高考物理一轮复习专题8电势能、电势、电势差含解析413.pdf

《高考物理一轮复习专题8电势能、电势、电势差含解析413.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高考物理一轮复习专题8电势能、电势、电势差含解析413.pdf（15页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、第-1-页 专题 28 电势能、电势、电势差讲 1多个电荷库仑力的平衡与场强叠加问题 2利用电场线与等势面确定场强的大小与方向，判断电势上下、电场力变化、电场力做功与电势能的变化等 3带电体在匀强电场中的平衡问题及其他变速运动的动力学问题 4对平行板电容器电容决定因素的理解，解决两类有关动态变化的问题 5分析带电粒子在电场中的加速与偏转问题 6示波管、静电除尘等在日常生活与科学技术中的应用 1掌握电势、电势能、电势差的概念，理解电场力做功的特点；会判断电场中电势的上下、电势能的变化 2会计算电场力做功及分析电场中的功能关系 一、电场力做功及电势能 1电场力做功的特点 1在电场中移动电荷时，电场

2、力做功及路径无关，只及初末位置有关，可见电场力做功及重力做功相似 2在匀强电场中，电场力做的功WEqd，其中d为沿电场线方向的位移 2电势能 1定义：电荷在电场中具有的势能电荷在某点的电势能，等于把它从该点移到零势能位置时电场力所做的功 2电场力做功及电势能变化的关系 第-2-页 电场力做的功等于电势能的减少量，即WABEpAEpB 3电势能的相对性：电势能是相对的，通常把电荷在离场源电荷无限远处的电势能规定为零，或把电荷在大地外表上的电势能规定为零 二、电势 1电势 1定义：电荷在电场中某一点的电势能及它的电荷量的比值 2定义式：3标矢性：电势是标量，其大小有正负之分，其正负表示该点电势比电

3、势零点高低 4相对性：电势具有相对性，同一点的电势因零电势点的选取的不同而不同 5沿着电场线方向电势逐渐降低 2等势面 1定义：电场中电势相等的各点构成的面 2特点 电场线跟等势面垂直，即场强的方向跟等势面垂直 在等势面上移动电荷时电场力不做功 电场线总是从电势高的等势面指向电势低的等势面 等差等势面越密的地方电场强度越大；反之越小 任意两等势面不相交 深化拓展:1电势是描述电场本身的能的性质的物理量，由电场本身决定，而电势能反映电荷在电场中某点所具有的电势能，由电荷及第-3-页 电场共同决定 2或Epq 三、电势差 1电势差：电荷q在电场中A、B两点间移动时，电场力所做的功WAB跟它的电荷量

4、q的比值，叫做A、B间的电势差，也叫电压 公式：单位：伏V 2电势差及电势的关系：UABAB，电势差是标量，可以是正值，也可以是负值，而且有UABUBA 3电势差UAB由电场中A、B两点的位置决定，及移动的电荷q、电场力做的功WAB无关，及零电势点的选取也无关 4电势差及电场强度的关系：匀强电场中两点间的电势差等于电场强度及这两点沿电场线方向的距离的乘积即UEd，也可以写作 考点一 电场中的功能关系、电势上下及电势能大小的判断及比拟 1比拟电势上下的方法 1沿电场线方向，电势越来越低 2判断出UAB的正负，再由UABAB，比拟A、B的大小，假设UAB0，那么AB，假设UAB0，那么AB 3取无

5、穷远处电势为零，那么正电荷周围电势为正值，负电荷周围电势为负值；靠近正电荷处电势高，靠近负电荷处电势低 2电势能大小的比拟方法 1做功判断法 电场力做正功，电荷无论是正电荷还是负电荷从电势能较大的地第-4-页 方移向电势能较小的地方，反之，如果电荷克制电场力做功，那么电荷将从电势能较小的地方移向电势能较大的地方 特别提醒 其他各种方法都是在此根底上推理出来的，最终还要回归到电场力做功及电势能变化关系上 2场电荷判断法 离场正电荷越近，正电荷的电势能越大；负电荷的电势能越小 离场负电荷越近，正电荷的电势能越小；负电荷的电势能越大 3电场线法 正电荷顺着电场线的方向移动时，电势能逐渐减小；逆着电场

6、线的方向移动时，电势能逐渐增大 负电荷顺着电场线的方向移动时，电势能逐渐增大；逆着电场线的方向移动时，电势能逐渐减小 4公式法 由Epq，将q、的大小、正负号一起代入公式，Ep的正值越大，电势能越大；Ep的负值越大，电势能越小 重点归纳 1、电场力做功及电场中的功能关系 1求电场力做功的几种方法 由公式WFlcos 计算，此公式只适用于匀强电场，可变形为WEqlcos 由WABqUAB计算，此公式适用于任何电场 由电势能的变化计算：WABEpAEpB 第-5-页 由动能定理计算：W电场力W其他力Ek 2电场中的功能关系 假设只有电场力做功，电势能及动能之与保持不变 假设只有电场力与重力做功，电

7、势能、重力势能、动能之与保持不变 除重力、弹簧弹力之外，其他各力对物体做的功等于物体机械能的变化 所有外力对物体所做的功等于物体动能的变化 3处理电场中能量问题的根本方法 在解决电场中的能量问题时常用到的根本规律有动能定理、能量守恒定律，有时也会用到功能关系 应用动能定理解决问题需研究合外力的功或总功 应用能量守恒定律解决问题需注意电势能与其他形式能之间的转化 应用功能关系解决该类问题需明确电场力做功及电势能改变之间的对应关系 有电场力做功的过程机械能不一定守恒，但机械能及电势能的总与可以守恒 2、静电场中涉及图象问题的处理方法与技巧 1主要类型：1vt图象；2x图象；3Et图象 2应对策略：

8、第-6-页 1vt图象：根据vt图象的速度变化、斜率变化即加速度大小的变化，确定电荷所受电场力的方向及电场力的大小变化情况，进而确定电场的方向、电势的上下及电势能的变化 2x图象：电场强度的大小等于x图线的斜率大小，电场强度为零处，x图线存在极值，其切线的斜率为零在x图象中可以直接判断各点电势的大小，并可根据电势大小关系确定电场强度的方向在x图象中分析电荷移动时电势能的变化，可用WABqUAB，进而分析WAB的正负，然后作出判断 3Et图象：根据题中给出的Et图象，确定E的方向的正负，再在草纸上画出对应电场线的方向，根据E的大小变化，确定电场的强弱分布 典型案例多项选择如图a所示，AB是某电场

9、中的一条电场线，假设有一电子以某一初速度且仅在电场力的作用下，沿AB由点A运动到点B，所经位置的电势随距A点的距离变化的规律如图 b所示，以下说法正确的选项是：A、该电场是匀强电场 B、电子在A、B两点的电势能pApBEE C、电子在A、B两点的加速度关系是ABaa D、电子在A、B两点的速度ABvv【答案】BC 第-7-页【名师点睛】根据x图象的斜率大小等于电场强度，分析场强的变化由图看出，电势逐渐降低，可判断出电场线的方向，确定电势的上下，由电场力做功正负，分析速度的大小并判断电子电势能的变化。针对练习 1某静电场的电场线及 x 轴平行，电势随 x 坐标变换的关系图像如下图。电场中P、Q两

10、点的 x 坐标分别为 1m、4m，将一带负电的粒子重力不计从坐标原点 O 由静止释放，那么：A、粒子在P点的动能等于在Q点的动能 B、粒子在P点的动能大于在Q点的动能 C、粒子在P点的电势能小于在Q点的电势能 D、粒子在P点的电势能大于在Q点的电势能【答案】A【名师点睛】此题也可以根据电势能及电势的关系式pEq分析电势能的关系，再由能量守恒定律分析动能的关系.针对练习 2一个动能为Ek的带电粒子，垂直于电力线方向飞入平行板电容器，飞出电容器时动能为 2Ek，如果使这个带电粒子的初速度变为原来的两倍，那么它飞出电容器时的动能变为：第-8-页 A8Ek B5Ek C425Ek D4Ek【答案】C【

11、解析】动能为Ek的带电粒子，垂直于电力线方向飞入平行板电容器，飞出电容器时动能为 2Ek，那么电场力做功为 W=Ek；假设使这个带电粒子的初速度变为原来的两倍，动能变为 4Ek，那么在偏转电场中运动的时间减半，根据 y=12at2可知偏转距离变为原来的14，根据W=Eqy 可知电场力做功变为原来的14，即动能增量变为原来的14，即它飞出电容器时的动能变为 425Ek，应选 C【名师点睛】此题是关于带电粒子在电场中的偏转问题；关键是知道带电粒子在偏转电场中动能的增量等于电场力做功，而电场力做功等于电场力及偏转的距离的乘积；此题是中等题目，意在考察学生运用物理规律进展逻辑推理的能力 考点二 电场线

12、、等势面及带电粒子的运动轨迹的综合问题 1几种常见的典型电场的等势面比拟 电场 等势面实线图样 重要描述 匀强电场 垂直于电场线的一簇平面 点电荷的电场 以点电荷为球心的一簇球面 第-9-页 等量异种点电荷的电场 连线的中垂线上的电势为零 等量同种正点电荷的电场 连线上，中点电势最低，而在中垂线上，中点电势最高 2解决该类问题应熟练掌握以下知识及规律 1带电粒子所受合力往往仅为电场力指向轨迹曲线的内侧 2该点速度方向为轨迹切线方向 3电场线或等差等势面密集的地方场强大 4电场线垂直于等势面 5顺着电场线电势降低最快 6电场力做正功，电势能减小；电场力做负功，电势能增大有时还要用到牛顿第二定律、

13、动能定理等知识 重点归纳 1、根据粒子的运动轨迹、电场线等势面进展相关问题的判定 1审题指导 2这类问题一般综合性较强，运用“牛顿运动定律、功与能的知识分析“运动及力两线法画出“速度线运动轨迹在初始位置的切线及“力线在初始位置电场线的切线方向，指向轨迹的凹侧从二者的夹角情况来分析电荷做曲线运动的情况“三不知时要假设电荷的正负、场强的方向或等势面电势的第-10-页 上下、电荷运动的方向，是题目中相互制约的三个方面 假设其中的任一个，可顺次向下分析判定各待求量；假设三个都不知三不知，那么要用“假设法分别讨论各种情况有时各种情景的讨论结果是归一的 典型案例多项选择如下图，A 与 B 是带有异种电荷的

14、两个金属导体，导体间有由其二者产生的稳定分别的电场，P点与Q点是导体 A 外表上的两点，S 是导体 B 外表上的一点，在 A 河 B 之间的电场中画有三条等势线，现有一带负电的粒子重力不计在电场中的运动轨迹如图虚线所示，不计此带电粒子对原电场的影响，不计空气阻力，那么以下说法正确的选项是：A、P与Q两点的电势相等 B、S 点的电势低于P点的电势 C、此带电粒子在 F 点的电势能大于其在 E 点的电势能 D、此带电粒子一定是由 W 点射入经 F 点到 E 点【答案】AC【名师点睛】从粒子运动轨迹看出，轨迹向左弯曲，可知带电粒子受到了向左的排斥力作用，从M到N过程中，电场力对粒子做负功，可判断电势

15、能的大小、动能的大小根据Q的电性，结合电场线的方向判断电势的上下 第-11-页 针对练习 1一个电子只在电场力作用下从 a 点运动到 b 点的轨迹如图中虚线所示，图中一簇等距平行实线可能是电场线也可能是等势面，以下说法中正确的选项是：A、如果实线是电场线，那么 a 点的电势比 b 点的电势高 B、如果实线是等势面，那么 a 点的场强比 b 点的场强小 C、如果实线是电场线，那么电子在 a 点的电势能比在 b 点的电势能小 D、如果实线是等势面，那么电子在 a 点的动能比在 b 点的动能大【答案】D【名师点睛】由电子的轨迹弯曲方向判断电子所受的电场力方向，确定电场线的方向，判断电势上下匀强电场中

16、场强处处大小相等根据电场力方向及电子速度方向的夹角，判断电场力对电子做正功还是负功，确定电子在 a 点及 b 点动能的大小。针对练习 2多项选择阴极射线示波管的聚焦电场是由电极 A1、A2形成，实线为电场线，虚线为等势线，Z 轴为该电场的中心轴线，P、Q、R 为一个从左侧进入聚焦电场的电子运动轨迹上的三点，那么：A电极A1的电势低于电极A2的电势 B电场中Q点的电场强度小于R点的电场强度 第-12-页 C电子在P点处的动能大于在Q点处的动能 D电子从P至R的运动过程中，电场力对它一直做正功 【答案】AD【解析】沿电场线电势降低，因此电极 A1的电势低于电极 A2，故 A正确；电子从P至 R 的

17、运动过程中，是由低电势向高电势运动时，电场力做正功，动能增加，电势能减小，故 C 错误，D 正确；据电场线的疏密程度可知，因此Q点电场线比 R 点电场线密，故Q点的电场强度大于 R 点的电场强度故 B 正确；应选 AD【名师点睛】要能正确根据电场线、等势线的分布情况，判断电势、电势能、电场强度、电场力做功等物理量变化情况；沿电场线电势降低，电场强度的大小及电场线的疏密有关；电场力做正功电势能减小，动能增加 考点三 电势差及电场强度的关系 1在匀强电场中UEd，即在沿电场线方向上，Ud 2在非匀强电场中UEd虽不能直接应用，但可以做定性判断 重点归纳 1、电势差及电场强度的关系规律总结：1在匀强

18、电场中，电势沿直线是均匀变化的，即直线上距离相等的线段两端的电势差值相等假设匀强电场中假设两线段ABCD，且ABCD，那么UABUCD或ABCD 2等分线段找等势点法：将电势最高点与电势最低点连接后根据需第-13-页 要平分成假设干段，必能找到第三点电势的等势点，它们的连线即等势面或等势线，及其垂直的线即为电场线 典型案例【福建省厦门市 2021 届高三第二次质量检查理科综合试题】在匀强电场中有一个半径为R=1m 的圆，电场方向及圆的平面平行，O、P两点电势差为 10V，一个电子在该匀强电场中仅受电场力作用下运动，且在P、Q两点上速度方向及圆的切线一致，速度大小均为 1m/s，那么：A电子从P

19、到Q的运动过程中，动能先增大后减小 B电子可能做圆周运动 C该匀强电场的电场强度E10V/m DO 点及圆周上电势最低的点的电势差为 102V【答案】D【名师点睛】紧扣动能相等作为解题突破口，由于仅在电场力作用下，所以得出两点的电势能大小关系并利用等势面及电场线垂直的特性，从而推出电场线位置再由曲线运动来确定电场力的方向同时考察UEd中d的含义重要性。针对练习 1如图是匀强电场遇到空腔导体后的局部电场线分布图，电场方向如图中箭头所示，M、N、Q是以直电场线上一点 O 为圆心的同一圆周上的三点，OQ连线垂直于 MN以下说法正确的选项是：AO 点电势及Q点电势相等 B将一负电荷由 M 点移到Q点，

20、电荷的电势能增加 第-14-页 CO、M 间的电势差小于 N、O 间的电势差 D在Q点释放一个正电荷，正电荷所受电场力将沿及 OQ垂直的方向竖直向上【答案】B【名师点睛】电场线、电场强度、电势、电势差、电势能等物理量之间的关系以及大小比拟，是电场中的重点与难点，在平时训练中要加强这方面的练习，以加深对概念的理解；关键是知道，电场线越密集场强越大；顺着电场线电势逐渐降低；电场力做正功，电势能减小 针对练习 2多项选择如下图，可视为质点的质量为 m 且所带电量为q的小球，用一绝缘轻质细绳悬挂于 O 点，绳长为 L，现加一水平向右的足够大的匀强电场，电场强度大小为，小球初始位置在最低点，假设给小球一个水平向右的初速度，使小球能够在竖直面内做圆周运动，忽略空气阻力，重力加速度为 g。那么以下说法正确的选项是：A小球在运动过程中动能及电势能之与不变 B小球在运动过程中机械能及电势能之与不变 C小球在运动过程的最小速度至少为gl D小球在运动过程的最大速度至少为【答案】BD 第-15-页【名师点睛】此题关键是将重力与电场力的合力等效为“等效重力，然后可以类比竖直平面内的“绳模型分析，结合动能定理、牛顿第二定律与向心力公式进展研究。