2018年高中物理 第一章 靜電場 1.6 電場能性質(zhì)的描述——電勢(shì)能和電勢(shì)學(xué)案 新人教版選修3-1.doc

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電場能性質(zhì)的描述——電勢(shì)能和電勢(shì) 1、 考點(diǎn)突破： 知識(shí)點(diǎn) 考綱要求 題型 說明 電場能性質(zhì)的描述——電勢(shì)能和電勢(shì) 1. 靜電力做功特點(diǎn)及計(jì)算； 2. 理解靜電力做功與電勢(shì)能變化之間的關(guān)系； 3. 掌握電勢(shì)的概念并能判斷場中不同位置電勢(shì)的高低； 4. 掌握等勢(shì)面的特點(diǎn)。 選擇題、計(jì)算題 本知識(shí)點(diǎn)屬于高頻考點(diǎn)、難點(diǎn)，電勢(shì)能和電勢(shì)是電場能的性質(zhì)的描述的重要物理量，考查方向以場的能量為依托對(duì)電勢(shì)能、電勢(shì)等概念進(jìn)行考查。 二、重難點(diǎn)提示： 重點(diǎn)：1. 靜電力做功特點(diǎn)及計(jì)算； 2. 理解靜電力做功與電勢(shì)能變化之間的關(guān)系。 難點(diǎn)：電勢(shì)的概念及電勢(shì)高低的判斷。 一、電場力做功與電勢(shì)能 1. 靜電力做功的特點(diǎn) （1）在電場中移動(dòng)電荷時(shí)，電場力做功與路徑無關(guān)，只與初末位置有關(guān)，可見靜電力做功與重力做功相似。 （2）在勻強(qiáng)電場中，靜電力做的功W＝Eqd，其中d為沿電場線方向的位移。 2. 電勢(shì)能 （1）定義：電荷在電場中具有的勢(shì)能。電荷在某點(diǎn)的電勢(shì)能，等于把它從該點(diǎn)移到零勢(shì)能位置時(shí)靜電力所做的功。 （2）靜電力做功與電勢(shì)能變化的關(guān)系 靜電力做的功等于電勢(shì)能的減少量，即WAB＝－。 （3）電勢(shì)能的相對(duì)性：電勢(shì)能是相對(duì)的，通常把電荷在離場源電荷無限遠(yuǎn)處的電勢(shì)能規(guī)定為零，或把電荷在大地表面上的電勢(shì)能規(guī)定為零。 二、電勢(shì) 1. 電勢(shì) （1）定義：電荷在電場中某一點(diǎn)的電勢(shì)能與它的電荷量的比值。 （2）定義式：φ＝ （3）標(biāo)矢性：電勢(shì)是標(biāo)量，其大小有正負(fù)之分，其正（負(fù)）表示該點(diǎn)電勢(shì)比電勢(shì)零點(diǎn)高（低）。 （4）相對(duì)性：電勢(shì)具有相對(duì)性，同一點(diǎn)的電勢(shì)因零電勢(shì)點(diǎn)選取的不同而不同。 （5）電場線法判斷電勢(shì)高低：沿著電場線方向電勢(shì)逐漸降低。 2. 等勢(shì)面 （1）定義：電場中電勢(shì)相同的各點(diǎn)構(gòu)成的面。 （2）特點(diǎn) ①電場線跟等勢(shì)面垂直，即場強(qiáng)的方向跟等勢(shì)面垂直； ②在等勢(shì)面上移動(dòng)電荷時(shí)電場力不做功； ③電場線總是從電勢(shì)高的等勢(shì)面指向電勢(shì)低的等勢(shì)面； ④等差等勢(shì)面越密的地方電場強(qiáng)度越大；反之越??； ⑤任意兩等勢(shì)面不相交。 幾種常見的典型電場的等勢(shì)面比較 電場 等勢(shì)面（實(shí)線）圖樣 重要描述 勻強(qiáng)電場 垂直于電場線的一簇平面 點(diǎn)電荷的電場 以點(diǎn)電荷為球心的一簇球面 等量異種點(diǎn)電荷的電場 兩簇對(duì)稱曲面，連線的中垂線上的電勢(shì)為零 等量同種正點(diǎn)電荷的電場 等勢(shì)面為兩簇對(duì)稱曲面，連線上，中點(diǎn)電勢(shì)最低，而在中垂線上，中點(diǎn)電勢(shì)最高 例題1 如圖所示，在x軸上相距為L的兩點(diǎn)固定兩個(gè)等量異種點(diǎn)電荷＋Q、－Q，虛線是以＋Q所在點(diǎn)為圓心、為半徑的圓，a、b、c、d是圓上的四個(gè)點(diǎn)，其中a、c兩點(diǎn)在x軸上，b、d兩點(diǎn)關(guān)于x軸對(duì)稱，則下列判斷正確的是 （　?。? A. b、d兩點(diǎn)處的電勢(shì)相同 B. 四個(gè)點(diǎn)中c點(diǎn)處的電勢(shì)最低 C. b、d兩點(diǎn)處的電場強(qiáng)度相同 D. 將一試探電荷＋q沿圓周由a點(diǎn)移至c點(diǎn)，＋q的電勢(shì)能減小 思路分析：在兩等量異種點(diǎn)電荷產(chǎn)生的電場中，根據(jù)電場分布規(guī)律和電場的對(duì)稱性可以判斷，b、d兩點(diǎn)電勢(shì)相同，均大于c點(diǎn)電勢(shì)，b、d兩點(diǎn)場強(qiáng)大小相同但方向不同，選項(xiàng)A、B正確，C錯(cuò)誤；將＋q沿圓周由a點(diǎn)移至c點(diǎn)，＋Q對(duì)其作用力不做功，－Q對(duì)其作用力做正功，所以＋q的電勢(shì)能減小，選項(xiàng)D正確。 答案：ABD 例題2 兩個(gè)帶等量正電的點(diǎn)電荷，固定在圖中的P、Q兩點(diǎn)，MN為PQ連線的中垂線，交PQ于O點(diǎn)，A為MN上的一點(diǎn)，一帶負(fù)電的試探電荷q，從A點(diǎn)由靜止釋放，只在靜電力作用下運(yùn)動(dòng)，取無限遠(yuǎn)處的電勢(shì)為零，則（　?。? A. q由A向O的運(yùn)動(dòng)是勻加速直線運(yùn)動(dòng) B. q由A向O運(yùn)動(dòng)的過程電勢(shì)能逐漸減小 C. q運(yùn)動(dòng)到O點(diǎn)時(shí)的動(dòng)能最大 D. q運(yùn)動(dòng)到O點(diǎn)時(shí)電勢(shì)能為零 思路分析：q由A向O運(yùn)動(dòng)的過程中，電場力的方向始終由A指向O，但力的大小變化，所以電荷q做變加速直線運(yùn)動(dòng)，電場力做正功，q通過O點(diǎn)后在電場力的作用下做變減速運(yùn)動(dòng)，所以q到O點(diǎn)時(shí)速度最大，動(dòng)能最大，電勢(shì)能最小，因無限遠(yuǎn)處的電勢(shì)為零，則O點(diǎn)的電勢(shì)φ≠0，所以q在O點(diǎn)的電勢(shì)能不為零，故選項(xiàng)B、C均正確，選項(xiàng)A、D錯(cuò)誤。 答案：BC 【方法提煉】 帶電粒子運(yùn)動(dòng)軌跡類問題的解題技巧 （1）判斷速度方向：帶電粒子軌跡的切線方向?yàn)樵擖c(diǎn)處的速度方向。 （2）判斷電場力（或場強(qiáng)）的方向：僅受電場力作用時(shí)，帶電粒子所受電場力方向指向軌跡曲線的凹側(cè)，再根據(jù)粒子的正負(fù)判斷場強(qiáng)的方向。 （3）判斷電場力做功的正負(fù)及電勢(shì)能的增減：若電場力與速度方向成銳角，則電場力做正功，電勢(shì)能減少；若電場力與速度方向成鈍角，則電場力做負(fù)功，電勢(shì)能增加。 滿分訓(xùn)練：如圖所示，A、B兩點(diǎn)是粒子在勻強(qiáng)電場中運(yùn)動(dòng)時(shí)經(jīng)過的兩個(gè)點(diǎn)，平行直線表示電場線，但方向未知，整個(gè)過程中只有電場力做功，已知粒子在A點(diǎn)的動(dòng)能比B點(diǎn)大，則下列說法中正確的是（　?。? A. 無論粒子是從A到B，還是從B到A，電場力均做負(fù)功 B. 電場線方向從右向左 C. 粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡若為1，則粒子一定帶負(fù)電 D. 無論粒子是帶正電還是負(fù)電，均不可能沿軌跡2運(yùn)動(dòng) 思路分析：由于粒子在A點(diǎn)的動(dòng)能比B點(diǎn)大，結(jié)合電場線與軌跡形狀（質(zhì)點(diǎn)做曲線運(yùn)動(dòng)時(shí)合力必指向凹側(cè)）進(jìn)行分析，若粒子沿軌跡1運(yùn)動(dòng)，則在任意位置時(shí)粒子所受到的電場力一定水平向左，若粒子從A到B，則電場力做負(fù)功，從B到A，則電場力做正功，由此可知，A錯(cuò)誤；此時(shí)若粒子帶正電，電場方向一定向左，且由A向B運(yùn)動(dòng)，若粒子帶負(fù)電，電場方向一定向右，且由B向A運(yùn)動(dòng)，均滿足粒子在A點(diǎn)的動(dòng)能比B點(diǎn)大；若粒子沿軌跡2運(yùn)動(dòng)，則在任意位置時(shí)粒子所受到的電場力一定水平向右，同理可判斷此情況下粒子在A點(diǎn)的動(dòng)能一定比B點(diǎn)的小，不符合題意，即符合題意的粒子一定沿軌跡1運(yùn)動(dòng)，由此可知B、C錯(cuò)誤，D選項(xiàng)正確。 答案：D