10.6 专题 电场能的性质-2022-2023学年高一物理同步备课讲义 (人教版2019必修第三册)

6 专题 电场能的性质 [学习目标] 1. 会根据电场线和运动轨迹判断静电力做功情况和电势能变化情况 2. 能利用动能定理、功能关系分析电场综合问题 3. 理解E－x、φ－x图像的意义，并会分析有关问题． 知识点一、带电粒子在电场中运动轨迹问题的分析方法 1． 判断速度方向：带电粒子运动轨迹上某点的切线方向为该点处的速度方向．选用轨迹和电场线(等势线)的交点更方便． 2． 判断静电力的方向：仅受静电力作用时，因轨迹始终夹在速度方向和带电粒子所受静电力方向之间，而且向合外力一侧弯曲，结合速度方向，可以判断静电力方向． 1　 若已知电场线和轨迹，所受静电力的方向与电场线(或电场线的切线)共线． 2　 若已知等势线和轨迹，所受静电力的方向与等势线垂直． 3． 判断静电力做功的正负及电势能的增减：若静电力方向与速度方向成锐角，则静电力做正功，电势能减少；若静电力方向与速度方向成钝角，则静电力做负功，电势能增加． 知识点二、电场中常见的功能关系 1． 若只有静电力做功，电势能与动能之和保持不变． 2． 若只有静电力和重力做功，电势能、重力势能、动能之和保持不变． 3． 除重力之外，其他各力对物体做的功等于物体机械能的变化量． 4． 所有外力对物体所做的总功等于物体动能的变化量． 知识点三、电场中的图像问题 1． φ－x图像 1　 沿x轴方向电场强度的大小等于φ－x图线的切线斜率的绝对值，如果图线是曲线，电场为非匀强电场；如果图线是倾斜的直线，电场为匀强电场(如图)．切线的斜率为零时沿x轴方向电场强度为零． 2　 在φ－x图像中可以直接判断各点电势的高低，并可根据电势大小关系确定电场强度的方向，进而可以判断电荷在电场中的受力方向．(如图) 3　 电场中常见的φ－x图像 a. 点电荷的φ－x图像(取无限远处电势为零)，如图． b. 两个等量异种点电荷连线上的φ－x图像，如图． c. 两个等量同种点电荷的φ－x图像，如图． 2． E－x图像 1　 E－x图像为静电场在x轴上的电场强度E随x的变化关系，若规定x轴正方向为电场强度E的正方向，则E>0，电场强度E沿x轴正方向；E<0，电场强度E沿x轴负方向． 2　 E－x图线与x轴所围图形“面积”表示电势差(如图所示)，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　 电场中常见的E－x图像 a. 点电荷的E－x图像：正点电荷及负点电荷的电场强度E随坐标x变化关系的图像大致如图所示． b. 两个等量异种点电荷的E－x图像，如图． c. 两个等量正点电荷的E－x图像，如图． 3． 很多时候可将a－t图象v－t图象． 知识点一：电场线、等势面、运动轨迹的综合问题 【探究重点】 1． 速度方向沿运动轨迹的切线方向，所受静电力的方向沿电场线的方向(或反方向)，所受合外力的方向指向轨迹曲线凹侧． 2． 电势能大小的判断方法 1　 静电力做正功，电势能减小；静电力做负功，电势能增加． 2　 由Ep＝qφ知正电荷在电势高处电势能大，负电荷在电势低处电势能大． 【例题精讲】 1. （2022·北京·牛栏山一中高二期末）如图所示，带箭头的实线表示某电场的电场线，虚线表示该电场的等势面。其中A、B、C三点的电场强度大小分别为EA、EB、EC，电势分别为、、。关于这三点的电场强度大小和电势高低的关系，下列说法中正确的是（　　） A．EA=EB B．EA>EC C． D． 【巩固训练】 2. （2022·广东·中山市华侨中学高二期末）某电场线分布如图所示，一带电粒子沿图中虚线所示途径运动，先后通过M点和N点，以下说法正确的是（　　） A．M、N点的场强EM＞EN B．粒子在M、N点的加速度aM＞aN C．粒子在M、N点的速度vM＞vN D．粒子带正电 知识点二：电场中的功能关系 【探究重点】 1． 合外力做功等于物体动能的变化量，即W合＝ΔEk，这里的W合指合外力做的功． 2． 静电力做功决定带电体电势能的变化量，即WAB＝EpA－EpB＝－ΔEp.这与重力做功和重力势能变化之间的关系类似． 3． 只有静电力做功时，带电体电势能与机械能的总量不变，即Ep1＋E机1＝Ep2＋E机2.这与只有重力做功时，物体的机械能守恒类似． 【例题精讲】 3. （2021-2022·北京市顺义区第二中学高二期末）如图为一匀强电场，某带电粒子从A点运动到B点，在这一运动过程中克服重力做的功为2.0J，电场力做的功为1.5J，则下列说法正确的是（　　） A．粒子带负电 B．粒子在A点的电势能比在B点少1.5J C．粒子在A点的动能比在B点少0.5J D．粒子在A点的机械能比在B点少1.5J 【巩固训练】 4. （2022·广东清远·高二期末）一带电粒子在仅受电场力