【精编完全版】静电场中的能量 知识点总结及同步训练--高二上学期物理人教版(2019)必修第三册.docx
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1、第十章 静电场中的能量一、 电势能和电势一个正电荷在电场中只受到静电力 F 的作用,它在电场中由 A 点运动到 B 点时, 静电力做了正功 WAB。由动能定理可知,该电荷的动能增加了 WAB。能量转化的角度思考,物体动能增加了,意味着有另外一种形式的能量减少了。这是一种什么形式的能量呢?在电场强度为E的匀强电场中任取A、B两点,把试探电荷 q 沿两条不同路径从 A 点移动到 B 点,计算这两种情况下静电力对电荷所做的功。沿任意曲线从 A 点移动到 B 点静电力所做的功也是 WqEAM一、静电力做功的特点1特点:静电力做的功与电荷的起始位置和终止位置有关,与电荷经过的路径无关。(与重力做功十分相
2、似)2在匀强电场中静电力做功:WABqELABcos ,其中为静电力与位移间的夹角。(这个结论虽然是从匀强电场中推导出来的,但是可以证明对非匀强电场也是适用的。)电场力做功正、负的判定(1)若电场力是恒力,当电场力方向与电荷位移方向夹角为锐角时,电场力做正功;夹角为钝角时,电场力做负功;夹角为直角时,电场力不做功。(2)根据电场力和瞬时速度方向的夹角判断。此法常用于判断曲线运动中变化电场力的做功情况。夹角是锐角时,电场力做正功;夹角是钝角时,电场力做负功;电场力和瞬时速度方向垂直时,电场力不做功。(3)若物体只受电场力作用,可根据动能的变化情况判断。根据动能定理,若物体的动能增加,则电场力做正
3、功;若物体的动能减少,则电场力做负功。二、电势能1概念:电荷在静电场中具有的势能。用Ep表示。2静电力做功与电势能变化的关系静电力做的功等于电势能的减少量,WABEpAEpB。3电势能的大小:电荷在某点的电势能,等于静电力把它从该点移到零电势能位置时所做的功。4零势能点:电场中规定的电势能为零的位置,通常把离场源电荷无限远处或大地处的电势能规定为零。5电势能的性质性质理解系统性电势能是由电场和电荷共同决定的,是属于电荷和电场所共有的,我们习惯上说成电荷的电势能相对性电势能是相对的,其大小与选定的电势能为零的参考点有关。确定电荷的电势能,首先应确定参考点标矢性电势能是标量,有正负但没有方向6判断
4、电势能大小的方法(1)做功判定法:无论是哪种电荷,只要是电场力做了正功,电荷的电势能一定是减少的;只要是电场力做了负功(克服电场力做功),电荷的电势能一定是增加的。(2)电场线法:正电荷顺着电场线的方向移动,电势能一定减少,逆着电场线的方向移动,电势能一定增加;负电荷顺着电场线的方向移动,电势能一定增加,逆着电场线的方向移动,电势能一定减少。(3)电性判定法:同种电荷相距越近,电势能越大,相距越远,电势能越小;异种电荷相距越近,电势能越小,相距越远,电势能越大。有关电势能的三个提醒(1)电势能的变化是通过静电力做功实现的,重力势能的变化是通过重力做功实现的。(2)在同一电场中,同样从A点到B点
5、,移动正电荷与移动负电荷,电荷的电势能的变化是相反的。(3)静电力做功和重力做功尽管有很多相似特点,但因地球产生的重力场只会对物体产生引力,而电场对其中的电荷既可产生引力,也可产生斥力,所以计算静电力的功时要注意电荷的电性、移动的方向、电场强度的方向等。三、电势1定义:电荷在电场中某一点的电势能与它的电荷量的比值。2定义式:。3单位:国际单位制中,电势的单位是伏特,符号是V, 1 V1 J/C。4电势的性质(1)相对性:电势是相对的,电场中某点的电势高低与电势零点的选取有关。通常将离场源电荷无穷远处,或地球表面选为电势零点。(2)固有性:电场中某点的电势大小是由电场本身的性质决定的,与在该点是
6、否放有电荷及所放电荷的电荷量和电势能均无关。(3)标量性:电势是只有大小、没有方向的物理量,在规定了电势零点后,电场中各点的电势可能是正值,也可能是负值。正值表示该点的电势高于零电势;负值表示该点的电势低于零电势。显然,电势的正负只表示大小,不表示方向。5与电场线关系:沿电场线方向电势逐渐降低。6电势高低的判断方法(1)电场线法:沿电场线方向,电势越来越低。(2)场源电荷判断法:离场源正电荷越近的点,电势越高;离场源负电荷越近的点,电势越低。(3)电势能判断法:对于正电荷,电势能越大,所在位置的电势越高;对于负电荷,电势能越小,所在位置的电势越高。综合演练一、单选题1在轴上有两个点电荷、,其静
7、电场的电势在轴上分布如图所示。下列说法正确有()A和带有同种电荷B1处的电场强度为零C负电荷从移到,受到的电场力减小D负电荷从移到,电势能增加2如图是某区域的电场线分布,A、B、C是电场中的三个点,同一带正电的试探电荷分别放在这三个点,下列说法正确的是()AB点场强最小 BA点电势最高C试探电荷在A点电势能最小 D试探电荷在C点受电场力最小3如图所示是两个等量点电荷的电场线分布,虚线是某带电粒子在电场中仅受电场力作用的运动轨迹,图中A、B是轨迹上的两点,则下列说法正确的是()A该粒子在A处的电势能比B处的电势能大B该粒子在A处的加速度比在B处的加速度要大C题中等量点电荷左边为正电荷,右边为负电
8、荷D该粒子在A处的动能比B处的动能大4将两金属球P、Q固定,让球P带上正电后,形成的稳定电场如图所示,已知实线为电场线,虚线为等势面,其中A、B、C、D为静电场中的四点,则()AC、D点的电场强度相同,电势相等B金属球P、Q均为等势体,P球的电势大于Q球C将电子从A点移至B点,电场力做正功D正电荷在B点的电势能大于在D点的电势能5如果在某电场中将电荷量为的正电荷,仅在电场力作用下由A点移到B点,静电场力做功为,则()A电荷在B点的动能比在A点的动能小B电荷在B点的电势能比在A点的电势能小C两点间电势差为D若在两点间移动一个负电荷,则静电力做功6如图所示,在真空中分别固定有电荷量为+Q和Q的点电
9、荷,a、b、c、d是两点电荷连线上的四个点,已知a、b到+Q的距离以及c、d到Q的距离均为L,下列说法正确的是()Aa、d两点的电场强度相同,电势相等Bb、c两点的电场强度不同,电势相等C将一个正试探电荷从a点沿任意路径移动到b点时电场力做的功,跟从d点沿任意路径移动到c点时电场力做的功相同D一个正试探电荷在c点的电势能大于它在d点的电势能7在电场中,若A点的电势高于B点的电势,下列说法正确的是()A在该电场中A点的场强一定大于B点的场强B同一电荷在A点的电势能大于在B点的电势能C把负电荷从A点移到B点,电场力一定做负功D把正电荷从A点移到B点,电场力做功与轨迹有关8由如图所示的电场线可判定(
10、)A该电场一定是匀强电场B负电荷放在B点的电势能比放在A点的电势能大CA点的电势一定低于B点的电势D负电荷放在B点所受电场力方向向右9广州塔尖装有一避雷针,某次雷雨天气闪电击中避雷针,避雷针发生尖端放电现象,如图甲。若避雷针放电时的电场线分布如图乙所示,在空间取一条水平线abc和一条圆弧线adc,bd连线为ac连线的中垂线,电场线关于直线bd对称,以下说法正确的是()Aadc是一条等势线Bb点电势高于d点电势Ca、c两点的电场强度相同D同一负点电荷的电势能在b点比在d点大10如图所示,A点与B点间距离为2l,OCD是以B为圆心,以l为半径的半圆路径。A、B两处各放有一点电荷,电荷量分别为q和q
11、。下列说法正确的是()A单位正电荷在O点所受的静电力与在D点所受的静电力大小相等、方向相反B单位正电荷从D点沿任意路径移到无限远,静电力做正功,电势能减小C单位正电荷从D点沿DCO移到O点,电势能增大D单位正电荷从O点沿OCD移到D点,电势能增大11如图所示,虚线AB和CD分别为椭圆的长轴和短轴,相交于O点,两个等量同种点电荷分别处于椭圆的两个焦点M、N上,另一外加匀强电场的方向与长轴AB平行向右,大小为E,下列说法正确的是()AC,D两点电势不同、电场强度相同BC,D两点电势相同、电场强度不相同CA,B两点电势不同、电场强度相同DA,B两点电势相同、电场强度不相同12如图所示,A、B、C、D
12、是正方形的四个顶点,O是对角线连线的交点。在A,C两点固定两电量为q的正点电荷,选无穷远处电势为0,则()AO点的电场强度为0,电势也为0BB、D两点的电势相同,电场强度也相同C电子从B点沿直线移动到D点,电场力做正功D电子从B点沿直线移动到D点,电势能先变小后变大13如图所示,真空中有等量异种点电荷+Q、-Q分别放置在M、N两点,在MN的连线上有关于MN的连线中点O对称的两点a、c,MN连线的中垂线上有对称点b、d,规定无穷远处电势为零,则下列说法正确的是()A在MN连线的中垂线上,O点电势比b点电势高B正电荷+q从b点移到d点的过程中,受到的电场力先减小后增大C正电荷+q从a点到c点的运动
13、过程中,电场力做负功D正电荷+q在c点电势能小于在b点电势能14图示的四条实线均为O点处的带电物体产生的电场的电场线,虚线AD为等势线,A、B、C、D分别是四条电场线上的点,则()AC点的电场强度大于B点的电场强度BC点的电势高于B点的电势CA、D两点的电场强度大小不一定相等,但将一个检验电荷由A点移到D点电场力做功为零D将一个正电荷由A点移到B点电场力做正功,将一个负电荷由D点移到C点电场力做负功15关于电场,下面说法正确的是()A在电场中,电场强度大的点,电势必高B电荷置于电势越高的点,所具有的电势能也越大C正电荷在电场中一定向低电势运动D一带电粒子只受电场力作用,在电场中运动时,电势能不
14、一定变化16如图甲所示,轴上固定两个点电荷、位于坐标原点,其上有、三点,间距、在轴上产生的电势随变化关系如图乙。则()A点电场场强大小为零B点电场场强大小为零C、之间电场方向沿轴负方向D一正试探电荷从移到过程中,电场力做功17在真空中某区域有一电场,其中一条电场线如图甲所示,、A、B为电场线上间距相等的三个点,这一条电场线上各点的电势分布如图乙所示,下列说法正确的是() A点的电势小于A点的电势B点的电场强度小于A点的电场强度C将正电荷沿该直线从A移到的过程中,电场力做负功D、A两点间的电势差大于A、两点间的电势差18如图甲所示,两点电荷q1、q2固定在x轴上,O为坐标原点。在x轴正方向上每一
15、点的电势随x变化的关系如图乙所示,其中x0处的电势为零,x1处的电势最低。下列说法正确的是()Ax0处的电场强度为零Bq1、q2带异种电荷Cq1的电荷量比q2的电荷量小D正点电荷从O开始运动到x1处过程中,其电势能先减小后增大19如图是某电场中的电场线,在该电场中有、两点,下列结论正确的是()A点的电势比点的电势高B同一正电荷在点的电势能比在点的电势能大C同一负电荷在点的电场力比在点的电场力大D在点静止释放一电荷(只受电场力),可能会运动至点20电场线如图所示的电场中,a、b两点的连线与经过b点的电场线垂直,下列说法正确的是()Aa、b两点的连线为等势线B将一正电荷从b点移到c点,电场力做正功
16、C同一电荷在b点的加速度比在c点的加速度小D负电荷在b点所受的电场力方向与b点电场方向相同21下列关于电势和电势能的说法,正确的是()A一个点电荷在电势越高的位置,其电势能一定越大B放入电场中某点的点电荷,电量越大,该点电荷的电势能一定越大C正电荷在电场中某点的电势能一定大于负电荷在该点的电势能D在电场中移动一电荷,若电场力对其做负功,其电势能一定增大22某一区域的电场线分布如图所示,A、B、C是电场中的三个点。下列说法正确的是()A三个点中B点电场强度最大B三个点中C点电势最高C负试探电荷在B点的电势能比在A点高D正试探电荷从B点移动到A点,电场力做负功23等量异种电荷的电场线如图所示,下列
17、表述正确的是()Aa点的电势低于b点的电势B将一负电荷从a点移到b点电场力做负功Ca点的场强大于b点的场强,方向相同D负电荷在a点的电势能大于在b点的电势能24如图所示,水平向右的匀强电场中,电荷量为+2C的带电小球在A点的电势能为6J,在B点的电势能为2J,已知A点与B点间的距离为0.2m,A、B连线与电场线平行。下列说法正确的是()A电场强度的大小为0.1 V/mB电场强度的大小为10 V/mC若带电小球沿曲线ACB由A运动到B,则动能增加量大于4JD若带电小球沿曲线ACB由A运动到B,则动能减少量等于4J25如图所示,在处于O点的点电荷Q形成的电场中,试探电荷q由A点移到B点,静电力做功
18、为W1;以OA为半径画弧交OB于C,再把试探电荷由A点移到C点静电力做功为W2,由C点移到B点静电力做功为W3,则3次静电力做功的大小关系是()AW1W2W3W20CW1W2W30DW2W1W2026如图所示,A、B为某电场线上的两点,那么以下结论正确的是()A把正电荷从A移到B,静电力做正功,电荷的电势能增加B把负电荷从A移到B,静电力做正功,电荷的电势能增加C把负电荷从A移到B,静电力做负功,电荷的电势能增加D不论正电荷还是负电荷,从A到B电势能逐渐降低27下列说法正确的是()A电荷从电场中的A点运动到了B点,路径不同,静电力做功的大小就可能不同B正电荷沿着电场线运动,静电力对正电荷做正功
19、,负电荷逆着电场线运动,静电力对负电荷做负功C电荷从电场中的某点开始出发,运动一段时间后,又回到了该点,则静电力做功为零D电荷在电场中运动,因为静电力可能对电荷做功,所以能量守恒定律在电场中并不成立28在静电场中,将一负电荷从a点移到b点,电场力做了负功,则()Ab点的电场强度一定比a点大B电场线方向一定从b指向aCb点的电势一定比a点低D该电荷的动能一定减小29一带负电的物体沿电场线方向运动,则一定有()A受力增大B速度减小C电势能增大D加速度减小30如图所示是带电量不同的正、负点电荷的电场线,线框为等势线,其中A、B、C三点的位置如图所示。下列说法正确的是()AA点的电场强度小于B点的电场
20、强度BA点的电势大于C点的电势C电子在A点受到电场力的方向向右D电子从A点移动到C点,电场力做正功31用电场线能很直观、很方便地比较电场中各点场强的强弱。如图甲是等量异种点电荷形成电场的电场线,图乙是场中的一些点:O是电荷连线的中点,a、b是连线中垂线上相对O对称的两点,c、d是连线上相对O对称的两点。则()Aa、b场强相同,电势相等Ba、b场强不相同,电势不相等Cc、d场强相同,电势相等Dc、d场强不相同,电势不相等32如图所示,两个固定的等量异种电荷,在它们连线的垂直平分线上有、三点,则()A点电势比点高B、两点场强方向相同C、三点与无穷远处电势不相等D带电粒子(不计重力)在点无初速释放,
21、则它将在、连线上运动33下列说法正确的是()A在电场中,凡是电场线通过的点,场强不为零,不画电场线区域内的点场强为零B在电场中,电场强度大的地方,电势一定高C电荷在电场中某点的电势能等于把它从这点移动到零势能位置时静电力所做的功D电荷在电场中某点的电势等于把它从这点移动到零电势位置时静电力所做的功34某一区域的电场线分布如图所示,A、B是电场中的两个点。下列说法正确是()A该电场是匀强电场BA点的电场强度比B点的小CA点的电场强度比B点的大DB点的电势比A点的高35如图所示,带箭头的实线表示某静电场的电场线,虚线表示其等势面,已知、三点的电场强度大小分别为、,电势分别为、。则()A, B,C,
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