专题7.2电场能的性质讲原卷版_04高考物理_新高考复习资料_2022年新高考复习资料_2022年高考物理一轮复习讲练测（新教材新高考）

专题7.2 电场能的性质【讲】 目录 一 讲核心素养............................................................................................................................................................1 二 讲必备知识............................................................................................................................................................1 【知识点一】 电势高低、电势能大小的判断..............................................................................................1 【知识点二】电势差与电场强度的关系..........................................................................................................3 【知识点三】电场线、等势线(面)及带电粒子的运动轨迹问题....................................................................7 三．讲关键能力------电场中的四类图象问题..........................................................................................................9 一 讲核心素养 1.物理观念：电势能、电势、电势差。 知道静电场中的电荷具有电势能。了解电势能、电势和电势差的含义。。 2.科学思维：电势差与电场强度的关系、电场中的图像。 (1).掌握匀强电场中电势差及其与电场强度的关系 (3)掌握利用图象分析静电场性质的方法，培养学生们通过“数形结合思想”分析问题的能力。 3.科学态度与责任：静电现象应用与安全。 了解生产生活中关于静电的利用与防护的实例。 二 讲必备知识 【知识点一】 电势高低、电势能大小的判断 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 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 场源电荷的正负 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 电场力做功 根据U ＝，将W 、q的正负号代入，由U 的正负判断φ 、φ 的高低 AB AB AB A B 2.电势能大小的判断 将电荷量、电势连同正负号一起代入公式 E ＝qφ，正E 的绝对值越大，电势能越 p p 公式法 大；负E 的绝对值越大，电势能越小 p 正电荷在电势高的地方电势能大 电势法 负电荷在电势低的地方电势能大 电场力做正功，电势能减小 做功法 电场力做负功，电势能增加 在电场中，若只有电场力做功时，电荷的动能和电势能相互转化，动能增加，电势 能量守恒法 能减小；反之，动能减小，电势能增加 【例1】(多选)(2020·全国卷Ⅲ，21)如图，∠M是锐角三角形PMN最大的内角，电荷量为q(q>0)的点电荷 固定在P点。下列说法正确的是( ) A.沿MN边，从M点到N点，电场强度的大小逐渐增大 B.沿MN边，从M点到N点，电势先增大后减小 C.正电荷在M点的电势能比其在N点的电势能大 D.将正电荷从M点移动到N点，电场力所做的总功为负【素养升华】本题考察的学科素养主要是物理观念及科学思维。 【变式训练1】(2021·广东韶关质检)如图所示，虚线表示某电场的等势面，实线表示一带电粒子仅在电场 力作用下运动的径迹．粒子在A点的加速度为 a 、动能为 E 、电势能为 E ；在B点的加速度 为a 、动 A kA pA B 能为 E 、电势能为 E .则下列结论正确的是( ) kB pB A．a >a ，E >E B．a E A B kA kB A B pA pB C．a a ，E φ M N D．电场线的方向水平向右 三．讲关键能力------电场中的四类图象问题 几种常见图象的特点及规律 根据v t图象中速度变化、斜率确定电荷所受合力的方向与合力大小变化，确定电 v t图象 场的方向、电势高低及电势能变化 (1)电场强度的大小等于φ x图线的斜率大小，电场强度为零处，φ x图线存在极 值，其切线的斜率为零； (2)在φ x图象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 φ x图象 强度的方向； (3)在φ x图象中分析电荷移动时电势能的变化，可用W ＝qU ，进而分析W 的 AB AB AB 正负，然后做出判断 (1)反映了电场强度随位移变化的规律；(2)E＞0表示场强沿x轴正方向，E＜0表示 场强沿x轴负方向； Ex图象 (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 (1)反映了电势能随位移变化的规律； Ex图象 (2)图线的切线斜率大小等于电场力大小； p (3)进一步判断场强、动能、加速度等随位移的变化情况 类型一 v－t图象 根据v－t图象的速度变化、斜率变化(即加速度大小的变化)，可确定电荷所受电场力的方向与电场力的大 小变化情况，进而确定电场的方向、电势的高低及电势能的变化。 【例1】 (多选)(2021·山东泰安市4月多校联考)如图所示，A、B两点有等量同种正点电荷，AB连线的中 垂线上C、D两点关于AB对称，t＝0时刻，一带正电的点电荷从C点以初速度v 沿CD方向射入，点电荷 0 只受电场力。则点电荷由C到D运动的v－t 图象，以下可能正确的是( )【素养提升】本题考察的学科素养主要是物理观念及科学思维。 【要点提炼】1．由vt图象的斜率变化分析带电粒子的加速度a的大小变化。 2．根据牛顿第二定律a＝＝，判断场强E的大小变化。 3．根据vt图象分析带电粒子做加速运动还是减速运动，进而分析场强的方向。 4．进而由场强的大小和方向分析电场的其他性质，如电场线、等势面、电势、电势能的变化等。 【变式训练1】 (多选)(2021·宁夏石嘴山市模拟)如图甲所示，光滑绝缘水平面上有一沿水平方向的电场， MN是其中的一条直线，线上有A、B、C三点。一带电荷量为＋2×10－3 C、质量为1×10－3 kg的小物块从 A点静止释放，沿MN做直线运动，其运动的v－t图象如图乙所示，其中B点处的切线斜率最大(图中标出 了该切线)，C点处的切线平行于t轴，运动过程中小物块电量保持不变，则下列说法中正确的是( ) A.A、B两点的电势差U ＝－4 V AB B.B点为AC间电场强度最大的点，场强大小E＝1 V/m C.由A到C的过程中小物块的电势能先减小后变大 D.小物块从B点到C点电场力做的功W＝10－2 J 类型二 φ－x图象1.在φ－x图象中可以直接判断各点电势的大小，并可根据电势大小关系确定电场强度的方向。 2.在φ－x图象中分析电荷移动时电势能的变化，可用W ＝qU ，进而分析W 的正负，然后作出判断。 AB AB AB 3.在φ－x图象中可以判断电场类型，如下图所示，如果图线是曲线，则表示电场强度的大小是变化的，电 场为非匀强电场；如果图线是倾斜的直线，则表示电场强度的大小是不变的，电场为匀强电场。 4.在φ－x图象中可知电场强度的方向，进而可以判断电荷在电场中的受力方向。 【例2】 (多选)(2021·山东省等级考试第二次模拟)在x轴附近固定有两个点电荷Q 和Q ，其连线与x轴平 1 2 行。以无穷远处为电势零点，测得x轴上各点的电势φ随坐标x的分布如图所示。下列说法正确的是( ) A.x 处的电场强度为零 2 B.Q 和Q 带有异种电荷 1 2 C.将试探电荷＋q从x 沿x轴正方向移到x 的过程中，电势能先增大后减小 1 3 D.将试探电荷＋q从x 沿x轴正方向移到x 的过程中，电势能先减小后增大 1 3 【素养提升】本题考察的学科素养主要是物理观念及科学思维。【要点提炼】1．电场强度的大小等于φx图线的斜率大小，电场强度为零处，φx图线存在极值，其切线的 斜率为零。 2．在φx图象中可以直接判断各点电势的大小，并可根据电势大小关系确定电场强度的方向。 3．在φx图象中分析电荷移动时电势能的变化，可用W ＝qU ，进而分析W 的正负，然后作出判断。 AB AB AB 【变式训练2】 (多选)(2021·山西长治市3月模拟)在x轴上有两个点电荷q 、q ，其静电场的电势φ在x轴 1 2 上分布如图所示，规定无穷远处电势为零。下列说法正确有( ) A.q 和q 带有同种电荷 1 2 B.x 处的电场强度为零 1 C.负电荷从x 移到x，受到的电场力减小 1 2 D.负电荷从x 移到x，电场力做正功 1 2 类型三 E－x图象 1.E－x图象反映了电场强度随位移变化的规律，E＞0表示电场强度沿x轴正方向；E＜0表示电场强度沿x 轴负方向。 2.在给定了电场的E－x图象后，可以由图线确定电场强度、电势的变化情况， E－x图线与x轴所围图形“面积”表示电势差(如下图所示)，两点的电势高低根据电场方向判定。在与粒 子运动相结合的题目中，可进一步确定粒子的电性、动能变化、电势能变化等情况。 3.在这类题目中，还可以由E－x图象画出对应的电场，利用这种已知电场的电场线分布、等势面分布或场 源电荷来处理相关问题。【例3】(多选)(2021·河南南阳市上学期期末)某条电场线是一条直线，上边依次有O、A、B、C四个点，相 邻两点间距离均为d，以O点为坐标原点，沿电场强度方向建立x轴，该电场线上各点电场强度E随x的 变化规律如图所示。一个带电荷量为＋q的粒子，从O点由静止释放，仅受电场力作用。则( ) A.若O点的电势为零，则A点的电势为－ B.粒子从A到B做匀速直线运动 C.粒子在OA段电势能减少量小于BC段电势能减少量 D.粒子运动到B点时动能为 【素养提升】本题考察的学科素养主要是物理观念及科学思维。 【要点提炼】1．Ex图象反映了电场强度随位移变化的规律。 2．Ex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。 【变式训练3】(多选)(2021·福建厦门市五月质检)某空间存在沿x轴方向的电场，电场强度沿x轴的变化情 况如图所示，有一个质量为m、电荷量为＋q的点电荷从A点以初速度v 沿x轴正方向运动，到B点时速 0 度恰好减到零，点电荷只受电场力的作用，则( ) A.A点电势低于B点电势 B.点电荷在A、B两点的电势能相等 C.从A到B的过程中，电场力先做负功后做正功 D.若点电荷只受电场力作用，则A、B两点的电势差为－类型四 E －x图象 p 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.进一步判断场强、动能、加速度等随位移的变化情况。 【例4】 (2021·江西重点中学协作体第一次联考)将两个点电荷A、B分别固定在水平面上x轴的两个不同 位置上，将一带负电的试探电荷在水平面内由A点的附近沿x轴的正方向移动到B点附近的过程中，该试 探电荷的电势能随位置变化的图象如图所示，已知 x ＞x ，图中过C点的水平虚线与图线相切，两固定 AC CB 点电荷带电荷量分别用q 、q 表示。则下列分析正确的是( ) A B A.两固定点电荷都带正电，且q ＞q A B B.在AB连线内，C点的电场强度最小但不等于零 C.因试探电荷的电势能始终为正值，可知A、B两点间沿x轴方向的电场强度始终向右 D.如果将试探电荷的电性改为正电，则该电荷在C点的电势能最大 【素养提升】本题考察的学科素养主要是物理观念及科学思维。 【变式训练4】 (2021·湖南衡阳市第一次联考)一带负电的粒子只在电场力作用下沿x轴正向运动，其电势 能E 随位移x变化关系如图所示，其中0～x 段是关于直线x＝x 对称的直线，x ～x 段是曲线，则下列说 p 2 1 2 3 法正确的是( ) A.x 处电场强度最小 1B.在O、x、x、x 处电势φ、φ、φ、φ 的关系为φ＜φ＝φ＜φ 1 2 3 0 1 2 3 3 2 0 1 C.0～x 段带电粒子做匀变速直线运动 2 D.0～x 段电场强度方向不变，大小变化，x～x 段的电场强度大小、方向均不变 1 2 3