2025秋高考物理一轮复习第七章静电场第2讲电场能的性质课件(59页PPT)

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名称 2025秋高考物理一轮复习第七章静电场第2讲电场能的性质课件(59页PPT)
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资源类型 试卷
版本资源 通用版
科目 物理
更新时间 2025-07-13 16:11:33

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(共59张PPT)
第七章 静电场
第2讲 电场能的性质
素养目标 1.理解描述电场能量的概念,如电势、电势差、电势能等.(物理观念) 2.具有分析匀强电场中电势差与电场强度的关系的观念.(物理观念) 3.电势高低、电势能大小的判断方法.(科学思维)
一、静电力做功、电势能和电势
BC
A. 在运动过程中,电势能先增加后减少
B. 在P点的电势能大于在N点的电势能
C. 在M点的机械能等于在N点的机械能
D. 从M点运动到N点的过程中,电场力始终不做功
解析:以O点为圆心作同心圆如图所示,其中过Q点的圆与轨迹线相切,这些圆均为等势线.从P点由静止释放一个带负电的小球,小球仅在重力和该点电荷对它的电场力作用下在竖直面内运动,在运动过程中,小球离该点电荷的距离先减小后增大,电场力对小球先做正功后做负功,电势能先减少后增加,A错误;小球由P到M的运动过程中,电场力对小球做正功,小球的电势能减少,小球在P点的电势能大于在M点的电势能,由于OM=ON,可知M、N两点的电势相等,则小球在M点的电势能等于在N点的电势能,所以小球在P点的电势能大于在N点的电势能,B正确;小球在M点的电势能等于在N点的电势能,根据能量守恒定律可知小球在M点的机械能等于在N点的机械能,C正确;小球从M点运动到N点的过程中,电场力对小球先做正功后做负功,电势能变化量为零,可知电场力做的总功为零,但不是始终不做功,D错误.
1. 静电力做功
(2)计算方法
实际路径
初末位置
电场方向
任何电场
2. 电势能
(3)电势能具有相对性.
电场
零势能
电势能的减少量
电势能

相对性
深化1  电势高低的判断
判断依据 判断方法
电场线方向 沿电场线方向电势逐渐降低
场源电荷
的正、负 取无穷远处电势为零,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
电势能的高低 正电荷在电势较高处电势能大,负电荷在电势较低处电势能大
静电力做功
深化2  电势能大小的判断
判断角度 判断方法
做功判断法 静电力做正功,电势能减小;静电力做负功,电势能增加
电荷电势法 正电荷在电势高的地方电势能大;负电荷在电势低的地方电势能大
公式法 将电荷量、电势连同正、负号一起代入公式Ep=qφ,正Ep的值越大,电势能越大;负Ep的绝对值越大,电势能越小
能量守恒法 在电场中,若只有静电力做功时,电荷的动能和电势能相互转化,动能增加,电势能减小,反之,动能减小,电势能增加
BC
A. P点的电势高于Q点的电势
B. P点的电场强度小于Q点的电场强度
C. 电子在P点的电势能大于在Q点的电势能
D. 电子由P运动到Q,电场力做负功
解析:阳极电势高,阴极电势低,所以P点电势低于Q点的电势,电子在P点的电势能大于在Q点的电势能,A错误,C正确;电场线越密场强越强,所以P点的电场强度小于Q点的电场强度,B正确;电子从K极由静止被加速,所以电子由P运动到Q做加速运动,电场力做正功,D错误.
角度2 静电力做功与电势能变化的关系
A. 小球由P向Q做减速运动
B. 电场中A 点的电势低于C点的电势
C. 小球由P向Q运动的过程中,电势能不断减小
D. 该小球若从M点沿MN方向射入,则小球将向BC边偏转
C
解析:小球带负电,可知小球所受电场力沿着PQ方向,与小球的初速度方向相同,小球做加速运动,故A错误;根据匀强电场的等势面和电场线垂直可知,C点的电势等于P点的电势,A点的电势等于Q点的电势,沿着电场线的方向电势逐渐降低,可知电场中A 点的电势高于C点的电势,故B错误;小球所受电场力的方向与小球的运动方向相同,电场力做正功,则小球的电势能不断减小,故C正确;小球所受电场力沿着PQ方向,该小球若从M点沿 MN方向射入,则小球将向AD边偏转,故D错误.
二、电场线、等势面和带电粒子轨迹问题
BCD
A. 粒子带负电荷
B. M点的电场强度比N点的小
C. 粒子在运动轨迹上存在动能最小的点
D. 粒子在M点的电势能大于在N点的电势能
解析:根据粒子所受电场力指向曲线轨迹的凹侧可知,带电粒子带正电,故A错误.等差等势面越密集的地方场强越大,故M点的电场强度比N点的小,故B正确.粒子带正电,因为M点的电势大于N点的电势,故粒子在M点的电势能大于在N点的电势能;由于带电粒子仅在此电场作用下运动,电势能与动能总和不变,故可知当电势能最大时动能最小,故粒子在运动轨迹上到达最大电势处时动能最小,故C、D正确.故选B、C、D.
电势相等
垂直


2. 电势差
(1)定义:电荷在电场中,由一点A移到另一点B时,电场力所做的功WAB与移动的电荷的电量q的比值.
φA-φB
深化1  常见等势面比较
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
电场 等势面(实线)图样 重要描述
等量异种点电荷的电场 两电荷连线的中垂面为等势面
等量同种正点电荷的电场 在电荷连线上,中点电势最低;在连线的中垂线上,中点电势最高
深化2  电场线与带电粒子在电场中的运动轨迹
电场线 运动轨迹
(1)电场中并不存在,是为研究电场方便而人为引入的.
(2)曲线上各点的切线方向即该点的场强方向,同时也是正电荷在该点所受电场力的方向 (1)粒子在电场中的运动轨迹是客观存在的.
(2)轨迹上每一点的切线方向即粒子在该点的速度方向,但加速度的方向与速度的方向不一定相同
深化3  电场线与轨迹问题的判断方法
(1)“运动与力两线法”——画出“速度线”(运动轨迹在初始位置的切线)与“力线”(在初始位置电场线的切线方向),从两者的夹角情况来分析曲线运动的情况.
(2)三不知时要用“假设法”——电荷的正负、场强的方向或等势面电势的高低、电荷运动的方向,若已知其中的任意一个,可顺次向下分析判定各待求量;若三个都不知,则要用假设法分别讨论各种情况.
AC
A. M点的电势比N点的低
B. N点的电场强度比P点的大
C. 污泥絮体从M点移到N点,电场力对其做正功
D. 污泥絮体在N点的电势能比其在P点的大
解析:M、N在一条电场线上,沿电场线方向电势降低,故φM<φN,A正确;电场线疏密程度反映电场强度大小,电场线密的地方电场强度大,故EN<EP,B错误;污泥絮体带负电,由M点到N点电势升高,电场力做正功,C正确;P点电势等于M点电势,则N点电势高于P点电势,污泥絮体带负电,则污泥絮体在N点的电势能比其在P点的小,D错误.
D
A. M点的电势高于N点
B. M点的电场强度比N点的大
C. 该试探电荷在M点的电势能大于在N点的电势能
D. 该试探电荷在M点的动能大于在N点的动能
解析:由于电场线垂直等势面,试探电荷所受静电力沿电场线切线方向且指向轨迹的凹侧,试探电荷带正电,因此可以判断电场线的分布情况,如图所示,所以M点的电势低于N点的电势,故A错误;等差等势面的疏密表示电场强弱,所以M点的电场强度小于N点的电场强度,故B错误;由电势能与电势的关系Ep=qφ可知,带正电的粒子在电势越高的位置,电势能越大,所以该试探电荷在M点的电势能小于在N点的电势能,又由能量守恒定律可知,试探电荷在M点的动能大于在N点的动能,故C错误,D正确.
三、电势差与电场强度的关系
C
U=Ed
沿场强方向
电势降低
场强


推论2:匀强电场中若两线段AB∥CD,且AB=CD,则UAB=UCD(或φA-φB=φC-φD),如图乙所示.
深化2  等分法确定电场线及电势高低的解题思路
AD
A. 该电场的电场强度大小为1 V/m
B. 电子在R点的电势能大于在P点的电势能
C. 将一个电子从P点移动到Q点,电场力做功为+0.5 eV
D. 将一个电子从P点移动到R点,电场力做功为+0.5 eV
C
角度2 等分法确定电场线及电势高低
A. d点电势为10 V
B. 电场强度的大小为6 V/m
D. 粒子从a点到e点,其电势能增大
B
角度3 非匀强电场中电场强度和电势差
A. b、c两点间的电势差Ubc=0
B. a点电场强度大小大于100 V/m
C. a点电场强度方向水平向右
D. a点的电势低于c点
限时跟踪检测
A级·基础对点练
题组一 静电力做功、电势能和电势
A. M、N、P、Q 四点的场强相同
B. UMO=UNO,即M、O间电势差等于N、O间电势差
C. 将一质子从M点沿MON移动到N点的过程中,电势能一直减小
D. 将一电子从M点沿MOP移动到P点的过程中,电势能先减小后增大
C
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解析:根据电场强度的矢量叠加知,M、N、P、Q四点的场强方向不同,A错误;根据等量异种点电荷的性质及电势的叠加原理可知O点电势为零,M、P两点离正电荷近,电势为正,N、Q两点离负电荷近,电势为负,则UMO≠UNO,B错误;由于O点电势为零,且M、P两点电势均为正,所以沿MOP移动电子,其电势先降低后升高,电势能先增大后减小,D错误;同理,将一质子从M点沿MON移动到N点过程中,其电势能一直减小,C正确.
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A. EA>EB>EC B. EA<EB<EC
C. φA>φB>φC D. φA<φB<φC
BC
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题组二 电场线、等势面和带电粒子轨迹问题
A. 点电荷A带负电
B. M、N两点的电场强度大小EM>EN
C. M、N两点的电势高低φM<φN
D. 电子从M点运动到N点,电势能增大
D
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解析:根据电子的运动轨迹,结合电子轨迹要夹在合力和速度之间,且合力指向轨迹凹的一侧,可判断知点电荷A带正电,A错误;根据等势线的疏密同时也可表示电场线的疏密,由电场线的疏密表示电场强度的大小,由题图可判断知EM<EN,B错误;根据沿电场线方向电势逐渐降低,由题图可知φM>φN,C错误;电子从M点运动到N点,根据WMN=eUMN=e(φM-φN)<0,电场力对电子做负功,电子的电势能增大,D正确.故选D.
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A. 图中弯曲的虚线轨迹可能是一段圆弧
B. a点的电势一定高于b点电势
C. a、b两点的电场强度大小可能相同
D. 该带电粒子在a点的电势能一定小于在b点的电势能
B
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解析:如图所示,Ea、Eb的交点为场源点电荷的位置,粒子若做圆周运动,必以场源电荷为圆心,由图可知,带正电的粒子的轨迹不可能是一段圆弧,A错误;由题可知场源电荷为负电荷,离负点电荷越远的点电势越高,所以a点的电势高于b点电势,B正确;根据点电荷电场的分布特点可知,离点电荷越近,电场强度越大,所以a点电场强度小于b点电场强度,C错误;根据电势能的计算公式Ep=qφ,φa>φb,可知带电粒子在a、b两点的电势能的大小关系为Epa>Epb,D错误.
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A. 2 V B. 3 V C. 4 V D. 6 V
A
题组三 电势差与电场强度的关系
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A. 25 V/m B. 50 V/m
C. 100 V/m D. 200 V/m
C
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A. 一定带正电
B. 在b点的电势能为0.5 J
C. 在b点的动能比在a、c两点的动能都大
D. 在c点的动能为0.4 J
AD
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解析:如图所示,可知粒子受力方向向上,电势由下向上逐渐降低,根据“顺小逆大”,可知电场方向也向上,因此粒子带正电,A正确;将b点电势和粒子带电荷量代入电势能公式Ep=φq得电势能为0.3 J,B错误;根据“沿着受力方向动增势减”,可知b点动能最小,C错误;粒子从a点运动到c点,电场力做的功W=Δφ·q=-10×0.01 J=-0.1 J,由动能定理得Ekc-Eka=W,解得c点动能为0.4 J,D正确.
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B级·能力提升练
C
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解析:等量异种点电荷连线上,沿着连线从正电荷到负电荷的过程中,电场强度先减小后增大,在连线中点处场强最小,负电荷右侧、正电荷左侧场强方向均向左,为负,图像在x轴下方,A错误.在等量异种点电荷连线的中垂线上,电势相等,B错误.等量同种点电荷连线中点处场强为0,左边正电荷的右侧场强沿着两电荷连线逐渐减小,方向向右,图像在x轴上方,左侧场强向左,沿着x轴负方向逐渐减小,图像在x轴下方;右边正电荷左侧场强向左,沿着x轴负方向逐渐减小,图像在x轴下方,右侧场强向右,沿着x轴正方向场强逐渐减小,图像在x轴上方,C正确.等量同种点电荷连线的中垂线上,电场线方向均背离O点,由沿电场线方向电势越来越低知O点向两侧电势越来越低,D错误.
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A. 一定带正电
B. 0~3 s内静电力做的功为-9 J
C. 运动过程中动能不变
D. 0~3 s内除静电力和重力外所受其他力对微粒做的功为12 J
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解析:由于不清楚电场强度的方向和电场力方向的关系,故无法确定微粒的电性,故A错误;由题图可知,0~3 s内电势能增加9 J,则0~3 s静电力做的功为-9 J,故B正确;由题图可知,电势能均匀增加,即静电力做的功与时间成正比,说明微粒沿静电力方向做匀速直线运动,同理,沿重力方向也做匀速直线运动,则微粒的合运动为匀速直线运动,所以运动过程中速度不变,动能不变,故C正确;0~3 s内机械能增加3 J,静电力做功为-9 J,由功能关系可知0~3 s内除静电力和重力外所受其他力对微粒做的功为12 J,故D正确.
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10. (2025·河北衡水质检)有一个匀强电场,电场线和坐标平面xOy平行,以原点O为圆心、半径r=10 cm 的圆周上任意一点P的电势φ=40sin θ+25(V),θ为O、P两点的连线与x轴正方向所成的角,
A、B、C、D为圆周与坐标轴的四个交点,如图所示.
(1)求该匀强电场场强的大小和方向;
答案:(1)400 V/m,方向沿y轴负方向
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(2)若在圆周上D点处有一个α粒子源,能在xOy平面内发射初动能均为200 eV的α粒子(氦核).当发射的方向不同时,α粒子会经过圆周上不同的点.在所有的这些点中,α粒子到达哪一点的动能最大?最大动能是多少?
答案:(2)C点 280 eV
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