第1章 专题提升课4 电场性质的综合应用-【优学精讲】2024-2025学年高中物理必修第三册教用课件(教科版)

专题提升课4　电场性质的综合应用 1 专题 深度剖析 1 随堂 巩固落实 2 内容 索引 专题 深度剖析 PART 01 第一部分 3 微专题一　电场线、等势线和带电粒子运动轨迹分析 1．由电场线和等差等势面的疏密，可以比较不同点的电场强度大小，电场线或等势面密集处，电场强度较大。 2．根据电荷的运动轨迹可以判断电荷受力方向和做功的正负，从而判断电势能的变化情况，注意电场力与电场线相切，且指向曲线的凹侧。 专题 深度剖析 返回导航 角度1　利用电场线分析粒子的运动 　　　如图所示，实线表示水平向右的匀强电场中的一组电场线，一带电粒子(不计重力)经过电场区域后的轨迹如图中虚线所示，a、b是轨迹上的两点，关于粒子的运动情况，下列说法正确的是(　　) A．该粒子带正电荷 B．该粒子从a点运动到b点的过程中速率增大 C．该粒子经过a、b两点时的加速度大小相等 D．该粒子在a点时的电势能大于在b点时的电势能 √ 专题 深度剖析 返回导航 [解析]　根据曲线弯曲的方向和电场线方向可以判断粒子受到的电场力水平向左，可知粒子带负电，A错误； 该粒子从a点运动到b点的过程中，电场力做负功，粒子的电势能增大，动能减小，因此，粒子从a点运动到b点的过程中速率减小，粒子在a点时的电势能小于在b点时的电势能，B、D错误； 粒子在匀强电场中受到恒定电场力的作用，粒子经过a、b两点时的加速度大小相等，C正确。 专题 深度剖析 返回导航 √ 　　　(2024·四川凉山联考期末)如图所示，实线代表电场线，虚线代表的是仅在电场力作用下的带电粒子的运动轨迹。粒子从M点运动到N点，以下说法正确的是(　　) A．该带电粒子带负电 B．M点的电势低于N点的电势 C．粒子在M点的电势能大于在N点的电势能 D．粒子在N点的加速度小于在M点的加速度 专题 深度剖析 返回导航 [解析]　带电粒子的轨迹向上弯曲，则带电粒子所受的电场力沿电场线切线向上，与电场方向相同，可知该粒子带正电，故A错误； 沿着电场线的方向，电势逐渐降低，因此M点的电势高于N点电势，故B错误； 粒子先经过M点，再经过N点，由于电场力方向与轨迹之间的夹角是锐角，可知电场力做正功，电势能减小，所以粒子在M点的电势能大于在N点的电势能，故C正确； 实线表示电场线，电场线的疏密程度表示电场强度的大小，所以N点的电场强度大于M点的电场强度，粒子只受电场力的作用，根据牛顿第二定律可知，粒子在N点的加速度大于在M点的加速度，故D错误。 专题 深度剖析 返回导航 √ 　　　(2024·福建三明一中月考)如图所示，平行的实线代表电场线，方向未知，电荷量为1×10－2C的正电荷在电场中只受电场力作用，该电荷由A点移到B点，动能损失了0.1 J，若A点电势为－10 V，则(　　) A．B点的电势为零 B．电场线方向向右 C．电荷运动的轨迹可能是图中曲线a D．电荷从A运动到B机械能守恒 专题 深度剖析 返回导航 [解析]　该电荷由A点移到B点，根据动能定理有qUAB＝q(φA－φB)＝ΔEk＝－0.1 J，解得φB＝0，故A正确； 由题意知电场力做负功，又电荷带正电，说明电场线方向向左，故B错误； 做曲线运动的物体所受合外力指向曲线的凹侧，电荷受到的电场力水平向左，所以电荷运动的轨迹可能是题图中曲线b，故C错误； 电场力做负功，电荷从A点运动到B点机械能减小，故D错误。 专题 深度剖析 返回导航 √ 角度2　利用等势面分析粒子的运动 　　　如图所示，虚线a、b、c是电场中的等差等势面，实线为质子仅在电场力作用下通过该区域时的运动轨迹，P、Q是这条轨迹上的两点，据此可知(　　) A．三个等势面中，c的电势最高 B．P点的电场强度小于Q点的电场强度 C．质子一定从P运动到Q D．质子通过P点时的电势能比通过Q点时的大 专题 深度剖析 返回导航 [解析]　由质子的轨迹偏转方向可知，质子所受电场力的方向为垂直于虚线向下，电场强度方向为垂直于虚线向下，三个等势面中，c的电势最低，A错误； 根据等势面越密电场强度越大可知，P点的电场强度大于Q点的电场强度，B错误； 质子不一定从P运动到Q，也可能从Q点到P点，C错误； 如质子从P到Q，那么电场力做正功，电势能减小，所以质子通过P点时的电势能比通过Q点时的大，如质子从Q到P，那么电场力做负功，电势能增大，还是通过P点时的电势能大，D正确。 专题 深度剖析 返回导航 　　　(多选)(2024·广东汕头月考)如图所示，虚线表示两个固定的等量异种点电荷形成的电场中的等势线。一带电粒子以某一速度从图中a点沿实线abcde运动。若粒子只受静电力作用，则下列判断正确的是(　　) A．粒子带负电 B．速度先减小后增大 C．电势能先减小后增大 D．经过b点和d点时的速度大小和方向均相同 √ √ 专题 深度剖析 返回导航 [解析]　根据两个固定的等量异种点电荷所形成电场的等势线的特点可得，题图中正电荷在上方，负电荷在下方，从粒子运动轨迹看出，轨迹向上弯曲，可知带电粒子受到了向上的力的作用，所以粒子带负电，故A正确； 粒子从a→b→c过程中，电场力做负功，c→d→e过程中，电场力做正功，电场力先做负功后做正功，则粒子的电势能先增大后减小，速度先减小后增大，故B正确，C错误； 由于b、d两点处于同一个等势面上，所以粒子在b、d两点的电势能相同，粒子经过b点和d点时的速度大小相同，方向不同，故D错误。 专题 深度剖析 返回导航 微专题二　静电场中的图像问题 1．v－t图像 根据v－t图像的速度变化、斜率变化(即加速度大小的变化)，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。 专题 深度剖析 返回导航 2．φ－x图像 (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图像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，然后作出判断。 专题 深度剖析 返回导航 √ √ 角度1　v－t图像 　　　(多选)一点电荷仅在电场力的作用下运动，其速度—时间图像如图所示，其中ta和tb是电荷在电场中a、b两点运动的时刻，则下列说法正确的是(　　) A．a、b两点电势φa＞φb B．a、b两点电场强度Ea＝Eb C．a、b两点电场强度Ea＞Eb D．点电荷从a运动到b的过程中电场力做正功，电势能减小 专题 深度剖析 返回导航 根据动能定理可判断出从a点运动到b点电场力做正功，所以电势能减小，故D正确； 因为不知道点电荷的电性，无法判断出a、b两点电势高低，故A错误。 专题 深度剖析 返回导航 　　　(2024·广东中山月考)两个等量正点电荷固定于光滑水平面上，其连线中垂线上有A、B、C三点，如图甲所示。一个电荷量为＋2×10－7 C，质量为0.1 kg的小物块(可视为质点)从C点由静止释放，其运动的v－t图像如图乙所示，其中B点处为整条图线切线(图中标出了该切线)斜率最大的位置，则下列说法正确的是(　　) 专题 深度剖析 返回导航 A．由C到A的过程中物块的电势能一直在增大 B．B点为中垂线上电场强度最大的点，场强E＝1×106 V/m C．由C点到A点电势逐渐升高 D．A、B两点间的电势差UAB＝－500 V √ 专题 深度剖析 返回导航 [解析]　由v－t图像可知，由C到A的过程中，物块的速度一直增大，电场力对物块做正功，电势能一直减小，故A错误； 专题 深度剖析 返回导航 两个等量同种正电荷连线的中垂线上电场强度方向是由O点沿中垂线指向外侧，故由C点到A点的过程中电势逐渐减小，故C错误； 专题 深度剖析 返回导航 角度2　φ－x图像 　　　A、B为一电场中x轴上的两点，如图甲所示。一电子仅在电场力作用下从A点运动到B点，x轴上各点电势随其坐标变化的关系如图乙所示，则下列说法正确的是(　　) A．该电场是点电荷形成的电场 B．A、B两点电场强度大小关系为EA<EB C．电子从A运动到B过程中电场力做负功 D．电子在A、B两点的电势能大小关系为EpA>EpB √ 专题 深度剖析 返回导航 [解析]　各点电势随其坐标变化的关系图像中，斜率表示电场强度大小，可知该电场为匀强电场，则A、B两点电场强度大小关系为EA＝EB，故A、B错误； 一电子仅在电场力作用下从A点运动到B点，电子从A运动到B过程中，UAB＝φA－φB<0，则WAB＝－eUAB>0，则电场力做正功，电势能减小，故电子在A、B两点的电势能大小关系为EpA＞EpB，故C错误，D正确。 专题 深度剖析 返回导航 　　　(2024·广东高州市第四中学校考期末)某空间存在一电场，电场中的电势φ在x轴上的分布如图所示，x轴正方向向右，下列说法正确的是(　　)     A．在x轴上，从x1到x2，电场强度方向向左 B．在x轴上，从x1到x2，电场强度先减小后增大 C．把一负电荷沿x轴从x1移到x2，电场力先增大后减小 D．把一负电荷从x1移到x2，电场力做负功 √ 专题 深度剖析 返回导航 [解析]　由φ－x图像知，从x1到x2，电势先降低后升高，可知电场强度方向先向右后向左，A错误； 由φ－x图像的斜率等于电场强度，可知从x1到x2，电场强度先减小后增大，B正确； 由F＝qE知，把一负电荷沿x轴从x1移到x2，电场力先减小后增大，C错误； 负电荷在电势低处电势能大，所以把一负电荷从x1移到x2，电势能先增大后减小，电场力先做负功后做正功，D错误。 专题 深度剖析 返回导航 随堂 巩固落实 PART 02 第二部分 27 √ 1.(利用电场线分析粒子运动)(多选)如图所示，一带负电粒子以某速度进入水平向右的匀强电场中，在电场力作用下形成图中所示的运动轨迹。M和N是轨迹上的两点，其中M点在轨迹的最右点。不计重力，下列表述正确的是(　　) A．粒子在M点的速率最小 B．粒子所受电场力沿电场方向 C．粒子在电场中的加速度不变 D．粒子在电场中的电势能始终在增加 √ 随堂 巩固落实 返回导航 解析：负电粒子受到的电场力向左，在向右运动的过程中，电场力对负电粒子做负功，负电粒子的速度减小，运动到M点时，负电粒子的速度最小，故A正确； 负电粒子受到的电场力的方向与电场线的方向相反，故B错误； 由于负电粒子是在匀强电场中运动的，受到的电场力的大小是不变的，所以粒子在电场中的加速度也不变，故C正确； 当负电粒子向右运动的过程中，电场力对负电粒子做负功，电势能增加，在向左返回的过程中，电场力对负电粒子做正功，电势能减小，故D错误。 随堂 巩固落实 返回导航 √ 2.(利用等势线分析粒子运动)(多选)a、b、c、d为某一电场中的等差等势线。一不计重力的带负电粒子飞入电场后只在电场力作用下沿M点到N点运动，如图中实线所示，下列说法正确的是(　　) A．M点处的电场强度大于N点处的电场强度 B．带电粒子在N点的速度比在M点处的速度大 C．带电粒子在N点处的电势能比在M点处的电势能大 D.四个等势线的电势关系为φa＞φb＞φc＞φd √ 随堂 巩固落实 返回导航 解析：根据U＝Ed，可知等差等势线越密集的地方电场强度越大，则M点处的电场强度大于N点处的电场强度，故A正确； 根据曲线运动的合力方向位于轨迹的凹侧，且电场方向与等势线垂直，粒子又带负电，则粒子在电场中的受力和电场强度方向如图所示， 根据沿电场方向电势降低可知四个等势线的电势关系为φa＜φb＜φc＜φd，故D错误； 随堂 巩固落实 返回导航 根据Ep＝qφ可知，由于N点的电势小于M点的电势，且粒子带负电，所以带电粒子在N点处的电势能比在M点处的电势能大，由于粒子只受电场力作用，电势能和动能之和保持不变，则带电粒子在N点的动能比在M点处的动能小，即带电粒子在N点的速度比在M点处的速度小，故B错误，C正确。 随堂 巩固落实 返回导航 √ 3．(利用等势面分析粒子运动)(2024·广东深圳市南头中学校考期末)如图所示，虚线表示某正点电荷Q所激发电场的等势线。已知a、b两点在同一等势线上，c点在另一个等势线上。某带电粒子从a射入电场，在电场中沿acb曲线运动，不计重力，则下列说法正确的是(　　) A．该粒子带正电 B．该粒子的加速度先减小后增大 C．该粒子的动能先减小后增大 D．该粒子的电势能先减小后增大 随堂 巩固落实 返回导航 因为粒子先靠近场源电荷后远离场源电荷，库仑力对粒子先做正功，后做负功，所以动能先增大后减小，故C错误； 由于粒子动能先增大后减小，则粒子电势能先减小后增大，故D正确。 解析：粒子所受库仑力指向轨迹的凹侧，可知带电粒子带负电，故A错误； 随堂 巩固落实 返回导航 4．(静电场中的图像问题)(多选)某静电场在x轴的电势φ的分布如图所示，x2处的电势为φ2，下列说法正确的有(　　)       A．将电荷量为q的点电荷从x1移到x2，电场力做的功为qφ2 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，受到的电场力减小 √ √ 随堂 巩固落实 返回导航 解析：由题图可知，x2处的电势高，将电荷量为q的点电荷从x1移到x2，电场力做的功为－qφ2，故A错误； φ－x图像的斜率表示电场强度，在x轴上，x1处的斜率不等于0，则电场强度不等于0，故B错误； 由题图可知，x2处的电势高，将负电荷从x1移到x2，电场力做正功，则电势能减小，故C正确； φ－x图像的斜率表示电场强度，在x轴上，x2处图像的斜率为零，表示电场强度为零，可知将负电荷从x1移到x2，受到的电场力减小，故D正确。 随堂 巩固落实 返回导航 根据库仑定律F＝k，两点电荷间的距离越近，二者间的库仑力就越大，所以该粒子的库仑力先增大后减小，则加速度先增大后减小，故B错误； $