第22讲　电场的能的性质 课件 -2027届高考物理一轮复习

该高中物理高考复习课件聚焦“电场的能的性质”专题，依据高考评价体系梳理了电势能、电势、电势差、E与U关系、等势面及电场图像六大核心考点，通过近三年真题分析明确“电势能与电势判断”“E=U/d应用”“粒子轨迹分析”三大高频考点占比超60%，归纳出选择、计算两类常考题型。 课件亮点在于“真题溯源+素养导向+技巧提炼”，如以2025浙江丽水联考真题为例，通过“电场线疏密判断场强”“轨迹弯曲分析受力”培养科学推理和模型建构素养，针对φ-x图像总结“斜率定场强、面积定电势差”突破方法。助力学生掌握解题关键，教师可依托此课件实现考点精准突破，提升复习效率。

第22讲　电场的能的性质 考点一　描述电场能的性质的物理量 必备知识•全方位凝练 1.电势能大小的计算与判断 (1)运用静电力做功与电势能变化的关系式。 定量计算:WAB=EpA-EpB=-ΔEp。 定性分析:静电力做正功,电势能减小;静电力做负功,电势能增大。 (2)运用电势能与电势关系式。 定量计算:Ep=qφ(将q、φ的大小、正负号一起代入公式进行计算判断)。 定性分析: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。 (3)能量守恒 在电场中,若只有静电力做功,电荷的动能和电势能相互转化,动能增大时,电势能减小,反之电势能增大。 2.电势高低的计算或判断 (1)电场线法:沿着电场线方向电势逐渐降低。 (2)公式法:由φ=知,对于同一正电荷,电势能越大,所在位置的电势越高;对于同一负电荷,电势能越小,所在位置的电势越高。 (3)标量求和法:点电荷产生的电势φ=k(将Q正负号代入公式计算),空间中有多个点电荷时,某点的电势可以代数求和,可以比较电势的高低。 3.对电势差的理解 (1)电势差反映了电场的能的性质,决定于电场本身,与试探电荷无关。 (2)电势差可以是正值也可以是负值,电势差的正负表示两点电势的高低;UAB=-UBA,与零电势点的选取无关。 (3)电场中某点的电势在数值上等于该点与零电势点之间的电势差。 (4)公式WAB=qUAB中,三个物理量都是标量,但都有正负,计算时可以正负代入进行运算。 4.几种常见电场的等势面 [练一练] 1.判断下列说法对错 (1)负电荷沿电场线方向移动时,静电力做负功,电势能增加。(　　) (2)根据电势的定义式φ=可知,电荷q的电荷量越大,电势越低。(　　) (3)某电场中,A点的电势φA=3 V,B点的电势φB=-4 V,则φA>φB。(　　) √ × √ 2.(多选)(教材必修第三册第30页习题改编)如图所示,在y轴上关于O点对称的A、B两点分别有等量同种电荷+Q,在x轴上C点有点电荷-Q,且CO=OD,∠ADO=60°。下列判断正确的是(　　) A.O点的电场强度为零 B.D点的电场强度为零 C.若将点电荷+q从O点移向C点,电势能增加 D.若将点电荷-q从O点移向C点,电势能增加 BD 解析 A、B两点电荷在O点产生的合电场强度为0,而C点电荷在O点产生的电场强度方向向左,故O点的合电场强度方向向左,A错误;同理可知,D点的合电场强度为0,B正确;OC间各点的合电场强度方向向左,若将点电荷+q从O点移向C点,静电力做正功,电势能减少,C错误;若将点电荷-q从O点移向C点,静电力做负功,电势能增加,D正确。 关键能力•多维度提升 考向1　电势能与电势 典例1　(2025浙江丽水高三期末联考)为避免发生雷击,高大的建筑物顶端均需安装避雷针。如图是某避雷针放电时空间电场线的分布图,a、b、c三点在同一电场线上,空间电场分布关于直线ac对称。图中的虚线是一带电粒子只在静电力作用下在电场中的运动轨迹,A、B为轨迹上的两点。已知ab=bc,下列说法正确的是(　　) A.该粒子一定带负电 B.a点的电场强度一定大于b点的电场强度 C.ab两点的电势差等于bc两点的电势差 D.粒子在A点的电势能一定大于在B点的电势能 D 解析 根据粒子的运动轨迹可知,粒子受静电力方向大致向下,可知该粒子一定带正电,选项A错误;b点处的电场线较a点处密集,可知a点的电场强度一定小于b点的电场强度,选项B错误;根据U=Ed,由于ab两点的平均电场强度小于bc间的平均电场强度,可知ab两点的电势差小于bc两点的电势差,选项C错误;从A到B静电力做正功,电势能减小,可知粒子在A点的电势能一定大于在B点的电势能,选项D正确。 考向2　电势差与等势面 典例2　(2026浙江1月选考)三个点电荷的电场线和等势线如图所示,其中的d、e与e、f两点间的距离相等,则(　　) A.a点电势高于b点电势 B.a、c两点的电场强度相同 C.d、f间电势差为d、e间电势差的两倍 D.从a点到b点与从f点到b点,电场力对电子做功相等 D 解析 电场线从电势高的等势面指向电势低的等势面,即电场线从图中的正电荷指向负电荷,因此b点所在的等势面的电势高于a点所在的等势面的电势,A错误;a、c两点电场强度方向不同,则电场强度不同,B错误;从d→e→f电场强度逐渐减小,间距相等,结合U=Ed可知0<Ufe<Ued,则Ufd<2Ued, C错误;a点与f点在同一等势面上,a、b两点的电势差和f、b两点的电势差相等,根据电场力做功W=qU可知从a点到b点与从f点到b点,电场力对电子做功相等,D正确。 考点二　电势差与电场强度的关系 必备知识•全方位凝练 在匀强电场中由公式U=Ed得出的两个结论 结论1:匀强电场中的任一线段AB的中点C的电势φC=,如图甲所示。 结论2:匀强电场中若两线段AB∥CD,且AB=CD,则UAB=UCD(或φA-φB=φC-φD),如图乙所示。 关键能力•多维度提升 考向1　E=在匀强电场中的应用 典例1　(多选)如图所示,A、B、C、D、E、F为匀强电场中一个边长为10 cm的正六边形的六个顶点,A、B、C三点电势分别为1 V、2 V、3 V,正六边形所在平面与电场线平行。下列说法正确的是(　　) A.通过CD和AF的直线应为电场中的两条等势线 B.匀强电场的电场强度大小为10 V/m C.匀强电场的电场强度方向为由C指向A D.将一个电子由E点移到D点,电子的电势能将减少1.6×10-19 J ACD 解析 由AC的中点电势为2 V,所以BE为等势线,CD、AF同为等势线,故A正确;CA为电场线方向,电场强度大小E= V/m= V/m,故B错误,C正确;由UED=UBC=-1 V,WED=-eUED=1.6×10-19 J,D正确。 考向2　E=在非匀强电场中的妙用 典例2　(多选)电荷量为+Q的点电荷与一无限大接地金属板(电势为零)MN相距为2d,所形成的电场的电场线如图所示。图中P点与金属板相距为d,R点与P点关于点电荷对称,且测得P点电势为0.5 V。下列说法正确的是(　　) A.R点的电场强度大小大于P点 B.带正电试探电荷从R点移动到P点,静电力做功等于零 C.点电荷与金属板间的电势差大于1 V D.金属板表面电势相等 CD 解析 根据电场线的疏密表示电场强度的大小,则R点的电场强度小于P点,A错误;电场线的疏密表示电场强度的大小,Q左侧电场强度小于右侧的电场强度,根据U=Ed,无穷远处电势为零,则R点电势大于0.5 V,带正电试探电荷从R点移动到P点,静电力做功不等于零,B错误;P点左侧电场线比较密,则左侧的电场强度较大,根据U=Ed,则UQP>0.5 V,点电荷与金属板间的电势差大于1 V,C正确;金属板处于静电平衡状态,是等势体,表面是等势面,D正确。 考点三　电场线、等势面和带电粒子轨迹问题 考向1　已知电场线判断电荷运动轨迹 典例1　(2023全国甲卷)在一些电子显示设备中,让阴极发射的电子束通过适当的非匀强电场,可以使发散的电子束聚集。下列4幅图中带箭头的实线表示电场线,如果用虚线表示电子可能的运动轨迹,其中正确的是(　　) 关键能力•多维度提升 C 解析 由于不知道两粒子的电性,故不能确定M板和N板的电势高低,A项错误;根据题意垂直M板向右的粒子,到达N板时速度增加,动能增加,则电场力做正功,电势能减小;平行M板向下的粒子到达N板时电场力也做正功,电势能减小,B项错误;设两板间距离为d,平行M板向下的粒子在两板间做类平抛运动,刚好从N板下端射出,则有=v0t,d=at2,垂直M板向右的粒子,在板间做匀加速直线运动,因两粒子相同,在电场中加速度相同,有(v0)2-= 2ad,联立解得t=,a=,C项正确,D项错误。 考向2　已知等势面判断电场强度及电荷电势能等 典例2　2025年3月,中国科学家通过冷冻电镜技术解析了晶态冰中的蛋白质三维结构。电子显微镜是冷冻电镜中的关键部分,其中一种电子透镜的电场分布如图所示,虚线为等势面,相邻等势面间电势差相等。现有一电子以某一初速度从b向a运动,实线为电子运动轨迹,在此过程中,下列说法正确的是(　　) A.电子透镜的电场是正点电荷产生的 B.电子在a点的电势能大于在b点的电势能 C.电子在a点的动能大于在b点的动能 D.若该电子以某一初速度从a向b运动,则电子在a点的电势能小于在b点的电势能 B 解析 正点电荷的等势面是以点电荷为球心的球面,没有平面,所以电子透镜的电场不是正点电荷产生的,A错误;电场线与等势面垂直,负电荷所受静电力与电场强度方向相反,电子在b点所受静电力垂直于等势面向左,电子在a点所受静电力向左上方,电子从b到a过程中,静电力做负功,电势能增大,动能减小,所以,电子在a点的电势能大于在b点的电势能,电子在a点的动能小于在b点的动能,B正确,C错误;若该电子以某一初速度从a向b运动,静电力做正功,电势能减小,则电子在a点的电势能大于在b点的电势能,D错误。 考点四　电场中的图像问题 必备知识•全方位凝练 1.E-x图像 在给定了电场的E-x图像后,可以由图线确定电场强度的变化情况和电势的变化情况,E-x图线与x轴所围图形的“面积”表示电势差。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。 在这类题目中,还可以由E-x图像假设某一种符合E-x图线的电场,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。 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变化,可用WAB=qUAB,进而分析WAB的正负,然后作出判断。 3.Ep-x图像 (1)反映了电势能随位置变化的规律。 (2)图线的切线斜率大小等于静电力大小。 (3)进一步判断电场强度、动能、加速度等随位移的变化情况。 关键能力•多维度提升 典例　(2025浙江金兰联盟高三选考模拟)如图所示,两个固定的等量正点电荷,其连线的中点为O,a和b两点关于O点对称。若带正电的试探电荷从a点由静止出发,沿直线aOb运动到b点,下列各图关于x轴上各点电场强度E、 电势φ和该试探电荷速度v、电势能Ep的描述正确的是(　　) B 解析 O点的电场强度为零,从a到b,电场强度先减小后反向增大,电荷所受的静电力先减小后增大,加速度先减小后增大,v-t图像切线斜率先减小后增大,故A、C错误;aO间的电场线方向由a到O,电势逐渐降低,根据φ-x图像切线斜率等于电场强度,知φ-x图像切线斜率逐渐减小,x=0时φ-x图像切线斜率等于零,O点电势大于零,且电势的分布关于O点对称,故B正确;根据对称性知,电荷在关于O点对称的位置电势能相等,图像应关于纵轴对称,故D错误。 [真题信息拓展] (多选)(2025湖南卷)一匀强电场的方向平行于xOy平面,平面内A点和B点的位置如图所示。电荷量为+q、-q 和+2q的三个试探电荷先后分别置于O点、A点和B点时,电势能均为Ep(Ep>0)。下列说法正确的是(　　) A.OA 中点的电势为零 B.电场的方向与x轴正方向成60°角 C.电场强度的大小为 D.电场强度的大小为 AD 解析 根据题意可知O点、A点和B点的电势分别为φO=、φA=-、φB=,则OA中点的电势为φM==0,故A正确;如图所示,设N点为AB的三等分点,同理可知N点电势为0,连接MN,则MN为一条等势线,过A点作MN的垂线,可知电场线沿该垂线方向指向右下方,由几何关系可知,∠NMA=45°,故电场的方向与x轴正方向成45°角,故B错误;电场强度的大小为E=,故C错误,D正确。 $