2020-2021学年高二上学期物理鲁科版（2019）必修第三册课件：第2章 电势能与电势差阶段提升课35张PPT

阶段提升课
第2章
考 点　有关电场的图像问题(难度☆☆☆☆)
电场中几种图像的特点与应用:
v-t
图像
根据v-t图像中速度变化、斜率确定电荷所受合力的方向与合力大小变化,确定电场的方向、电势高低及电势能变化
φ-x
图像
①电场强度的大小等于φ-x图像的斜率大小,电场强度为零处,φ-x图像存在极值,其切线的斜率为零;
②在φ-x图像中可以直接判断各点电势的高低,并可根据电势高低关系确定电场强度的方向;
③在φ-x图像中分析电荷移动时电势能的变化,可用WAB=qUAB,进而分析WAB的正负,然后做出判断
E-x
图像
①反映了电场强度随位移变化的规律;
②E>0表示场强沿x轴正方向,E<0表示场强沿x轴负方向;
③图线与x轴围成的“面积”表示电势差,“面积”大小表示电势差大小,两点的电势高低根据电场方向判定
Ep-x
图像
①反映了电势能随位移变化的规律;
②图线的切线斜率大小等于电场力大小;
③判断场强、动能、加速度等随位移的变化情况
【名师支招】
【素养评价】
1.(多选)电场强度方向与x轴平行的静电场中,x轴上各点电势φ随x的分布如图
所示。一质量为m、电荷量为q的带负电粒子(不计重力),以初速度v0从O点(x=0)
沿x轴正方向进入电场,下列说法正确的是 (　　)
A.在O～x1、x3～x4两个区间内电场方向相反
B.粒子从O点运动到x4点的过程中,在x2点的速度最大
C.粒子从x1点运动到x3点的过程中,电势能一直增大
D.若v0=2 ,则粒子运动到x2点时的动能为2qφ0

【解析】选C、D。粒子在O到x1、x3到x4的过程中,电势升高,场强方向沿x轴负
方向,电场方向相同,选项A错误;O～x1,粒子所受的电场力方向沿x轴正方向,粒
子做加速运动,在x1～x3过程中,粒子所受电场力方向沿x轴负方向,粒子做减速
运动,故x1点速度最大,选项B错误;从x1到x3电势不断降低,根据负电荷在电势越
低处电势能越大,可知粒子从x1到x3的过程中电势能不断增大,选项C正确;粒子
从O点运动到x2点时,电势没变,电势能没变,故电场力做功为零,粒子的动能不
变,其动能为Ek= =2qφ0,选项D正确。
2.(多选)空间中存在沿x轴正方向的电场,x轴上各点的电场强度随x的变化情况
如图所示。下列叙述正确的是 (　　)
A.x1、x2两处的电势相同
B.电子在x1处的电势能小于在x2处的电势能
C.x=0处与x1处两点之间的电势差为U=
D.电子沿x轴从x1处运动到x2处,电场力一直做负功

【解析】选B、C、D。沿电场方向电势降低,因电场方向沿x轴正方向,故x轴相
当于一条电场线,故 ,A错误;电子受到的电场力方向和电场方向相反,故
从x1到x2电场力做负功,电势能增大,电子在x1处的电势能小于在x2处的电势
能,B、D正确;因为从x=0到x1处的电场强度是均匀增大的,所以从x=0到x1处的电
场强度平均值为 ,根据公式E= 可得,x=0处与x1处的电势差为U= ,C正
确。
【加固训练】
1.电荷量为q1和q2的两点电荷分别固定在x轴上的O、C两点,规定无穷远处电势
为零,一带正电的试探电荷在x轴上各点具有的电势能随x的变化关系如图所
示。其中,试探电荷在B、D两点处的电势能均为零;在DJ段中H点处电势能最
大。则 (　　)
A.q1的电荷量小于q2的电荷量
B.G点处电场强度的方向沿x轴正方向
C.若将一带负电的试探电荷自G点释放,仅在电场力作用下一定能到达D点
D.若将一带负电的试探电荷从D点移到J点,电场力先做正功后做负功

【解析】选D。由Ep=qφ知正电荷的电势能变化和电场的电势变化相同。由题图知无穷远处的电势为0,B点的电势为零,由于沿着电场线方向电势降低,所以O点的电荷q1带正电,C点电荷q2带负电,由于B点距离O比较远而距离C比较近,所以q1的电荷量大于q2的电荷量,选项A错误;由沿着电场线方向电势逐渐降低,可知G点的场强沿x轴负方向,选项B错误;带负电的试探电荷在G点受沿x轴正方向的电场力,故沿x轴正向加速运动,选项C错误;负电荷从D点到J点的过程中,电场力先沿x轴正向后沿x轴负向,故电场力先做正功后做负功,选项D正确。
2.如图所示,在匀强电场中,以A点为坐标原点,AB方向为位移x的正方向,图中能正确反映电势φ随位移x变化的图像是 (　　)

【解析】选C。在匀强电场中,沿任意一条直线电势均匀变化,沿电场线方向电势逐渐降低,故沿AB方向的电势均匀降低,则C正确,A、B、D错误。
3.(多选)在x轴上有两个点电荷q1、q2,其静电场的电势φ在x轴上分布如图所示。下列说法正确的有 (　　)
A.q1和q2带有异种电荷
B.x1处的电场强度为零
C.负电荷从x1移到x2,电势能减小
D.负电荷从x1移到x2,受到的电场力增大

【解析】选A、C。由题图可知,电势有正有负,且只有一个极值,说明两个点电
荷为异种电荷,A项正确;由E= 可知,φ-x图像的切线斜率表示电场强度,因
此x1处的电场强度不为零,B项错误;负电荷从x1移到x2的过程中,电势升高,电场
强度减小,由Ep=qφ,F=qE可知,电势能减小,受到的电场力减小,C项正确,D项错
误。
【核心素养——科学思维】
考点1　电场中的能量关系(难度☆☆☆)
1.静电力做功的计算方法:
(1)功的定义法:W=qEd,只适用于匀强电场
(2)电势差法:WAB=qUAB
(3)电势能变化法:WAB=-ΔEp=EpA-EpB
(4)动能定理法:W静电力+W其他=ΔEk
2.常用功能关系:
(1)电场力做的功等于电荷的电势能变化量的负值:
W电场力=-ΔEp。
(2)合外力做的功等于动能的变化:W合=ΔEk。
(3)若只有电场力做功,则有-ΔEp=ΔEk。
【名师支招】
【素养评价】
1.(多选)图中虚线a、b、c、d、f代表匀强电场内间距相等的一组等势面,已知
平面b上的电势为2 V。一电子经过a时的动能为10 eV,从a到d的过程中克服电
场力所做的功为6 eV。下列说法正确的是 (　　)
A.平面c上的电势为零
B.该电子可能到达不了平面f
C.该电子经过平面d时,其电势能为4 eV
D.该电子经过平面b时的速率是经过d时的2倍

【解析】选A、B。电子在等势面b时的电势能为Ep=qφ=-2 eV,电子由a到d的过
程中电场力做负功,电势能增加6 eV,由于相邻两等势面之间的距离相等,故相
邻两等势面之间的电势差相等,则电子由a到b、由b到c、由c到d、由d到f电势
能均增加2 eV,则电子在等势面c的电势能为零,等势面c的电势为零,A正确;由
以上分析可知,电子在等势面d的电势能应为2 eV,C错误。电子在等势面b的动
能为8 eV,电子在等势面d的动能为4 eV,由公式Ek= mv2可知,该电子经过平面
b时的速率为经过平面d时速率的 倍,D错误;如果电子的速度与等势面不垂直,
则电子在该匀强电场中做曲线运动,所以电子可能到达不了平面f就返回平面
a,B正确。
【加固训练】
1.(多选)在点电荷Q的电场中,一个电子通过时的轨迹如图实线所示,a、b为两个等势面,则下列判断中正确的是 (　　)
A.Q一定为负电荷
B.电子从b到a的过程中电场力做负功
C.电子经过两等势面的动能Eka>Ekb
D.电子在两等势面上的电势能Epa>Epb

【解析】选A、C。根据运动轨迹可知,带电粒子受到了排斥力作用,故Q为负电荷,故A正确;根据运动轨迹可知,带电粒子受到了排斥力作用,从b到a过程中,电场力做正功,故B错误;从b到a过程中,电场力做正功,因此动能增大、电势能减小,故C正确,D错误。
2.图中虚线所示为静电场中的等势面1、2、3、4,相邻的等势面之间的电势差相等,其中等势面3的电势为0。一带正电的点电荷在静电力的作用下运动,经过a、b点时的动能分别为26 eV和5 eV。当这一点电荷运动到某一位置,其电势能变为-6 eV时,它的动能应为 (　　)
A.6 eV　　　 B.18 eV　　　
C.11 eV　　　 D.32 eV

【解析】选B。在只有电场力做功的条件下动能和电势能的总和保持不变,故
有Eka+Epa=Ekb+Epb,所以26 eV+Epa=5 eV+Epb,Epb-Epa=26 eV-5 eV=21 eV,根据
Ep=qφ可知φb>φa,由于相邻等势面之间的电势差相同,等势面3的电势为0,设
等势面4的电势为φ,则等势面a的电势为-2φ,代入得qφ-(-2qφ)=3qφ=21 eV,
可得:qφ=7 eV,正电荷的能量E总=E k+(-6 eV)=5 eV+7 eV,Ek=5 eV+7 eV+6 eV
=18 eV,故B正确,A、C、D错误。
2.如图所示,实线表示某电场的电场线(方向未标出),虚线是一带负电的粒子只在电场力作用下的运动轨迹,设M点和N点的电势分别为φM、φN,粒子在M点和N点时加速度大小分别为aM、aN,速度大小分别为vM、vN,电势能分别为EpM、EpN。下列判断正确的是 (　　)
A.vMB.vMC.φM<φN,EpMD.aM【解析】选D。由粒子的轨迹知电场力的方向偏向右,因粒子带负电,故电场线
方向偏向左,由沿电场线方向电势降低,可知φN<φM,EpM密,故场强EM功,动能增加,故vM>vN。综上所述,则D正确,A、B、C错误。
考点2　电容器的动态分析(难度☆☆☆☆)
用“四步法”对电容器动态分析:
【素养评价】
1.如图所示,平行板电容器两极板A、B间有一个带电油滴P,正好静止在两极板正中间。现将两极板稍拉开一些,其他条件不变,拉开时间忽略,则(　　)
A.油滴将向上加速
B.油滴将向下加速
C.电流计中电流由b流向a
D.电流计中始终无电流流过

【解析】选B。将两极板的距离拉开一些,由于电势差不变,d变大,则根据E=
知,电场强度变小,电场力减小,油滴向下加速,故A错误,B正确;根据C=
得,d变大,则电容变小,U不变,根据Q=CU知,电荷量减小,电容器放电,则电流计
中的电流由a流向b,故C、D错误。故选B。
【加固训练】
1.一充电后的平行板电容器与电源断开,现保持两极板的正对面积不变,仅将两极板的间距变为原来的2倍,则 (　　)
A.其电容变为原来的2倍
B.两极板的带电量不变
C.两极板间电压变为原来的0.5倍
D.两极板间的电场强度变为原来的2倍
【解析】选B。充电后的平行板电容器与电源断开,则电荷量Q恒定,现保持两
极板的正对面积不变,仅将两极板的间距变为原来的2倍,则根据电容的决定式
C= ,与Q=CU可知,电容变为原来的0.5倍,两极板间电压变为原来的2倍,根
据E= 可知电场强度不变,故B正确,A、C、D错误。
2.研究与平行板电容器电容有关因素的实验装置如图所示,下列说法正确的
是 (　　)
A.实验前,只用带电玻璃棒与电容器a板接触,能使电容器带电
B.实验中,只将电容器b板向上平移,静电计指针的张角变小
C.实验中,只在极板间插入有机玻璃板,静电计指针的张角变大
D.实验中,只增加极板带电量,静电计指针的张角变大,表明电容增大

【解析】选A。当用带电玻璃棒与电容器a板接触,由于静电感应,从而在b板感
应出等量的异种电荷,从而使电容器带电,故选项A正确;根据电容的决定
式:C= ,将电容器b板向上平移,即正对面积S减小,则电容C减小,根据C=
可知, 电量Q不变,则电压U增大,则静电计指针的张角变大,故选项B错误;
根据电容的决定式:C= ,只在极板间插入有机玻璃板,则相对介电常数
εr增大,则电容C增大,根据C= 可知, 电量Q不变,则电压U减小,则静电计
指针的张角变小,故选项C错误;根据电容决定式C= 可知,电容C的变化与
电量并无关系,因此电量的改变并不会导致电容的变化,故选项D错误。
2.如图所示是测定液面高度h的电容式传感器示意图,E为电源,G为灵敏电流
计,A为固定的导体芯,B为导体芯外面的一层绝缘物质,C为导电液体。已知灵
敏电流计指针偏转方向与电流方向的关系为:电流从左边接线柱流进电流计,
指针向左偏。如果在导电液体的深度h发生变化时观察到指针正向左偏转,
则 (　　)
A.导体芯A所带电荷量在增加,液体的深度h在增大
B.导体芯A所带电荷量在减小,液体的深度h在增大
C.导体芯A所带电荷量在增加,液体的深度h在减小
D.导体芯A所带电荷量在减小,液体的深度h在减小

【解析】选D。电流计指针向左偏转,说明流过电流计G的电流为左→右,则导体芯A所带电荷量在减小,由Q=CU可知,由导体芯A与导电液体形成的电容器的电容在减小,则液体的深度h在减小,故D正确。