小后增大;因M、N兩點(diǎn)電勢(shì)相同,由電場(chǎng)力做功公式可知,將試探電
荷由M點(diǎn)移動(dòng)到N點(diǎn)過(guò)程中電場(chǎng)力做功為零;正電荷在O點(diǎn)電勢(shì)能最小,所以該過(guò)程
電勢(shì)能先減小后增大.(2)[原電荷帶負(fù)電]若使題中B點(diǎn)固定的點(diǎn)電荷帶負(fù)電,則①M(fèi)、N兩點(diǎn)電勢(shì)是否相同?若不相同,哪一點(diǎn)電勢(shì)更高?[答案]
不相同
M點(diǎn)
②負(fù)電荷在M、N兩點(diǎn)中哪一點(diǎn)的電勢(shì)能更大?[答案]
N點(diǎn)[解析]
若B點(diǎn)固定的點(diǎn)電荷帶負(fù)電,M、N兩點(diǎn)電勢(shì)不相同;M點(diǎn)電勢(shì)更高.[解析]
當(dāng)負(fù)電荷在M、N兩點(diǎn)時(shí),在N點(diǎn)的電勢(shì)能更大.方法點(diǎn)撥1.電勢(shì)高低的判斷方法判斷角度判斷方法依據(jù)電場(chǎng)線方向沿電場(chǎng)線方向電勢(shì)逐漸降低,沿場(chǎng)強(qiáng)方向電勢(shì)降低得最快依據(jù)電場(chǎng)力做功依據(jù)場(chǎng)源電荷的
正負(fù)取無(wú)窮遠(yuǎn)處電勢(shì)為零,正電荷周?chē)妱?shì)為正值,負(fù)電荷周?chē)?/p>
勢(shì)為負(fù)值;靠近正電荷處電勢(shì)高,靠近負(fù)電荷處電勢(shì)低依據(jù)電勢(shì)能的大小正電荷在電勢(shì)較高處電勢(shì)能大,負(fù)電荷在電勢(shì)較低處電勢(shì)能大2.電勢(shì)能大小的判斷方法判斷方法方法解讀做功判斷法電場(chǎng)力做正功,電勢(shì)能減少;電場(chǎng)力做負(fù)功,電勢(shì)能增加電荷電勢(shì)法正電荷在電勢(shì)高的地方電勢(shì)能大;負(fù)電荷在電勢(shì)低的地方電勢(shì)能大公式法將電荷量、電勢(shì)連同正、負(fù)號(hào)一起代入公式Ep=qφ,正Ep的絕對(duì)值
越大,電勢(shì)能越大;負(fù)Ep的絕對(duì)值越大,電勢(shì)能越小能量守恒法在電場(chǎng)中,若只有電場(chǎng)力做功時(shí),電荷的動(dòng)能和電勢(shì)能相互轉(zhuǎn)化,
動(dòng)能增加,電勢(shì)能減少;反之,動(dòng)能減少,電勢(shì)能增加命題點(diǎn)2標(biāo)量求和法比較電勢(shì)的高低3.[多選]如圖所示,四個(gè)帶電荷量絕對(duì)值相等的點(diǎn)電荷分別固定在豎直平面內(nèi)某一
正方形的四個(gè)頂點(diǎn)上,A、B、C、D四個(gè)點(diǎn)分別為對(duì)應(yīng)的四條邊的中點(diǎn),現(xiàn)有某一
帶正電的試探電荷在四個(gè)電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng),下列說(shuō)法正確的是(
AD
)A.D點(diǎn)的電勢(shì)小于A點(diǎn)的電勢(shì)B.D點(diǎn)的電勢(shì)小于C點(diǎn)的電勢(shì)C.試探電荷僅在靜電力作用下從A點(diǎn)沿AC運(yùn)動(dòng)到C點(diǎn),其加速度逐漸
增大D.直線BD所在的水平面為等勢(shì)面AD[解析]
取無(wú)窮遠(yuǎn)處為零電勢(shì)點(diǎn),A點(diǎn)在兩個(gè)正電荷電場(chǎng)中電勢(shì)為2φ1,在兩個(gè)負(fù)電
荷電場(chǎng)中電勢(shì)為-2φ2,因φ1>φ2,故A點(diǎn)的電勢(shì)為(2φ1-2φ2)>0,同理C點(diǎn)的電勢(shì)為
(-2φ1+2φ2)<0,D點(diǎn)在左上正電荷、左下負(fù)電荷的電場(chǎng)中電勢(shì)為0,同理,在右上
正電荷、右下負(fù)電荷的電場(chǎng)中電勢(shì)也為0,故D點(diǎn)電勢(shì)為零,有φA>φD,φD>φC,A
正確,B錯(cuò)誤;由場(chǎng)強(qiáng)疊加原理可知,A、C兩點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)相同,故試探電荷在這兩點(diǎn)
的加速度也相同,所以試探電荷僅在靜電力作用下從A點(diǎn)沿AC運(yùn)動(dòng)到C點(diǎn),加速度
并不是一直增大,故C錯(cuò)誤;B、D所在的水平面上任意一點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)方向均豎直向
下,故在這個(gè)水平面內(nèi)移動(dòng)電荷時(shí),靜電力不做功,所以此面一定為等勢(shì)面,故D
正確.1.等勢(shì)面電場(chǎng)中[11]
的各點(diǎn)構(gòu)成的面.2.等勢(shì)面的特點(diǎn)(1)在同一等勢(shì)面上移動(dòng)電荷時(shí)靜電力[12]
?.(2)等勢(shì)面一定與[13]
垂直,并且電場(chǎng)線方向總是從電勢(shì)[14]
?的等
勢(shì)面指向電勢(shì)[15]
的等勢(shì)面.(3)等差等勢(shì)面越密的地方電場(chǎng)強(qiáng)度[16]
,反之[17]
?.(4)任意兩個(gè)等勢(shì)面都不相交.電勢(shì)相同不做功電場(chǎng)線高低越大越小考點(diǎn)2電場(chǎng)線、等勢(shì)面及粒子運(yùn)動(dòng)軌跡問(wèn)題3.幾種常見(jiàn)等勢(shì)面點(diǎn)電荷電場(chǎng)勻強(qiáng)電場(chǎng)等量同種點(diǎn)電荷電場(chǎng)等量異種點(diǎn)電荷電場(chǎng)
如圖所示是等高線圖.思考:類(lèi)比到電場(chǎng)中,我們用類(lèi)似的方法表示電場(chǎng)中電勢(shì)相
等的各點(diǎn)在一個(gè)等勢(shì)面上.分析下列關(guān)于等勢(shì)面的說(shuō)法.(1)電荷在等勢(shì)面上移動(dòng)時(shí)不受靜電力作用,所以靜電力不做功.
(?)(2)等勢(shì)面上各點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)相等.
(?)??(3)勻強(qiáng)電場(chǎng)中的等勢(shì)面是相互平行且垂直于電場(chǎng)線的一簇平面.
(
√
)(4)等勢(shì)面上,不僅各點(diǎn)電勢(shì)相同,電場(chǎng)強(qiáng)度也一定相同.
(?)(5)若圖中數(shù)字的單位是V,a側(cè)的電勢(shì)比b側(cè)的電勢(shì)降落得快.
(
√
)(6)a側(cè)的電場(chǎng)強(qiáng)度大于b側(cè)的電場(chǎng)強(qiáng)度.
(
√
)√?√√命題點(diǎn)1對(duì)等勢(shì)面的理解4.[2023遼寧/多選]圖(a)為金屬四極桿帶電粒子質(zhì)量分析器的局部結(jié)構(gòu)示意圖,圖
(b)為四極桿內(nèi)垂直于x
軸的任意截面內(nèi)的等勢(shì)面分布圖,相鄰兩等勢(shì)面間電勢(shì)差相
等,則(
CD
)圖(a)CD圖(b)A.P點(diǎn)電勢(shì)比M點(diǎn)的低B.P點(diǎn)電場(chǎng)強(qiáng)度大小比M點(diǎn)的大C.M點(diǎn)電場(chǎng)強(qiáng)度方向沿z軸正方向D.沿x軸運(yùn)動(dòng)的帶電粒子,電勢(shì)能不變[解析]
由題圖(b)可知M點(diǎn)靠近帶負(fù)電的極桿,P點(diǎn)靠近帶正電的極桿,又電勢(shì)沿場(chǎng)
強(qiáng)方向降低,則P點(diǎn)的電勢(shì)比M點(diǎn)的電勢(shì)高,A錯(cuò)誤;等勢(shì)面的疏密程度反映場(chǎng)強(qiáng)的
大小,由題圖(b)可知M點(diǎn)的等勢(shì)面密,則M點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度大,B錯(cuò)誤;由對(duì)稱(chēng)性可
知兩帶正電的極桿在M點(diǎn)產(chǎn)生的電場(chǎng)方向沿z軸正方向,兩帶負(fù)電的極桿在M點(diǎn)產(chǎn)生
的電場(chǎng)方向也沿z軸正方向,則由電場(chǎng)強(qiáng)度的疊加可知M點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度方向沿z軸的
正方向,C正確;由對(duì)稱(chēng)性可知x軸上的電場(chǎng)強(qiáng)度為零,則帶電粒子沿x軸運(yùn)動(dòng)時(shí)始
終不受電場(chǎng)力的作用,所以電場(chǎng)力不做功,電勢(shì)能保持不變,D正確.命題點(diǎn)2電場(chǎng)線、等勢(shì)面與運(yùn)動(dòng)軌跡的綜合5.[電場(chǎng)線+等勢(shì)線+運(yùn)動(dòng)軌跡/2022浙江1月]某種氣體—電子放大器的局部結(jié)構(gòu)是由
兩塊夾有絕緣介質(zhì)的平行金屬薄膜構(gòu)成,其上存在等間距小孔,其中相鄰兩孔截面
上的電場(chǎng)線和等勢(shì)線的分布如圖所示.下列說(shuō)法正確的是(
C
)A.a點(diǎn)所在的線是等勢(shì)線B.b點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度比c點(diǎn)的大C.b、c兩點(diǎn)間的電勢(shì)差的值比a、c兩點(diǎn)間的大D.將電荷沿圖中的線從d→e→f→g移動(dòng)時(shí)電場(chǎng)力做功為零C[解析]
根據(jù)題意,平行金屬薄膜中間夾著絕緣介質(zhì),所以電場(chǎng)線是豎著的,等勢(shì)
線與電場(chǎng)線互相垂直,是橫著的,所以a點(diǎn)所在的線是電場(chǎng)線,A錯(cuò)誤;b點(diǎn)處的電
場(chǎng)線比c點(diǎn)處稀疏,則Eb<Ec,B錯(cuò)誤;根據(jù)電場(chǎng)線與等勢(shì)線垂直可知,過(guò)a點(diǎn)的等
勢(shì)線比過(guò)b點(diǎn)的等勢(shì)線靠下,因此b、c兩點(diǎn)間的電勢(shì)差的值比a、c兩點(diǎn)間的大,C正
確;電場(chǎng)力做功與路徑無(wú)關(guān),取決于電勢(shì)差,圖中d、g并不在同一條等勢(shì)線上,因
此電場(chǎng)力做功不為零,D錯(cuò)誤.方法點(diǎn)撥電場(chǎng)線、等勢(shì)面及運(yùn)動(dòng)軌跡問(wèn)題的分析方法判斷速度方向帶電粒子運(yùn)動(dòng)軌跡上某點(diǎn)的切線方向?yàn)榻?jīng)過(guò)該點(diǎn)時(shí)的速度方向.
選用軌跡和電場(chǎng)線(等勢(shì)線)的交點(diǎn)更方便判斷靜電力方向僅受靜電力作用時(shí),因軌跡始終夾在速度方向和帶電粒子所受靜
電力方向之間,而且向靜電力一側(cè)彎曲,結(jié)合速度方向,可以判
斷靜電力方向.若已知電場(chǎng)線和軌跡,所受靜電力的方向與電場(chǎng)線(或電場(chǎng)線的
切線)共線.若已知等勢(shì)線和軌跡,所受靜電力的方向與等勢(shì)線垂直判斷靜電力做功
的正負(fù)及電勢(shì)能
的增減若靜電力方向與速度方向成銳角,則靜電力做正功,電勢(shì)能減
少;若靜電力方向與速度方向成鈍角,則靜電力做負(fù)功,電勢(shì)能
增加6.[等勢(shì)線+電場(chǎng)力和電勢(shì)能比較/2021全國(guó)乙]如圖(a),在一塊很大的接地金屬平板
的上方固定一負(fù)電荷.由于靜電感應(yīng),在金屬平板上表面產(chǎn)生感應(yīng)電荷,金屬板上方
電場(chǎng)的等勢(shì)面如圖(b)中虛線所示,相鄰等勢(shì)面間的電勢(shì)差都相等.若將一正試探電荷
先后放于M和N處,該試探電荷受到的電場(chǎng)力大小分別為FM和FN,相應(yīng)的電勢(shì)能分
別為EpM和EpN,則(
A
)圖(a)
圖(b)AA.FM<FN,EpM>EpNB.FM>FN,EpM>EpNC.FM<FN,EpM<EpND.FM>FN,EpM<EpN
1.電勢(shì)差(1)定義:在電場(chǎng)中,兩點(diǎn)之間電勢(shì)的差值叫作電勢(shì)差.(2)定義式:UAB=[18]
?.2.電勢(shì)差與電勢(shì)的關(guān)系UAB=[19]
,UAB=-UBA.
φA-φB
考點(diǎn)3電勢(shì)差與電場(chǎng)強(qiáng)度的關(guān)系拓展在勻強(qiáng)電場(chǎng)中由公式U=Ed得出的“一式二結(jié)論”3.勻強(qiáng)電場(chǎng)中電勢(shì)差與電場(chǎng)強(qiáng)度的關(guān)系(1)UAB=Ed,d為[20]
?.
(2)沿電場(chǎng)方向電勢(shì)降低得最快.A、B兩點(diǎn)沿電場(chǎng)方向的距離
圖甲中是勻強(qiáng)電場(chǎng),其中AB與BC等距,圖乙中是負(fù)點(diǎn)電荷電場(chǎng),其中A'B'與B'C'
等距.(1)甲圖中的UAB
(填“大于”“等于”或“小于”)UBC.
等于(2)試分析乙圖中的A'B'間電勢(shì)差UA'B'與B'C'間電勢(shì)差UB'C'的大小關(guān)系.[解析]
圖乙中A'B'之間的場(chǎng)強(qiáng)小于B'C'之間的場(chǎng)強(qiáng),由此電場(chǎng)是負(fù)點(diǎn)電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)
和U=Ed可知,UA'B'小于UB'C'.
A.865V/m,垂直AC向左B.865V/m,垂直AC向右C.1000V/m,垂直AB斜向上D.1000V/m,垂直AB斜向下D
命題點(diǎn)2等分法確定電場(chǎng)線及電勢(shì)高低8.[2024湖北武漢實(shí)驗(yàn)中學(xué)質(zhì)檢]如圖,在勻強(qiáng)電場(chǎng)中,A、B、C、D、E、F位于正
六邊形的頂點(diǎn)上,勻強(qiáng)電場(chǎng)的方向平行于正六邊形所在的平面.已知A、B、D、E的
電勢(shì)分別為-2V、0V、6V、4V.則下列說(shuō)法正確的是(
D
)A.C點(diǎn)的電勢(shì)φC=2VB.F點(diǎn)的電勢(shì)φF=1VC.A、F間的電勢(shì)差UAF=2VD.C、F間的電勢(shì)差UCF=4VD[解析]
連接AD、BF、CE,AD與BF、CE的交點(diǎn)為M、N;設(shè)六邊形的中心點(diǎn)為
O,如圖所示.由圖可知,AD與BF、CE都垂直,由正六邊形的特點(diǎn)可知,AM=MO
=ON=ND,又由在勻強(qiáng)電場(chǎng)中將某一線段等分的同時(shí)就將該線段對(duì)應(yīng)的電勢(shì)差等
分可知,M、O、N的電勢(shì)分別是0V、2V、4V,又E點(diǎn)電勢(shì)為4V,則C點(diǎn)的電勢(shì)一
定與N點(diǎn)相等,也為4V,故A錯(cuò)誤;M點(diǎn)電勢(shì)為0V,B點(diǎn)電勢(shì)為0V,則F點(diǎn)的電勢(shì)
也為0V,B錯(cuò)誤;所以有UAF=φA-φF=-2V,故C錯(cuò)誤;點(diǎn)C、F之間的電勢(shì)差為
UCF=φC-φF=4V,故D正確.方法點(diǎn)撥
用“等分法”求勻強(qiáng)電場(chǎng)的電場(chǎng)強(qiáng)度的步驟1.已知或找到勻強(qiáng)電場(chǎng)中某幾點(diǎn)的電勢(shì).(如圖)2.用等分法找到與待求點(diǎn)的電勢(shì)相同的等勢(shì)點(diǎn),連接等勢(shì)點(diǎn)可得等勢(shì)面.(如圖)3.作等勢(shì)面的垂線可以確定電場(chǎng)線,根據(jù)電勢(shì)的升降可知電場(chǎng)強(qiáng)度的方向.(如圖)
命題點(diǎn)3非勻強(qiáng)電場(chǎng)中電場(chǎng)強(qiáng)度和電勢(shì)差9.空間存在如圖所示的靜電場(chǎng),a、b、c、d、e、f為電場(chǎng)中的六個(gè)點(diǎn),b、e、f在同
一直線上,且ef=fb,則(
A
)A.a點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)比b點(diǎn)的大B.d點(diǎn)的電勢(shì)比c點(diǎn)的低C.質(zhì)子在d點(diǎn)的電勢(shì)能比在c點(diǎn)的小D.e、f之間的電勢(shì)差Uef等于f、b之間的電勢(shì)差UfbA[解析]
a點(diǎn)的電場(chǎng)線比b點(diǎn)的電場(chǎng)線更密,根據(jù)電場(chǎng)線的疏密程度表示電場(chǎng)強(qiáng)度的
大小,可知a點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)比b點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)大,故A正確;圖中電場(chǎng)為非勻強(qiáng)電場(chǎng),故Uef
≠Ufb,D錯(cuò)誤;根據(jù)沿著電場(chǎng)線方向電勢(shì)不斷降低,可知d點(diǎn)的電勢(shì)比c點(diǎn)的電勢(shì)
高,故B錯(cuò)誤;根據(jù)正電荷在電勢(shì)越高的點(diǎn)電勢(shì)能越大,可知質(zhì)子在d點(diǎn)的電勢(shì)能比
在c點(diǎn)的電勢(shì)能大,故C錯(cuò)誤.命題拓展
命題條件不變,拓展考查點(diǎn)(1)將電子從a點(diǎn)移動(dòng)到b點(diǎn),電場(chǎng)力做什么功?[答案]
正功
[解析]
沿電場(chǎng)線方向電勢(shì)逐漸降低,故a點(diǎn)的電勢(shì)低于b點(diǎn)的電勢(shì),而負(fù)電荷在
電勢(shì)越低的點(diǎn)電勢(shì)能越大,故電子在a點(diǎn)的電勢(shì)能高于在b點(diǎn)的電勢(shì)能,所以將電子
從a點(diǎn)移動(dòng)到b點(diǎn),電勢(shì)能減小,故電場(chǎng)力做正功.[解析]
中間點(diǎn)電荷若為正電荷,則e點(diǎn)電勢(shì)高于f點(diǎn)電勢(shì),負(fù)電荷在電勢(shì)越低的點(diǎn)電
勢(shì)能越大,故將電子從e點(diǎn)移動(dòng)到f點(diǎn),電勢(shì)能增大,電場(chǎng)力做負(fù)功.(3)在(2)的條件下,將電子從e點(diǎn)移動(dòng)到f點(diǎn)和從f點(diǎn)移動(dòng)到b點(diǎn),電場(chǎng)力做功相等嗎?
為什么?[答案]
電場(chǎng)力做功不相等[解析]
電場(chǎng)力做功不相等.因?yàn)殡妶?chǎng)為非勻強(qiáng)電場(chǎng),Uef≠Ufb,根據(jù)W電=Uq可知
Wef≠Wfb.(2)將中間的點(diǎn)電荷改為正點(diǎn)電荷,則將電子從e點(diǎn)移動(dòng)到f點(diǎn),電勢(shì)能如何變化?電
場(chǎng)力做什么功?[答案]
電勢(shì)能增大,電場(chǎng)力做負(fù)功
方法點(diǎn)撥
1.判斷電場(chǎng)強(qiáng)度大?。旱炔畹葎?shì)面越密,電場(chǎng)強(qiáng)度越大.2.判斷電勢(shì)差的大小及電勢(shì)的高低:距離相等的兩點(diǎn)間的電勢(shì)差,E越大,U越大,
進(jìn)而判斷電勢(shì)的高低.
1.[電場(chǎng)力與能的性質(zhì)/2023天津/多選]如圖,在一個(gè)固定的正點(diǎn)電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)中,
一個(gè)正試探電荷q兩次以大小相等、方向不同的初速度從P點(diǎn)出發(fā),分別抵達(dá)M點(diǎn)、
N點(diǎn),且q在M、N點(diǎn)時(shí)的速度大小也相等,則下列說(shuō)法正確的是(
AD
)A.P點(diǎn)電勢(shì)高于M點(diǎn)電勢(shì)B.M點(diǎn)電勢(shì)高于N點(diǎn)電勢(shì)C.q從P點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到M點(diǎn)一直做減速運(yùn)動(dòng)D.M、N兩點(diǎn)處的電場(chǎng)強(qiáng)度大小相等AD[解析]
由題意可知正試探電荷q兩次以大小相等、方向不同的初速度從P點(diǎn)出發(fā),
分別到達(dá)M點(diǎn)和N點(diǎn),且其在M、N點(diǎn)時(shí)的速度大小相等,則這兩個(gè)過(guò)程中試探電荷
動(dòng)能的變化量相等,即電場(chǎng)力做的功相等,由W=qU可知P、M兩點(diǎn)的電勢(shì)差和P、
N兩點(diǎn)的電勢(shì)差相等,故M、N兩點(diǎn)的電勢(shì)相等,B錯(cuò)誤;由圖可知,正試探電荷q從
P點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到N點(diǎn)的軌跡向右彎曲,則可以判斷出試探電荷q在P點(diǎn)受到的電場(chǎng)力方向向
右,又根據(jù)正試探電荷q從P點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到M點(diǎn)的軌跡為直線可判斷出q從P點(diǎn)到M點(diǎn),其
所受的電場(chǎng)力沿PM方向,所以q從P點(diǎn)到M點(diǎn)一直做加速運(yùn)動(dòng),電場(chǎng)力一直做正功,
P點(diǎn)電勢(shì)高于M點(diǎn)電勢(shì),A正確,C錯(cuò)誤;
2.[電場(chǎng)力+電場(chǎng)線+等勢(shì)面/2021湖北/多選]關(guān)于電場(chǎng),下列說(shuō)法正確的是(
AD
)A.電場(chǎng)是物質(zhì)存在的一種形式B.電場(chǎng)力一定對(duì)正電荷做正功C.電場(chǎng)線是實(shí)際存在的線,反映電場(chǎng)強(qiáng)度的大小和方向D.靜電場(chǎng)的電場(chǎng)線總是與等勢(shì)面垂直,且從電勢(shì)高的等勢(shì)面指向電勢(shì)低的等勢(shì)面[解析]
電場(chǎng)是存在于電荷周?chē)囊环N特殊媒介物質(zhì),A正確;如果正電荷的速度方
向與電場(chǎng)力的夾角大于90°,則電場(chǎng)力做負(fù)功,等于90°電場(chǎng)力不做功,小于90°電場(chǎng)
力做正功,B錯(cuò)誤;電場(chǎng)線是為了形象地描繪電場(chǎng)而人為引入的一簇曲線,該曲線
的疏密程度反映場(chǎng)強(qiáng)的大小,C錯(cuò)誤;靜電場(chǎng)的電場(chǎng)線在空間上與等勢(shì)面垂直,且
沿電場(chǎng)線的方向電勢(shì)降低,即由高等勢(shì)面指向低等勢(shì)面,D正確.AD3.[電勢(shì)+等勢(shì)面+場(chǎng)強(qiáng)的疊加+靜電力做功/2022河北]如圖,真空中電荷量為2q和
-q(q>0)的兩個(gè)點(diǎn)電荷分別位于M點(diǎn)與N點(diǎn),形成一個(gè)以MN延長(zhǎng)線上O點(diǎn)為球心,
電勢(shì)為零的等勢(shì)面(取無(wú)窮遠(yuǎn)處電勢(shì)為零),P為MN連線上的一點(diǎn),S為等勢(shì)面與直線
MN的交點(diǎn),T為等勢(shì)面上一點(diǎn),下列說(shuō)法正確的是(
B
)A.P點(diǎn)電勢(shì)低于S點(diǎn)電勢(shì)B.T點(diǎn)電場(chǎng)方向指向O點(diǎn)C.除無(wú)窮遠(yuǎn)處外,直線上還有兩個(gè)電場(chǎng)強(qiáng)度為零的點(diǎn)D.將正試探電荷q0從無(wú)窮遠(yuǎn)處移到P點(diǎn),靜電力做正功B[解析]
在M、N間離負(fù)電荷越近,電勢(shì)越低,離正電荷越近,電勢(shì)越高,又已知S
點(diǎn)在零等勢(shì)面上,所以P點(diǎn)電勢(shì)大于零,A項(xiàng)錯(cuò);電場(chǎng)線由正電荷指向負(fù)電荷,又由
于電場(chǎng)方向與等勢(shì)面垂直,所以T點(diǎn)電場(chǎng)方向指向O點(diǎn),B項(xiàng)正確;MN直線上,在M
點(diǎn)左側(cè),M點(diǎn)處正電荷產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)大于N點(diǎn)處負(fù)電荷產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng),故合場(chǎng)強(qiáng)不可能
為零,在M、N兩點(diǎn)間,兩電荷產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)方向均向右,合場(chǎng)強(qiáng)不可能為零,在N點(diǎn)
右側(cè),兩電荷產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)方向相反,若場(chǎng)強(qiáng)大小相等,則合場(chǎng)強(qiáng)為零,故除無(wú)窮遠(yuǎn)
處外直線上只有一個(gè)點(diǎn)合場(chǎng)強(qiáng)為零,C項(xiàng)錯(cuò);將正試探電荷由無(wú)窮遠(yuǎn)處移到P點(diǎn),由
Ep=qφ可知,試探電荷電勢(shì)能增大,故靜電力做負(fù)功,D項(xiàng)錯(cuò).4.[場(chǎng)強(qiáng)+電勢(shì)+電場(chǎng)力做功與電勢(shì)能變化的關(guān)系/2021浙江1月]如圖所示是某一帶電
導(dǎo)體周?chē)碾妶?chǎng)線與等勢(shì)面,A、C是同一等勢(shì)面上的兩點(diǎn),B是另一等勢(shì)面上的一
點(diǎn).下列說(shuō)法正確的是(
D
)A.導(dǎo)體內(nèi)部的場(chǎng)強(qiáng)左端大于右端B.A、C兩點(diǎn)的電勢(shì)均低于B點(diǎn)的電勢(shì)C.B點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度大于A點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度D.正電荷從A點(diǎn)沿虛線移到B點(diǎn)的過(guò)程中電場(chǎng)力做正功,電勢(shì)能
減小D[解析]
根據(jù)導(dǎo)體處于靜電平衡狀態(tài)可知,導(dǎo)體是等勢(shì)體,導(dǎo)體表面是等勢(shì)面,導(dǎo)
體內(nèi)部電場(chǎng)強(qiáng)度處處為零,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;根據(jù)沿電場(chǎng)線方向電勢(shì)逐漸降低可知,A、
C兩點(diǎn)的電勢(shì)均高于B點(diǎn)的電勢(shì),選項(xiàng)B錯(cuò)誤;根據(jù)電場(chǎng)線的密疏程度表示電場(chǎng)強(qiáng)度
的大小關(guān)系可知,B點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度小于A點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度,選項(xiàng)C錯(cuò)誤;正電荷從A點(diǎn)
沿虛線移動(dòng)到B點(diǎn)的過(guò)程中,電場(chǎng)力做正功,電勢(shì)能減小,選項(xiàng)D正確.1.[2023湖北]在正點(diǎn)電荷Q產(chǎn)生的電場(chǎng)中有M、N兩點(diǎn),其電勢(shì)分別為φM、φN,電場(chǎng)
強(qiáng)度大小分別為EM、EN.
下列說(shuō)法正確的是(
C
)A.若φM>φN,則M點(diǎn)到電荷Q的距離比N點(diǎn)的遠(yuǎn)B.若EM<EN,則M點(diǎn)到電荷Q的距離比N點(diǎn)的近C.若把帶負(fù)電的試探電荷從M點(diǎn)移到N點(diǎn),電場(chǎng)力做正功,則φM<φND.若把帶正電的試探電荷從M點(diǎn)移到N點(diǎn),電場(chǎng)力做負(fù)功,則EM>ENC123456789101112
123456789101112
1234567891011122.[等量異種點(diǎn)電荷電場(chǎng)分布/2024福建漳州檢測(cè)/多選]靜電紡紗利用高壓靜電場(chǎng)使單
纖維兩端帶上異種電荷,其電場(chǎng)線分布如圖所示,則(
AC
)A.電場(chǎng)強(qiáng)度EA<EBB.電場(chǎng)強(qiáng)度EA>EBC.一電子在A點(diǎn)的電勢(shì)能大于其在D點(diǎn)的電勢(shì)能D.將一電子從C移動(dòng)到D,電場(chǎng)力做功為零[解析]
圖中虛線是電場(chǎng)線,A處的電場(chǎng)線比B處的電場(chǎng)線稀疏,則有EA<EB,A正
確,B錯(cuò)誤;由于右邊電極接高壓電源正極,則D點(diǎn)電勢(shì)高于A點(diǎn)電勢(shì),根據(jù)Ep=qφ
及電子帶負(fù)電,知該電子在A點(diǎn)的電勢(shì)能大于其在D點(diǎn)的電勢(shì)能,C正確;由于D點(diǎn)
電勢(shì)高于C點(diǎn)電勢(shì),故將一電子從C移動(dòng)到D,電場(chǎng)力做正功,D錯(cuò)誤.AC1234567891011123.[聯(lián)系生活實(shí)際/2024深圳龍城高級(jí)中學(xué)校考/多選]我們所處的地球表面,實(shí)際上存
在場(chǎng)強(qiáng)大小約為100V/m的電場(chǎng),可將其視為勻強(qiáng)電場(chǎng).在地面立一金屬桿后空間中
的等勢(shì)面分布如圖所示,空間中存在a、b、c三點(diǎn),其中a點(diǎn)位于金屬桿正上方,
b、c等高.則下列說(shuō)法正確的是(
AB
)A.b、c兩點(diǎn)的電勢(shì)差為-100VB.a點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)大小大于100V/mC.a點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)方向沿水平方向D.a點(diǎn)的電勢(shì)低于c點(diǎn)AB123456789101112
1234567891011124.[2024天津北辰區(qū)模型/多選]如圖所示,虛線代表電場(chǎng)中的等勢(shì)面,實(shí)線是一帶電
粒子僅在電場(chǎng)力作用下的運(yùn)動(dòng)軌跡,下列說(shuō)法正確的是(
AC
)A.該粒子帶負(fù)電荷B.該粒子一定從a點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到c點(diǎn)C.該粒子在a點(diǎn)的加速度小于在b點(diǎn)的加速度D.該粒子在c點(diǎn)的動(dòng)能小于在b點(diǎn)的動(dòng)能AC123456789101112[解析]
由題圖可知,電場(chǎng)線的方向垂直于等勢(shì)面向左,做曲線運(yùn)動(dòng)的粒子所受電
場(chǎng)力的方向總是指向運(yùn)動(dòng)軌跡的凹側(cè),因此電場(chǎng)力方向向右,故粒子帶負(fù)電荷,A
正確;由于運(yùn)動(dòng)的可逆性,粒子可以從a點(diǎn)到c點(diǎn),也可以從c點(diǎn)到a點(diǎn),B錯(cuò)誤;等
差等勢(shì)面越密集的地方,電場(chǎng)強(qiáng)度越大,因此a點(diǎn)處的場(chǎng)強(qiáng)小于b點(diǎn)處的場(chǎng)強(qiáng),故粒
子在a點(diǎn)的加速度小于在b點(diǎn)的加速度,C正確;粒子從b點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到c點(diǎn),電場(chǎng)力做正
功,動(dòng)能增加,因此粒子在c點(diǎn)的動(dòng)能大于在b點(diǎn)的動(dòng)能,D錯(cuò)誤.1234567891011125.如圖所示,等邊△ABC所在平面與勻強(qiáng)電場(chǎng)平行,其中電勢(shì)φA=φ,φB=2φ,φC=
3φ(φ>0),保持該電場(chǎng)的大小和方向不變,讓等邊三角形以A點(diǎn)為定點(diǎn)在紙面內(nèi)順時(shí)
針轉(zhuǎn)過(guò)30°到△AB'C'位置,則此時(shí)的C'點(diǎn)電勢(shì)為(
D
)A.φB.2φD123456789101112
1234567891011126.[立體空間中的電場(chǎng)問(wèn)題/2022湖南]如圖,四根完全相同的均勻帶正電絕緣長(zhǎng)棒對(duì)
稱(chēng)放置在長(zhǎng)方體的四條長(zhǎng)邊a、b、c、d上.移去a處的絕緣棒,假定另外三根絕緣棒
電荷分布不變.關(guān)于長(zhǎng)方體幾何中心O點(diǎn)處電場(chǎng)強(qiáng)度方向和電勢(shì)的變化,下列說(shuō)法正
確的是(
A
)A.電場(chǎng)強(qiáng)度方向垂直指向a,電勢(shì)減小B.電場(chǎng)強(qiáng)度方向垂直指向c,電勢(shì)減小C.電場(chǎng)強(qiáng)度方向垂直指向a,電勢(shì)增大D.電場(chǎng)強(qiáng)度方向垂直指向c,電勢(shì)增大A123456789101112[解析]
由對(duì)稱(chēng)性與電場(chǎng)疊加原理可知,a、b、c、d處四根完全相同、均勻帶正電
的絕緣長(zhǎng)棒在O點(diǎn)的合場(chǎng)強(qiáng)為零,根據(jù)正點(diǎn)電荷電場(chǎng)分布情況和電場(chǎng)疊加原理可
知,一根帶正電絕緣長(zhǎng)棒在長(zhǎng)棒中垂面上某點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)方向沿該棒所在直線的垂線指
向該點(diǎn),故撤去a處的絕緣棒后,O點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度方向由O點(diǎn)垂直指向a,B、D錯(cuò)
誤;設(shè)每根帶正電絕緣長(zhǎng)棒在O點(diǎn)產(chǎn)生的電勢(shì)為φ0,且大于零,則根據(jù)電勢(shì)的疊加
原理知,四根完全相同、均勻帶正電絕緣長(zhǎng)棒在O點(diǎn)產(chǎn)生的電場(chǎng)的電勢(shì)為4φ0,若撤
去a處的絕緣棒,其他三棒在O點(diǎn)產(chǎn)生的電場(chǎng)的電勢(shì)為3φ0,故撤去a處的絕緣棒后,
O點(diǎn)的電勢(shì)減小,A正確,C錯(cuò)誤.1234567891011127.[多選]如圖所示,一帶正電的點(diǎn)電荷固定于O點(diǎn),兩虛線圓均以O(shè)為圓心,兩實(shí)線
分別為帶電粒子M和N先后在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的軌跡(不考慮兩粒子間的相互作用),a、
b、c、d、e為軌跡和虛線圓的交點(diǎn).不計(jì)重力.下列說(shuō)法正確的是(
ABC
)A.M帶負(fù)電荷,N帶正電荷B.M在b點(diǎn)的動(dòng)能小于它在a點(diǎn)的動(dòng)能C.N在d點(diǎn)的電勢(shì)能等于它在e點(diǎn)的電勢(shì)能D.N在從c點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到d點(diǎn)的過(guò)程中克服電場(chǎng)力做功ABC123456789101112[解析]
M粒子的軌跡向左彎曲,可知M粒子受到了引力作用,故M粒子帶負(fù)電荷,
而N粒子的軌跡向下彎曲,說(shuō)明N粒子受到斥力作用,故N粒子帶正電荷,A正確;
M粒子帶負(fù)電,a點(diǎn)的電勢(shì)高于b點(diǎn)的,故M粒子從a到b電場(chǎng)力對(duì)其做的總功為負(fù),
動(dòng)能減少,B正確;對(duì)于N粒子,由于d和e在同一等勢(shì)面上,故N粒子在d點(diǎn)和e點(diǎn)的
電勢(shì)能相等,C正確;由于N粒子帶正電荷,c點(diǎn)電勢(shì)高于d點(diǎn)電勢(shì),故N粒子從c點(diǎn)運(yùn)
動(dòng)到d點(diǎn)的過(guò)程中,電場(chǎng)力做正功,D錯(cuò)誤.123456789101112
8.[多選]如圖所示為某一電場(chǎng)的電場(chǎng)線和等勢(shì)面.已知φa=5V,φc=3V,ab=bc,b
點(diǎn)電勢(shì)為φb,b、d在同一等勢(shì)面上.以|Wac|表示點(diǎn)電荷q
由a點(diǎn)移到c點(diǎn)過(guò)程中電場(chǎng)
力做功的大小,|Wdc|表示點(diǎn)電荷q由d點(diǎn)移到c點(diǎn)過(guò)程中電場(chǎng)力做功的大小,則
(
BD
)A.φb>4VB.φb<4VC.|Wac|=2|Wdc|D.|Wac|>2|Wdc|BD123456789101112
1234567891011129.[2024山東青島調(diào)研檢測(cè)/多選]如圖,兩個(gè)帶等量負(fù)電的點(diǎn)電荷分別位于x軸上的
P、Q兩點(diǎn),其位置關(guān)于點(diǎn)O對(duì)稱(chēng).a、b、c、d四點(diǎn)位于以O(shè)點(diǎn)為圓心、以O(shè)P為半徑的
圓周上,a、b連線平行于x軸,c、d是圓與y軸的交點(diǎn).下列說(shuō)法正確的是(
ACD
)A.a、b兩點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)不同B.a、b兩點(diǎn)的電勢(shì)不同C.正試探電荷由靜止開(kāi)始僅在電場(chǎng)力的作用下從c點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到d
點(diǎn),電勢(shì)能先減小后增大ACD123456789101112
12345678910111210.[2022全國(guó)乙/多選]如圖,兩對(duì)等量異號(hào)點(diǎn)電荷+q、-q(q>0)固定于正方形的4
個(gè)頂點(diǎn)上.L、N是該正方形兩條對(duì)角線與其內(nèi)切圓的交點(diǎn),O為內(nèi)切圓的圓心,M為
切點(diǎn).則(
AB
)A.L
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