2018年高中物理 第一章 靜電場 1.7 電場能性質(zhì)的描述——電勢差學案 新人教版選修3-1.doc

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電場能性質(zhì)的描述——電勢差 一、考點突破： 知識點 考綱要求 題型 備注 電場能性質(zhì)的描述——電勢差 1. 理解電勢差的概念并能計算電勢差； 2. 掌握電場力做功與電勢差的關(guān)系。 選擇題、計算題 本知識點屬于高考重點，高頻考點，命題形式為選擇題和計算題，從能量觀點入手考查電勢差的概念及電場力做功的計算。 二、重難點提示： 重點：理解電勢差的概念并能計算電勢差。 難點：電場力做功的計算。 一、電勢差 1. 定義：電荷q在電場中A、B兩點間移動時，電場力所做的功WAB跟它的電荷量q的比值，叫作A、B間的電勢差，也叫電壓。 公式：UAB＝ 2. 電勢差與電勢的關(guān)系：UAB＝φA－φB，電勢差是標量，可以是正值，也可以是負值，而且有UAB＝－UBA。 3. 電勢差UAB由電場中A、B兩點的位置決定，與移動的電荷q、電場力做的功WAB無關(guān)，與零電勢點的選取也無關(guān)。 二、用功能關(guān)系分析帶電粒子的能量轉(zhuǎn)化 1. 功能關(guān)系 （1）若只有電場力做功，電勢能與動能之和保持不變； （2）若只有電場力和重力做功，電勢能、重力勢能、動能之和保持不變； （3）除重力外，其他各力對物體做的功等于物體機械能的變化； （4）所有力對物體所做功的代數(shù)和，等于物體動能的變化。 2. 電場力做功的計算方法 （1）由公式W＝Flcos α來計算，此公式只適用于勻強電場，可變形為：W＝qElcos α； （2）由公式W＝qU來計算，此公式適用于任何形式的靜電場； （3）由動能定理來計算：W電場力＋W其他力＝ΔEk； （4）由電勢能的變化來計算：WAB＝EpA－EpB。 例題1 如圖所示，MPQO為有界的豎直向下的勻強電場，電場強度為E，ACB為光滑固定的半圓形軌道，軌道半徑為R，A、B為圓水平直徑的兩個端點，AC為圓弧，一個質(zhì)量為m，電荷量為－q的帶電小球，從A點正上方高為H處由靜止釋放，并從A點沿切線方向進入半圓軌道，不計空氣阻力及一切能量損失，關(guān)于帶電小球的運動情況，下列說法正確的是（　?。? A. 小球一定能從B點離開軌道 B. 小球在AC部分可能做勻速圓周運動 C. 若小球能從B點離開，上升的高度一定小于H D. 小球到達C點的速度可能為零 思路分析：本題考查學生對復合場問題、功能關(guān)系、圓周運動等知識的綜合運用分析能力。若電場力大于重力，則小球有可能不從B點離開軌道，A錯；若電場力等于重力，小球在AC部分做勻速圓周運動，B正確；因電場力做負功，有機械能損失，上升的高度一定小于H，C正確；由圓周運動知識可知若小球到達C點的速度為零，則在此之前就已脫軌了，D錯。 答案：BC 例題2 如圖所示，在足夠長的光滑絕緣水平直線軌道上方的P點，固定一電荷量為＋Q的點電荷，一質(zhì)量為m、帶電荷量為＋q的物塊（可視為質(zhì)點），從軌道上的A點以初速度v0沿軌道向右運動，當運動到P點正下方B點時速度為v，已知點電荷產(chǎn)生的電場在A點的電勢為φ（取無窮遠處電勢為零），P到物塊的重心豎直距離為h，P、A連線與水平軌道的夾角為60，試求： （1）物塊在A點時受到軌道的支持力大小； （2）點電荷＋Q產(chǎn)生的電場在B點的電勢。 思路分析：（1）物塊在A點受重力、電場力、支持力，分解電場力，由豎直方向受力平衡得FN＝mg＋sin 60 又因為h＝rsin 60 由以上兩式解得支持力為 FN＝mg＋； （2）物塊從A點運動到P點正下方B點的過程中，由動能定理得 －qU＝mv2－mv02 又因為U＝φB－φA＝φB－φ， 由以上兩式解得φB＝ （v02－v2）＋φ。 答案：（1）mg＋?。?） （v02－v2）＋φ 【方法提煉】靜電場中涉及圖象問題的處理方法和技巧 1. 主要類型： （1）v－t圖象；（2）φ－x圖象；（3）E－t圖象。 2. 應(yīng)對策略： （1）v－t圖象：根據(jù)v－t圖象的速度變化、斜率變化（即加速度大小的變化），確定電荷所受電場力的方向與電場力的大小變化情況，進而確定電場的方向、電勢的高低及電勢能的變化； （2）φ－x圖象：①電場強度的大小等于φ－x圖線的斜率大小，電場強度為零處，φ－x圖線存在極值，其切線的斜率為零；②在φ－x圖象中可以直接判斷各點電勢的大小，并可根據(jù)電勢大小關(guān)系確定電場強度的方向；③在φ－x圖象中分析電荷移動時電勢能的變化，可用WAB＝qUAB計算，進而分析WAB的正負，然后做出判斷； （3）E－t圖象：根據(jù)題中給出的E－t圖象，確定E的方向，再在草稿紙上畫出對應(yīng)電場線的方向，根據(jù)E的大小變化，確定電場的強弱分布。 滿分訓練：一帶正電的檢驗電荷，僅在電場力作用下沿x軸從x＝－∞向x＝＋∞運動，其速度v隨位置x變化的圖象如圖所示，x＝x1和x＝－x1處，圖線切線的斜率絕對值相等且最大，則在x軸上（　?。? A. x＝x1和x＝－x1兩處，電場強度相同 B. x＝x1和x＝－x1兩處，電場強度最大 C. x＝0處電勢最低 D. 從x＝x1運動到x＝＋∞過程中，電荷的電勢能逐漸減小 思路分析：在x＝x1和x＝－x1處斜率絕對值相等，則在兩處的a大小相等，所以F大小相等。但由題圖可知F方向相反，所以E的方向相反，A錯誤。在x＝x1和x＝－x1處斜率的絕對值最大，則在兩處的a最大，F(xiàn)＝am＝qE，所以在兩處的電場強度也最大，B正確。由圖象可知在（－∞，0）上，F(xiàn)方向向左，則E的方向也向左，φ0應(yīng)為最高，C錯誤。由圖象可知在（0，＋∞）上，F(xiàn)方向向右，則E的方向也向右，電荷由x1運動到＋∞時電場力做正功，電勢能逐漸減小，故D正確。 答案：BD