7-2 電場(chǎng)的能的性質(zhì)
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1、 第七章 靜電場(chǎng) 第二講 電場(chǎng)的能的性質(zhì) 課時(shí)安排:3課時(shí) 教學(xué)目標(biāo):1.電勢(shì)能,電勢(shì),電勢(shì)差,等勢(shì)面 2.勻強(qiáng)電場(chǎng)中電勢(shì)差跟電場(chǎng)強(qiáng)度的關(guān)系 3.運(yùn)用靜電場(chǎng)的有關(guān)概念和規(guī)律解決物理問(wèn)題 本講重點(diǎn):1.庫(kù)侖定律 2.電場(chǎng)強(qiáng)度、電場(chǎng)線(xiàn) 本講難點(diǎn):運(yùn)用靜電場(chǎng)的有關(guān)概念和規(guī)律解決物理問(wèn)題 考點(diǎn)點(diǎn)撥:1.電場(chǎng)力做功、電勢(shì)能和電勢(shì) 2.電勢(shì)高低的判斷 3.電勢(shì)差、電勢(shì)與靜電力做功 4.勻強(qiáng)電場(chǎng)中電勢(shì)差跟場(chǎng)強(qiáng)的關(guān)系 5.由電場(chǎng)線(xiàn)、等勢(shì)面判斷電荷的運(yùn)動(dòng)情況 6.動(dòng)能定理的應(yīng)用 第一課時(shí) 一、考點(diǎn)掃描 (一)知識(shí)整合 1.電勢(shì) (1)定義:電荷在電場(chǎng)中
2、某一點(diǎn)的 與它的 的比值,叫這一點(diǎn)的電勢(shì)。 (2)公式: (3)單位: (4)物理意義:描述 的性質(zhì)的物理量。與是否引入檢驗(yàn)電荷 ,在數(shù)值上等于把 正電荷由該點(diǎn)移到 點(diǎn)時(shí)電場(chǎng)力做的功。 (5)電勢(shì)具有相對(duì)性:通常取 處或 的電勢(shì)為零電勢(shì),這樣一來(lái)正點(diǎn)電荷形成的電場(chǎng)中各點(diǎn)的電勢(shì)均為 值,負(fù)點(diǎn)電荷形成的電場(chǎng)中各點(diǎn)的電勢(shì)均為 值。 (6)電勢(shì)是標(biāo)量,只有 沒(méi)有 ,但由正負(fù)之分,正負(fù)表示 。 (7)沿電場(chǎng)線(xiàn)的方向電勢(shì)一定越來(lái)
3、越 ,場(chǎng)強(qiáng)的方向是電勢(shì)降落 的方向。 2.電勢(shì)能: (1)由電荷和電荷在電場(chǎng)中的 決定的能量叫電勢(shì)能。計(jì)算公式為: 。 (2)在電場(chǎng)中移動(dòng)電荷時(shí)靜電力做正功,電荷的電勢(shì)能 ;靜電力做負(fù)功,電荷的電勢(shì)能 ,即靜電力作的功等于電勢(shì)能的 ,表示為 。電荷在某點(diǎn)的電勢(shì)能,等于把它從該點(diǎn)移動(dòng)到 位置時(shí)靜電力所做的功。 (3)電勢(shì)能具有 性,通常取 為電勢(shì)能的零點(diǎn)。電勢(shì)能是標(biāo)量,只有 沒(méi)有 ,但由正負(fù)之分,正負(fù)表示 。
4、 3.等勢(shì)面: (1)定義:電場(chǎng)中 相同的各點(diǎn)構(gòu)成的面。 (2)特點(diǎn): ①等勢(shì)面一定與 垂直,即跟 的方向垂直; ②在同一等勢(shì)面上移動(dòng)電荷時(shí)電場(chǎng)力 功; ③電場(chǎng)線(xiàn)總是從電勢(shì) 的等勢(shì)面到電勢(shì) 的等勢(shì)面; ④任意兩個(gè)等勢(shì)面都不會(huì) ; ⑤等差等勢(shì)面越密的地方電場(chǎng)強(qiáng)度越 ,即等差等勢(shì)面分布的疏密可以描述電場(chǎng)強(qiáng)弱。 4.電勢(shì)差 (1)定義:電場(chǎng)中兩點(diǎn)間電勢(shì)之差叫電勢(shì)差,電勢(shì)差是標(biāo)量,有正負(fù),正負(fù)不表示大小。 (2)靜電力做功與電勢(shì)差的關(guān)系: 靜電力做功的特點(diǎn):在電場(chǎng)中移動(dòng)電荷時(shí),靜電力做的功只與電荷
5、 和 位置有關(guān),與電荷經(jīng)過(guò)的路徑無(wú)關(guān)。 計(jì)算公式為: 。 除上述求靜電力做功的公式外還有三種方法: ①用功的公式來(lái)計(jì)算(恒力情況,勻強(qiáng)電場(chǎng)中使用)W= = ②用功能關(guān)系來(lái)計(jì)算 ③用動(dòng)能定理來(lái)計(jì)算W電+W非電=ΔEK 5.電勢(shì)差與電場(chǎng)強(qiáng)度的關(guān)系 公式: 條件:① 電場(chǎng)②d為 的距離 (二)重難點(diǎn)闡釋 1.電場(chǎng)力做功的計(jì)算: ⑴定義式:W=Fscos?=qEscos?(只使用于 電場(chǎng)); ⑵據(jù)WAB=qUAB計(jì)算; ⑶據(jù)電場(chǎng)力做功與
6、電勢(shì)能變化的關(guān)系W=-?EP計(jì)算 ⑷據(jù)動(dòng)能定理W電+W非電=Ek2-Ek1進(jìn)行求解。 2.電勢(shì)差的求法: (1)將功與電量以絕對(duì)值代入計(jì)算然后再判斷正負(fù); (2)將功與電量帶著正負(fù)號(hào)代入公式計(jì)算; 求某點(diǎn)電勢(shì)可轉(zhuǎn)化為相對(duì)零電勢(shì)的電勢(shì)差。 3.場(chǎng)強(qiáng)與電勢(shì)、電勢(shì)差的關(guān)系 (1)場(chǎng)強(qiáng)與電勢(shì)是兩個(gè)不同的概念。它們的區(qū)別:前者是矢量,與電場(chǎng)力有關(guān),后者是標(biāo)量,與電場(chǎng)力的功和電勢(shì)能有關(guān)。聯(lián)系:勻強(qiáng)電場(chǎng)中,電勢(shì)降落最快的方向就是場(chǎng)強(qiáng)的方向。 (2)勻強(qiáng)電場(chǎng)中E=U/d ,d為沿場(chǎng)強(qiáng)方向上的距離。 (3)沿傾斜直線(xiàn)單位長(zhǎng)度上電勢(shì)降落相等。 4.由電場(chǎng)線(xiàn)(或等勢(shì)面)和帶電粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡來(lái)
7、判斷電場(chǎng)力的方向,電場(chǎng)力做功及電勢(shì)能的變化問(wèn)題。 解決此類(lèi)問(wèn)題應(yīng)注意以下幾個(gè)要點(diǎn): (1)帶電粒子的軌跡切線(xiàn)方向?yàn)樵擖c(diǎn)處的速度方向。 (2)帶電粒子所受合力(往往僅為電場(chǎng)力)應(yīng)指向軌跡曲線(xiàn)的凹側(cè),再根據(jù)電場(chǎng)力與場(chǎng)強(qiáng)方向的關(guān)系(同向或反向),或電場(chǎng)力做負(fù)功還是正功等,進(jìn)一步確定其他量。 二、高考要點(diǎn)精析 (一)電場(chǎng)力做功、電勢(shì)能和電勢(shì) ☆考點(diǎn)點(diǎn)撥 (1)靜電力做功等于電勢(shì)能的減少量: (2)電荷在電場(chǎng)中某點(diǎn)A的電勢(shì)能,等于靜電力把它從該點(diǎn)移到零勢(shì)能位置時(shí)所作的功,即 (3)電場(chǎng)中某點(diǎn)的電勢(shì)等于電荷在該點(diǎn)的電勢(shì)能與其電荷量的比值, 電場(chǎng)力做的功、電勢(shì)能和電勢(shì)以及電荷量都有正負(fù),
8、要正確理解正負(fù)號(hào)的意義。計(jì)算式最好是帶入正負(fù)號(hào)直接計(jì)算。電勢(shì)和電勢(shì)能均與參考點(diǎn)的選取有關(guān)。 【例1】 將帶電量為6×10-6C的負(fù)電荷從電場(chǎng)中的A點(diǎn)移到B點(diǎn),克服電場(chǎng)力做了3×10-5J的功,再?gòu)腂移到C,電場(chǎng)力做了1.2×10-5J的功,則 (1)電荷從A移到B,再?gòu)腂移到C的過(guò)程中電勢(shì)能共改變了多少? (2)如果規(guī)定A點(diǎn)的電勢(shì)能為零,則該電荷在B點(diǎn)和C點(diǎn)的電勢(shì)能分別為多少?B點(diǎn)和C點(diǎn)的電勢(shì)分別為多少? (3)如果規(guī)定B點(diǎn)的電勢(shì)能為零,則該電荷在A(yíng)點(diǎn)和C點(diǎn)的電勢(shì)能分別為多少?A點(diǎn)和C點(diǎn)的電勢(shì)分別為多少? 解:(1)∵WAC=WAB+WBC = -3×10-5+1.2×10-5=
9、-1.8×10-5J 可見(jiàn)電勢(shì)能增加了1.8×10-5J. (2)如果規(guī)定A點(diǎn)的電勢(shì)能為零,由公式得,則該電荷在B點(diǎn)的電勢(shì)能為 EPB= EPA -WAB=0- WAB=3×10-5 J 同理,C點(diǎn)的電勢(shì)能為EPC= EPA -WAC=0- WAC=1.8×10-5 J 兩點(diǎn)的電勢(shì)分別為:V V (3)如果規(guī)定B點(diǎn)的電勢(shì)能為零,則該電荷在A(yíng)點(diǎn)的電勢(shì)能為 EPA= EPB+WAB=0+WAB= -3×10-5 J C點(diǎn)的電勢(shì)能為EPC= EPB –WBC=0- WBC= -1.2×10-5 J 兩點(diǎn)的電勢(shì)分別為:V V 可見(jiàn),電荷在某點(diǎn)的電勢(shì)能與零勢(shì)能點(diǎn)的選取有關(guān),但靜電
10、力的功與零勢(shì)能點(diǎn)的選取無(wú)關(guān)。 ☆考點(diǎn)精煉 1.將一正電荷從無(wú)窮遠(yuǎn)處移向電場(chǎng)中M點(diǎn),電場(chǎng)力做功為6.0×10-9J,若將一個(gè)等量的負(fù)電荷從電場(chǎng)中N點(diǎn)移向無(wú)窮遠(yuǎn)處,電場(chǎng)力做功為7.0×10-9J,則M、N兩點(diǎn)的電勢(shì)φm、φn有如下關(guān)系 ( ) A.m<n<0 B.n>m>0 C.n<m<0 D.m>n>0 (二)電勢(shì)高低的判斷 ☆考點(diǎn)點(diǎn)撥 (1)沿著電場(chǎng)線(xiàn)電勢(shì)降低,這是判斷電勢(shì)高低的最有效方法。 (2)借助電場(chǎng)力做功來(lái)判斷。將正電荷從電場(chǎng)中一點(diǎn)A移到另一點(diǎn)B,若電場(chǎng)力做正功,電勢(shì)能減少,則
11、A點(diǎn)電勢(shì)高于B點(diǎn);反之,若電場(chǎng)力做負(fù)功,電勢(shì)能增加,則A點(diǎn)電勢(shì)低于B點(diǎn);移動(dòng)負(fù)電荷,情況正好相反。 【例2】已知ΔABC處于勻強(qiáng)電場(chǎng)中,如圖所示。將一個(gè)帶電量q= -2×10-6C的點(diǎn)電荷從A移到B的過(guò)程中,電場(chǎng)力做功W1= -1.2×10-5J;再將該點(diǎn)電荷從B移到C,電場(chǎng)力做功W2= 6×10-6J。已知A點(diǎn)的電勢(shì)φA=5V,則B、C兩點(diǎn)的電勢(shì)分別為_(kāi)___V和____V。試在右圖中畫(huà)出通過(guò)A點(diǎn)的電場(chǎng)線(xiàn)。 A B C D 解:先由W=qU求出AB、BC間的電壓分別為6V和3V,再根據(jù)負(fù)電荷A→B電場(chǎng)力做負(fù)功,電勢(shì)能增大,電勢(shì)降低;B→C電場(chǎng)力做正功,電勢(shì)能減小,電勢(shì)升高,知φB
12、= -1VφC=2V。沿勻強(qiáng)電場(chǎng)中任意一條直線(xiàn)電勢(shì)都是均勻變化的,因此AB中點(diǎn)D的電勢(shì)與C點(diǎn)電勢(shì)相同,CD為等勢(shì)面,過(guò)A做CD的垂線(xiàn)必為電場(chǎng)線(xiàn),方向從高電勢(shì)指向低電勢(shì),所以斜向左下方。
☆考點(diǎn)精煉
2.如圖甲是某電場(chǎng)中的一條電場(chǎng)線(xiàn),A、B是這條電場(chǎng)線(xiàn)上的兩點(diǎn)。若將一正電荷從A點(diǎn)自由釋放,正電荷沿電場(chǎng)線(xiàn)從A到B運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的速度圖線(xiàn)如圖乙所示。比較A、B兩點(diǎn)電勢(shì)的高低和場(chǎng)強(qiáng)的大小,可得 ( )
A.A>B B.AEB D.EA 13、
☆考點(diǎn)點(diǎn)撥
(1)電場(chǎng)中兩點(diǎn)間的電勢(shì)之差,叫做兩點(diǎn)間的電勢(shì)差:
(2)電勢(shì)差與靜電力做功:或
電勢(shì)與零參考點(diǎn)的選取有關(guān),而電勢(shì)差與零參考點(diǎn)的選取無(wú)關(guān),只與兩點(diǎn)的位置有關(guān)。靜電力做功與路徑無(wú)關(guān),決定于兩點(diǎn)間的電勢(shì)差。
【例3】有一帶電荷量q= -3×10-6C的點(diǎn)電荷,從電場(chǎng)中的A點(diǎn)移動(dòng)到B點(diǎn)時(shí)克服電場(chǎng)力做功6×10-4J,從電場(chǎng)中的B點(diǎn)移動(dòng)到C點(diǎn)時(shí)電場(chǎng)力做功9×10-4J,問(wèn):
(1)AB、BC、CA間電勢(shì)差各為多少?
(2)如以B點(diǎn)電勢(shì)為零,則A、C兩點(diǎn)的點(diǎn)勢(shì)各為多少?電荷在A(yíng)、C兩點(diǎn)的電勢(shì)能各為多少?
解析:(1)V,V, UCA=-(UAB +UBC)=100V。
(2 14、)以B點(diǎn)電勢(shì)為零,A= UAB= 200V,C=-UBC=300V,EpA = qA = -6×10-4J
Epc= qC= -9×10-6J
☆考點(diǎn)精煉
3.如圖所示,將一個(gè)電荷量為q = +3×10-10C的點(diǎn)電荷沿電場(chǎng)中的一條電場(chǎng)線(xiàn)從A點(diǎn)移到B點(diǎn)的過(guò)程中,克服電場(chǎng)力做功6×10-9J。已知A點(diǎn)的電勢(shì)為A= - 4V,求B點(diǎn)的電勢(shì),并指出電場(chǎng)線(xiàn)的方向。
(四)由電場(chǎng)線(xiàn)、等勢(shì)面判斷電荷的運(yùn)動(dòng)情況
☆考點(diǎn)點(diǎn)撥
(1)等勢(shì)面一定與電場(chǎng)線(xiàn)垂直,即跟電場(chǎng)強(qiáng)度的方向垂直;在同一等勢(shì)面上移動(dòng)電荷時(shí)電場(chǎng)力不做功;電場(chǎng)線(xiàn)總是從高等電勢(shì)指向電勢(shì)低等勢(shì)面;
15、(2)等差等勢(shì)面越密的地方電場(chǎng)強(qiáng)度越強(qiáng),即等差等勢(shì)面分布的疏密可以描述電場(chǎng)強(qiáng)弱。
(3)電荷的運(yùn)動(dòng)軌跡向所受合力(往往僅為電場(chǎng)力)的方向彎曲,由此判斷電場(chǎng)力方向,進(jìn)而確定電場(chǎng)力做功及電勢(shì)能、動(dòng)能的變化情況。
【例4】如圖所示的直線(xiàn)是真空中某電場(chǎng)的一條電場(chǎng)線(xiàn),A、B是這條直線(xiàn)上的兩點(diǎn),一帶正電粒子以速度vA經(jīng)過(guò)A點(diǎn)向B點(diǎn)運(yùn)動(dòng),經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后,粒子以速度vB經(jīng)過(guò)B點(diǎn),且vB與vA方向相反,不計(jì)粒子重力,下面說(shuō)法正確的是 ( )
vA
vB
A
B
A.A點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)一定大于B點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)
B.A點(diǎn)的電勢(shì)一定高于B點(diǎn)的電勢(shì)
C.粒子在A(yíng)點(diǎn)的速度一定小于在B點(diǎn)的速度
D. 16、粒子在A(yíng)點(diǎn)的電勢(shì)能一定小于在B點(diǎn)的電勢(shì)能
解析:粒子受電場(chǎng)力方向向左,粒子帶正電,故場(chǎng)強(qiáng)向左,B錯(cuò)D對(duì);一條電場(chǎng)線(xiàn)無(wú)法判斷場(chǎng)強(qiáng)大小,故A錯(cuò);粒子從A點(diǎn)到B點(diǎn),電場(chǎng)力做負(fù)功,A點(diǎn)速度大于B點(diǎn)速度,C錯(cuò)。
答案:D
b
a
c
【例5】如圖所示,a、b和c分別表示點(diǎn)電荷的電場(chǎng)中的三個(gè)等勢(shì)面,它們的電勢(shì)分別為6V、4V和1.5V。一質(zhì)子()從等勢(shì)面a上某處由靜止釋放,僅受電場(chǎng)力作用而運(yùn)動(dòng),已知它經(jīng)過(guò)等勢(shì)面b時(shí)的速率為v,則對(duì)質(zhì)子的運(yùn)動(dòng)有下列判斷,正確的是( )
A.質(zhì)子從a等勢(shì)面運(yùn)動(dòng)到c等勢(shì)面電勢(shì)能增加4.5eV
B.質(zhì)子從a等勢(shì)面運(yùn)動(dòng)到c等勢(shì)面動(dòng)能減少4.5eV
C.質(zhì)子 17、經(jīng)過(guò)等勢(shì)面c時(shí)的速率為2.25v
D.質(zhì)子經(jīng)過(guò)等勢(shì)面c時(shí)的速率為1.5v
解析:質(zhì)子由高等勢(shì)面向低等勢(shì)面運(yùn)動(dòng),電勢(shì)能減少,動(dòng)能增加,A、B都錯(cuò);質(zhì)子從等勢(shì)面a到等勢(shì)面b,由動(dòng)能定理得,,質(zhì)子從等勢(shì)面a到等勢(shì)面c,由動(dòng)能定理得,,解得,D正確。
答案:D
☆考點(diǎn)精煉
4.如圖所示,同心圓a、b和c 是某靜電場(chǎng)中的三個(gè)等勢(shì)面,它們的電勢(shì)分別為a、b和c,a>b>c,一帶正電的粒子射入電場(chǎng)中,其運(yùn)動(dòng)軌跡如實(shí)線(xiàn)KLMN所示,由圖可知
A.粒子從K到L的過(guò)程中,靜電力做負(fù)功
B.粒子從L到M的過(guò)程中,靜電力做負(fù)功
C.粒子從K到L的過(guò)程中,電勢(shì)能增加
D.粒子從L到M的過(guò)程中,動(dòng)能減小 18、
a
b
c
P
Q
5.如圖所示,虛線(xiàn)a、b、c是電場(chǎng)中的三個(gè)等勢(shì)面,相鄰等勢(shì)面間的電勢(shì)差相同,實(shí)線(xiàn)為一個(gè)帶正電的質(zhì)點(diǎn)僅在電場(chǎng)力作用下,通過(guò)該區(qū)域的運(yùn)動(dòng)軌跡,P、Q是軌跡上的兩點(diǎn)。下列說(shuō)法中正確的是
A.三個(gè)等勢(shì)面中,等勢(shì)面a的電勢(shì)最高
B.帶電質(zhì)點(diǎn)一定是從P點(diǎn)向Q點(diǎn)運(yùn)動(dòng)
C.帶電質(zhì)點(diǎn)通過(guò)P點(diǎn)時(shí)的加速度比通過(guò)Q點(diǎn)時(shí)小
D.帶電質(zhì)點(diǎn)通過(guò)P點(diǎn)時(shí)的動(dòng)能比通過(guò)Q點(diǎn)時(shí)小
第三課時(shí)
(五)勻強(qiáng)電場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)與電勢(shì)差的關(guān)系
☆考點(diǎn)點(diǎn)撥
勻強(qiáng)電場(chǎng)中E=U/d ,d為沿場(chǎng)強(qiáng)方向上兩點(diǎn)間的距離。
推論:勻強(qiáng)電場(chǎng)中,沿任一方向(等勢(shì)面除外)兩點(diǎn)間的電勢(shì)差與兩點(diǎn)間的 19、距離成正比。
【例6】如圖所示,在場(chǎng)強(qiáng)為E=4.0×103 N/C的勻強(qiáng)電場(chǎng)中有相距5.cm的A、B兩點(diǎn),兩點(diǎn)連線(xiàn)與電場(chǎng)強(qiáng)度成30°角。求A、B兩點(diǎn)間的電勢(shì)差。
解析:過(guò)B點(diǎn)作一垂直于電場(chǎng)線(xiàn)的平面即等勢(shì)面,過(guò)A點(diǎn)作電場(chǎng)線(xiàn)的平行線(xiàn),二者交于點(diǎn),如圖,顯然
N/C=1.7×102 N/C
說(shuō)明:A、B連線(xiàn)不沿電場(chǎng)方向,不能直接用公式UAB=Ed計(jì)算A、B兩點(diǎn)間的電勢(shì)差。根據(jù)勻強(qiáng)電場(chǎng)的等勢(shì)面是與場(chǎng)強(qiáng)方向垂直的平面這一性質(zhì),可過(guò)B點(diǎn)作一等勢(shì)面,在等勢(shì)面上找一點(diǎn),使A、的連線(xiàn)沿場(chǎng)強(qiáng)方向,求即可.
【例7】圖中A、B、C、D是勻強(qiáng)電場(chǎng)中一正方形的四個(gè)頂點(diǎn),已知A、B、C三點(diǎn)的電勢(shì)分別為φA=15 20、V、φB=3V、φC=-3V,由此可得D點(diǎn)電勢(shì)φD=________V
解析:勻強(qiáng)電場(chǎng)中,沿任一方向(等勢(shì)面除外)兩點(diǎn)間的電勢(shì)差與兩點(diǎn)間的距離成正比。連線(xiàn)AB與DC方向相同,且長(zhǎng)度相同,故UAB=UDC=φA-φB=φD-φC=12V,故φD=9V
☆考點(diǎn)精煉
6.如圖,在勻強(qiáng)電場(chǎng)中的M、N兩點(diǎn)距離為8cm,兩點(diǎn)間的電勢(shì)差為5 V,M、N連線(xiàn)與場(chǎng)強(qiáng)方向成60°角,則此電場(chǎng)的電場(chǎng)強(qiáng)度多大?
7.如圖所示,A、B、C三點(diǎn)都在勻強(qiáng)電場(chǎng)中,已知AC⊥BC,∠ABC=60°,BC=20 cm.把一個(gè)電量q=10-5C的正電荷從A移到B,靜電力做功為零;從B移到C,靜電 21、力做功為J,則該勻強(qiáng)電場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)大小和方向是 ( )
A.865 V/m,垂直AC向左
B.865 V/m,垂直AC向右
C.1000 V/m,垂直AB斜向上
D.1000 V/m,垂直AB斜向下
(六)電場(chǎng)知識(shí)的綜合應(yīng)用
☆考點(diǎn)點(diǎn)撥
在歷年高考試題中,電學(xué)知識(shí)常常是與力學(xué)知識(shí)聯(lián)系起來(lái)考查。解答這一類(lèi)題目的關(guān)鍵還是在力學(xué)上,只要在對(duì)物體進(jìn)行受力分析時(shí),注意對(duì)帶電體所受的電場(chǎng)力進(jìn)行分析,再應(yīng)用力學(xué)相關(guān)規(guī)律(牛頓定律、運(yùn)動(dòng)學(xué)公式、動(dòng)能定律等)即可求解。必須熟練掌握電場(chǎng)線(xiàn)、等勢(shì)面、靜電力做功、電勢(shì)能、電勢(shì)、電勢(shì)差、電場(chǎng)強(qiáng)度與電勢(shì)差的關(guān)系這些基本概念和規(guī)律,這 22、是順利解題的基礎(chǔ)。
【例8】如圖所示,在傾角=37°的絕緣斜面所在空間存在著豎直向上的勻強(qiáng)電場(chǎng),場(chǎng)強(qiáng)E = 4.0×103N/C,在斜面底端有一與斜面垂直的絕緣彈性擋板。質(zhì)量m = 0.20kg的帶電滑塊從斜面頂端由靜止開(kāi)始滑下,滑到斜面底端以與擋板相碰前的速率返回。已知斜面的高度h = 0.24m,滑塊與斜面間的動(dòng)摩擦因數(shù)= 0.30,滑塊帶電荷q = -5.0×10-4C,取重力加速度g = 10m/s2,sin37°= 0.60,cos37°=0.80。求:
(1)滑塊從斜面最高點(diǎn)滑到斜面底端時(shí)的速度大?。?
(2)滑塊在斜面上運(yùn)動(dòng)的總路程s和系統(tǒng)產(chǎn)生的熱量Q。
解:(1)滑塊沿斜 23、面滑下的過(guò)程中,受到的滑動(dòng)摩擦力
f =(mg + qE)cos37°=0.96N (2分)
設(shè)到達(dá)斜面底端時(shí)的速度為v,根據(jù)動(dòng)能定理得
(mg + qE)h - (3分)
解得 v = 2.4m/s 。 (2分)
(2)滑塊最終將靜止在斜面底端。因此重力勢(shì)能和電勢(shì)能的減少等于克服摩擦力做的功,(mg + qE)h=fs (3分)
解得滑塊在斜面上運(yùn)動(dòng)的總路程:s=1 m
由能量守恒,系統(tǒng)產(chǎn)生的熱量為
Q = fs = 0.96 J (2分)
☆考點(diǎn)精煉
8.如圖所示,Q為固定的正點(diǎn)電荷,A、B兩點(diǎn)在Q的正上方和 Q相 24、距分別為 h和0.25 h,將另一點(diǎn)電荷從 A點(diǎn)由靜止釋放,運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)時(shí)速度正好又變?yōu)榱?。若此電荷在A(yíng)點(diǎn)處的加速度大小為,試求:
(1)此電荷在B點(diǎn)處的加速度。
(2)A、B兩點(diǎn)間的電勢(shì)差(用Q和h表示)
三、考點(diǎn)落實(shí)訓(xùn)練
+
ABC
1.如圖所示,三個(gè)同心圓是同一個(gè)點(diǎn)電荷周?chē)娜齻€(gè)等勢(shì)面,已知這三個(gè)圓的半徑成等差數(shù)列。A、B、C分別是這三個(gè)等勢(shì)面上的點(diǎn),且這三點(diǎn)在同一條電場(chǎng)線(xiàn)上。A、C兩點(diǎn)的電勢(shì)依次為φA=10V和φC=2V,則B點(diǎn)的電勢(shì)
A.等于6V B.低于6V
C.高于6V D.無(wú)法 25、確定
+
-
a o
c
2.如圖所示,在等量異種點(diǎn)電荷的電場(chǎng)中,將一個(gè)正的試探電荷由a 點(diǎn)沿直線(xiàn)移到O點(diǎn),再沿直線(xiàn)由O點(diǎn)移到c點(diǎn)。在該過(guò)程中,試探電荷的電勢(shì)能如何改變
A.一直減少
B.先減少后增加
C.先減少后不變
D先增加后不變
3.如圖所示,Q是帶正電的點(diǎn)電荷,P1和P2為其電場(chǎng)中的兩點(diǎn)。若E1、E2為P1、P2兩點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度的大小,φ1、φ2為P1、P2兩點(diǎn)的電勢(shì),則( )
A.E1>E2,φ1>φ2 B.E1>E2,φ1<φ2
C.E1 26、,b,c是一條電場(chǎng)線(xiàn)上的三個(gè)點(diǎn),電場(chǎng)線(xiàn)的方向由a到c,a、b間的距離等于b、c間的距離。用φa、φb、φc和Ea、Eb、Ec分別表示a、b、c三點(diǎn)的電勢(shì)和電場(chǎng)強(qiáng)度,可以斷定( )
A.φa>φb>φc B.Ea>Eb>Ec
C.φa-φb=φb-φc D.Ea=Eb=Ec
5.若帶正電荷的小球只受到電場(chǎng)力作用,則它在任意一段時(shí)間內(nèi)( )
A.一定沿電力線(xiàn)由高電勢(shì)處向低電勢(shì)處運(yùn)動(dòng)
B.一定沿電力線(xiàn)由低電勢(shì)處向高電勢(shì)處運(yùn)動(dòng)
C.不一定沿電力線(xiàn)運(yùn)動(dòng),但一定由高電勢(shì)處向低電勢(shì)處運(yùn)動(dòng)
D.不一定沿電力線(xiàn)運(yùn)動(dòng),也不一定由高電勢(shì)處向低電勢(shì)處運(yùn)動(dòng)
6.一個(gè)帶正電的 27、質(zhì)點(diǎn),電量q=2.0×10-9庫(kù),在靜電場(chǎng)中由a點(diǎn)移到b點(diǎn),在這過(guò)程中,除電場(chǎng)力外,其他力作的功為6.0×10-5焦,質(zhì)點(diǎn)的動(dòng)能增加了8.0×10-5焦,則a、b兩點(diǎn)間的電勢(shì)差Ua-Ub為( )
A.3×104伏 B.1×104伏
C.4×104伏 D.7×104伏
7.在靜電場(chǎng)中( )
A.電場(chǎng)強(qiáng)度處處為零的區(qū)域內(nèi),電勢(shì)也一定處處為零
B.電場(chǎng)強(qiáng)度處處相同的區(qū)域內(nèi),電勢(shì)也一定處處相同
C.電場(chǎng)強(qiáng)度的方向總是跟等勢(shì)面垂直的
D.沿著電場(chǎng)強(qiáng)度的方向,電勢(shì)總是不斷降低的
8.電場(chǎng)中有A、B兩點(diǎn),一個(gè)點(diǎn)電荷在A(yíng)點(diǎn)的電勢(shì)能為1.2×10- 28、8 J,在B點(diǎn)的電勢(shì)能為0.80×10-8 J.已知A、B兩點(diǎn)在同一條電場(chǎng)線(xiàn)上,如圖所示,該點(diǎn)電荷的電荷量為1.0×10-9C,那么
A.該電荷為負(fù)電荷 B.該電荷為正電荷
C.A、B兩點(diǎn)的電勢(shì)差UAB=4.0 V
D.把電荷從A移到B,電場(chǎng)力做功為W=4.0 J
9.如圖所示,在粗糙水平面上固定一點(diǎn)電荷Q,在M點(diǎn)無(wú)初速釋放一帶有恒定電荷量的小物塊,小物塊在Q的電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)到N點(diǎn)靜止,則從M點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到N點(diǎn)的過(guò)程中
A.小物塊所受電場(chǎng)力逐漸減小 B.小物塊具有的電勢(shì)能逐漸減小
C.M點(diǎn)的電勢(shì)一定高于N點(diǎn)的電勢(shì)
D.小物塊電勢(shì)能變化量的大小一定 29、等于克服摩擦力做的功
10.如圖所示,M、N兩點(diǎn)分別放置兩個(gè)等量種異電荷,A為它們連線(xiàn)的中點(diǎn),B為連線(xiàn)上靠近N的一點(diǎn),C為連線(xiàn)中垂線(xiàn)上處于A(yíng)點(diǎn)上方的一點(diǎn),在A(yíng)、B、C三點(diǎn)中
A.場(chǎng)強(qiáng)最小的點(diǎn)是A點(diǎn),電勢(shì)最高的點(diǎn)是B點(diǎn)
B.場(chǎng)強(qiáng)最小的點(diǎn)是A點(diǎn),電勢(shì)最高的點(diǎn)是C點(diǎn)
C.場(chǎng)強(qiáng)最小的點(diǎn)是C點(diǎn),電勢(shì)最高的點(diǎn)是B點(diǎn)
D.場(chǎng)強(qiáng)最小的點(diǎn)是C點(diǎn),電勢(shì)最高的點(diǎn)是A點(diǎn)
11.質(zhì)量為m、電荷量為q的質(zhì)點(diǎn),只在靜電力作用下以恒定速率v沿圓弧從A點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn),其速度方向改變的角度為θ(rad),AB弧長(zhǎng)為s,則A、B兩點(diǎn)間的電勢(shì)差φA-φB=_______,AB弧中點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)大小E=_______.
30、12. 在勻強(qiáng)電場(chǎng)中,將一電荷量為2×10-5C的負(fù)電荷由A點(diǎn)移到B點(diǎn),其電勢(shì)能增加了0.1J,已知A、B兩點(diǎn)間距為2cm,兩點(diǎn)連線(xiàn)與電場(chǎng)方向成60°角,如圖所示,問(wèn):
(1)在電荷由A移到B的過(guò)程中,電場(chǎng)力做了多少功?
(2)A、B兩點(diǎn)間的電勢(shì)差為多少?
(3)該勻強(qiáng)電場(chǎng)的電場(chǎng)強(qiáng)度為多大?
13.如圖所示,一半徑為R的絕緣圓形軌道豎直放置,圓軌道最低點(diǎn)與一條水平軌道相連,軌道都是光滑的.軌道所在空間存在水平向右的勻強(qiáng)電場(chǎng),場(chǎng)強(qiáng)為E.從水平軌道上的A點(diǎn)由靜止釋放一質(zhì)量為m的帶正電的小球,為使小球剛好在圓軌道內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng),求釋放點(diǎn)A距圓軌道最低點(diǎn)B的距離s.已 31、知小球受到的電場(chǎng)力大小等于小球重力的倍.
電場(chǎng)的能的性質(zhì)考點(diǎn)精煉參考答案
1.解析:取無(wú)窮遠(yuǎn)電勢(shì)∞=0
對(duì)正電荷:
對(duì)負(fù)電荷:
所以n<m<0,選項(xiàng)C正確
2.BC(從A到B,速度增加,電場(chǎng)力向右,故場(chǎng)強(qiáng)向右,沿著電場(chǎng)線(xiàn)電勢(shì)降低,A>B,A正確。速度圖線(xiàn)的斜率減小,則運(yùn)動(dòng)的加速度減小,則場(chǎng)強(qiáng)減小,EA>EB,C正確。)
3.解:由WAB=qUAB,解得UAB = -20V,而UAB=A-B,所以B =16V。電場(chǎng)線(xiàn)由B向A。
4.AC
5.D 解析:先由等勢(shì)面與電場(chǎng)線(xiàn)垂直,畫(huà)出電場(chǎng)線(xiàn),再根據(jù)軌跡向電場(chǎng)力的方向彎曲,判斷電場(chǎng)力的方向,進(jìn)而 32、確定電場(chǎng)線(xiàn)方向??梢耘卸妶?chǎng)線(xiàn)從等勢(shì)面c指向等勢(shì)面a,故等勢(shì)面a的電勢(shì)最低;帶電質(zhì)點(diǎn)從P點(diǎn)到Q點(diǎn)電場(chǎng)力做正功,若從Q點(diǎn)到P點(diǎn)電場(chǎng)力做負(fù)功,都有通過(guò)P點(diǎn)時(shí)的動(dòng)能比通過(guò)Q點(diǎn)時(shí)小。D正確。
6.解:根據(jù),得
=500 V/m.
7.解析:把電荷q從A移到B電場(chǎng)力不做功,說(shuō)明A、B兩點(diǎn)在同一等勢(shì)面上。因該電場(chǎng)為勻強(qiáng)電場(chǎng),等勢(shì)面應(yīng)為平面,故圖中直線(xiàn)AB即為等勢(shì)線(xiàn),電場(chǎng)方向應(yīng)垂直于等勢(shì)面,可見(jiàn),選項(xiàng)A、B不正確。
V= -173 V,B點(diǎn)電勢(shì)比C點(diǎn)低173 V,因電場(chǎng)線(xiàn)指向電勢(shì)降低的方向,所以場(chǎng)強(qiáng)方向必垂直于A(yíng)B斜向下。場(chǎng)強(qiáng)大小=V/m=1000V/m。
故:選項(xiàng)D正確。
8.解:(1)這一電 33、荷必為正電荷,設(shè)其電荷量為q,由牛頓第二定律,
在A(yíng)點(diǎn)時(shí)
在B點(diǎn)時(shí)
解得 ,方向豎直向上
(2)從A到B過(guò)程,由動(dòng)能定理 ,
故
考點(diǎn)落實(shí)訓(xùn)練參考答案
1.B 由U=Ed,在d相同時(shí),E越大,電壓U也越大。因此UAB> UBC,選B
2.C 根據(jù)電場(chǎng)線(xiàn)和等勢(shì)面的分布可知:試探電荷由a 點(diǎn)沿直線(xiàn)移到O點(diǎn),電場(chǎng)力先作正功,再沿直線(xiàn)由O點(diǎn)移到c點(diǎn)的過(guò)程中,電荷沿等勢(shì)面運(yùn)動(dòng),電場(chǎng)力不作功,電勢(shì)能不變化,故全過(guò)程電勢(shì)能先減小后不變。
3.A 4.A 5.D 6.B 7.CD
8.A 34、 9.ABD 10.C
11.0; 解析:質(zhì)點(diǎn)只在靜電力作用下以恒定速率v沿圓弧運(yùn)動(dòng),則靜電力提供向心力做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。A、B位于同一條等勢(shì)圓弧線(xiàn)上,圓弧線(xiàn)上每一點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)大小相同,由牛頓運(yùn)動(dòng)定律及圓的有關(guān)知識(shí)即可求解。
12.解:(1)因?yàn)殡姾捎葾移到B的過(guò)程中,電勢(shì)能增加了0.1J,所以電場(chǎng)力做功J。(3分)
(2)A、B兩點(diǎn)間的電勢(shì)差V。
(3)由
解得V/m
13.解:電場(chǎng)力和重力的合力,
與電場(chǎng)力方向的夾角設(shè)為,則
小球在圓軌道內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng),合力剛好提供向心力時(shí)小球速度最小,如圖所示,由牛頓第二定律得,,
由動(dòng)能定理得 ,
由以上兩式解得R
12
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