(讲义)第2章 素养培优课2 电场能的性质-【提分教练】2023-2024学年新教材高中物理必修第三册(鲁科版2019)

素养培优课(二)　电场能的性质 培优目标 1．熟练掌握描述电场能的性质的物理量，灵活运用电场中的功能关系。 2．通过分析电势、电势能及电场力做功的综合问题，提高逻辑思维和科学思维能力。 3．会综合应用运动和力、功和能的关系，分析带电粒子在电场中的运动问题，提高科学推理能力。 考点1　电势、电势差、电势能的比较 1．电势高低的判断方法 判断角度 判断方法 依据电场线方向 沿电场线方向电势降低 依据电场力做功 根据UAB＝，将WAB、q的正负号代入，由UAB的正负判断φA、φB的高低 依据场源电 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 依据电势 能的大小 对于正电荷，电势能大处电势高，电势能小处电势低；对于负电荷，电势能大处电势低，电势能小处电势高 2．电势能大小的判断方法 公式法 将电荷量、电势连同正负号一起代入公式Ep＝qφ，正Ep的绝对值越大，电势能越大；负Ep的绝对值越大，电势能越小 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 做功法 电场力做正功，电势能减少；电场力做负功，电势能增加 能量守恒法 在电场中，若只有电场力做功时，电荷的机械能和电势能相互转化，机械能增加，电势能减少；反之，机械能减少，电势能增加 【典例1】　A、B为两等量异种电荷，图中水平虚线为A、B连线的中垂线，现将另两个等量异种的检验电荷a、b，如图所示用绝缘细杆连接后从离AB无穷远处沿中垂线平移到AB的连线上，平移过程中两检验电荷位置始终关于中垂线对称。若规定离AB无穷远处电势为零，则下列说法正确的是(　　) A．在A、B的连线上a所处的位置电势φa<0 B．a、b整体在A、B连线处具有的电势能Ep>0 C．整个移动过程中，静电力对a做正功 D．整个移动过程中，静电力对a、b整体做正功 B　[设A、B连线的中点为O，由于A、B连线的垂直平分线是一条等势线，且一直延伸到无穷远处，所以O点的电势为零，A、O间的电场线方向由A指向O，而沿着电场线方向电势逐渐降低，可知a所处的位置电势φa>0，故A错误；a所处的位置电势φa>0，b所处的位置电势φb<0，由Ep＝qφ知，a、b在A、B连线处的电势能均大于零，则整体的电势能Ep>0，故B正确；a、b看成一个整体，原来总电势能为零，在A、B连线处系统总电势能大于零，所以整个移动过程中，总电势能增大，静电力对a、b整体做负功，故D错误；同理可知，在平移过程中，a的电势能增大，所以静电力对a做负功，故C错误。] (1)电场线与等势面的关系：电场线与等势面垂直，并从电势较高的等势面指向电势较低的等势面。 (2)电场强度大小与电势无直接关系：零电势可人为选取，电场强度的大小由电场本身决定，故电场强度大的地方，电势不一定高。 (3)电势能与电势的关系：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。 1．(2021·全国乙卷)如图(a)，在一块很大的接地金属平板的上方固定一负电荷。由于静电感应，在金属平板上表面产生感应电荷，金属板上方电场的等势面如图(b)中虚线所示，相邻等势面间的电势差都相等。若将一正试探电荷先后放于M和N处，该试探电荷受到的电场力大小分别为FM和FN，相应的电势能分别为EpM和EpN，则(　　) (a)　　　　　　　　(b) A．FM＜FN，EpM＞EpN B．FM＞FN，EpM＞EpN C．FM＜FN，EpM＜EpN D．FM＞FN，EpM＜EpN A　[由图中等势面的疏密程度可知EM＜EN根据F＝qE可知FM＜FN，由题可知图中电场线是由金属板指向负电荷，设将该试探电荷从M点移到N点，可知电场力做正功，电势能减小，即EpM＞EpN。故选A。] 考点2　电场线、等势面和运动轨迹的综合问题 带电粒子运动轨迹类问题的解题技巧 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。 2．判断电场力(或电场强度)的方向 仅受电场力作用时，带电粒子所受电场力方向指向轨迹曲线的凹侧，且电场力方向一定与电场线或电场线的切线共线，再根据粒子的正负判断电场强度的方向。 3．判断电场力做功的正负及电势能的增减 若电场力与速度方向成锐角，则电场力做正功，电势能减少：若电场力与速度方向成钝角，则电场力做负功，电势能增加。 4．判断受力大小、加速度大小变化 根据电场线分布疏密程度、等差等势面分布疏密程度与场源电荷相对位置进行分析。 【典例2】　如图所示，实线为方向未知的三条电场线，虚线分别为等势线1、2、3，已知MN＝NQ，两带电粒子a、b从等势线2上的O点以相同的初速度飞出。仅在电场力作用下，两粒子的运动轨迹如图所示，则(　　) A．a一定带正电，b一定