第9章　专题强化10　电场中功能关系及图像问题 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“电场中功能关系及图像问题”专题，依据高考评价体系梳理了功能关系综合应用、图像问题分析两大核心考点，通过考点权重分析明确功能关系占比60%、图像问题占比40%，归纳出能量守恒判断、v-t/E-x/φ-x等图像分析常考题型。 课件亮点在于“真题解析+技巧提炼”的备考策略，如以等势面能量守恒例题、v-t图像分析点电荷电场例题为载体，详解图像斜率（场强）、面积（电势差）的物理意义及功能关系的能量守恒应用，培养学生科学思维与能量观念。特设“易错点警示”和“解题模板”，助力学生掌握答题技巧，教师可据此精准教学，提升复习效率。

专题强化十　电场中功能关系及图像问题 1 电场中功能关系的综合问题 (能力考点·深度研析) 1．电场力做功的求解方法 由公式W＝Flcos α计算 只适用于匀强电场，可变形为W＝Eqlcos α 由WAB＝qUAB计算 适用于任何电场 由电势能的变化计算 WAB＝EpA－EpB 由动能定理计算 W电场力＋W其他力＝ΔEk 高考一轮总复习 • 物理 返回导航 2.电场中的功能关系 (1)若只有电场力做功，电势能与动能之和保持不变。 (2)若只有电场力和重力做功，电势能、重力势能、动能之和保持不变。 (3)除重力、弹簧弹力之外，其他各力的合力对物体做的功等于物体机械能的变化。 (4)合外力对物体所做的功，等于物体动能的变化。 高考一轮总复习 • 物理 返回导航 ►考向1　电场中的能量守恒 (多选)如图所示，三条平行且等间距的虚线表示电场中的三个等势面，其电势分别为10 V、20 V、30 V。实线是一带电的粒子(不计重力)在该区域内运动的轨迹，a、b、c为轨迹上的三点，已知带电粒子带电荷量为0.01 C，在a点处的动能为0.5 J，则该带电粒子( ) A.带正电 B．在b点的电势能为0.5 J C．在b点的动能为零 D．在c点的动能为0.4 J AD 高考一轮总复习 • 物理 返回导航 [解析]　由等势面与电场强度方向垂直可知电场强度方向向上，粒子所受静电力指向轨迹的内侧，故静电力方向向上，所以粒子带正电，选项A正确；粒子在b点的电势能Epb＝qφb＝0.01×30 J＝0.3 J，选项B错误；粒子在a点的总能量E＝0.01×10 J＋0.5 J＝0.6 J，由能量守恒定律得粒子在b点处的动能Ekb＝0.6 J－0.3 J＝0.3 J，选项C错误；由能量守恒定律得粒子在c点的动能Ekc＝0.6 J－0.01×20 J＝0.4 J，选项D正确。 高考一轮总复习 • 物理 返回导航 【跟踪训练】 (电场中的功能关系)(多选)如图所示，倾角为37° 的绝缘粗糙斜面固定在水平面上，斜面上方有平行斜面向 上的匀强电场。一质量为m＝1 kg的带正电小物块(视为质 点)自斜面底端以v0＝6 m/s的初速度沿斜面向上运动，加速度大小为3 m/s2，方向沿斜面向下，小物块与斜面间的动摩擦因数μ＝0.5，g取10 m/s2，则在小物块沿斜面向上滑行到最大距离的过程中，小物块的( ) A.重力势能增加36 J B．电势能增加42 J C．机械能增加18 J D．机械能减少24 J AC 高考一轮总复习 • 物理 返回导航 高考一轮总复习 • 物理 返回导航 D 高考一轮总复习 • 物理 返回导航 高考一轮总复习 • 物理 返回导航 高考一轮总复习 • 物理 返回导航 2 电场中的图像问题 (能力考点·深度研析) ►考向1　v－t图像 求解策略：先依据v－t图像斜率分析带电粒子的加速度，进而依据牛顿第二定律qE＝ma得出电场力大小变化、电场强度、比荷等物理量，再结合粒子实际运动情况可以确定电场力做功情况、电势能的变化情况等。 高考一轮总复习 • 物理 返回导航 如图(a)所示，Q1、Q2为两个被固定的点电荷，其中Q1带负电，a、b、c三点在它们连线的延长线上。现有一带负电的粒子以一定的初速度沿直线从a点开始向远处运动经过b、c两点(粒子只受电场力作用)，粒子经过a、b、c三点时的速度分别为va、vb、vc，其v－t图像如图(b)所示。以下说法中正确的是(　　 ) D 高考一轮总复习 • 物理 返回导航 A．Q2一定带负电 B．Q2的电荷量一定大于Q1的电荷量 C．b点的电场强度最大 D．粒子由a点运动到c点过程中，粒子的电势能先增大后减小 高考一轮总复习 • 物理 返回导航 高考一轮总复习 • 物理 返回导航 ►考向2　E－x图像 (1)反映了电场强度随位移变化的规律。 (2)E>0表示场强沿正方向；E<0表示场强沿负方向。 (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，“面积”的正负表示始末两点电势的高低。 高考一轮总复习 • 物理 返回导航 (多选)沿电场中某条直线电场线方向建立 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，坐标点0、x1、x2和x3分别与x轴上O、A、 B、C四点相对应，相邻两点间距离相等。一个带 正电的粒子从O点由静止释放，运动到A点的动能为Ek，仅考虑电场力作用。则( ) A．从O点到C点，电势先升高后降低 B．粒子先做匀加速运动，后做减速运动 C．粒子在AB段的电势能变化量大于BC段的电势能变化量 D．粒子运动到C点时动能小于3Ek CD 高考一轮总复习 • 物理 返回导航 高考一轮总复习 • 物理 返回导航 ►考向3　φ－x图像 高考一轮总复习 • 物理 返回导航 (1)电场强度的大小等于φ－x图线切线的斜率大小，电场强度为0处，φ－x图线存在极值，其切线的斜率为0。 (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。 高考一轮总复习 • 物理 返回导航 (多选)某静电场电势φ在x轴上的分布如图所示，由图可知，下列说法中正确的是( ) A．x1和x2处电场强度相同 B．x1处电场强度比x2处大 C．－x2到x2之间有三处场强为零 D．负电荷从x1移动到x2，电势能减小 BC 高考一轮总复习 • 物理 返回导航 高考一轮总复习 • 物理 返回导航 ►考向4　Ep－x图像、Ek－x图像 Ep－x图像 (1)描述电势能随位移变化的规律。 (2)根据电势能的变化可以判断静电力做功的正负。 (3)根据W＝Fx＝Ep0－Ep，整理得Ep＝Ep0－Fx，图像Ep－x的斜率大小为静电力大小。 高考一轮总复习 • 物理 返回导航 一带负电的粒子只在静电力作用下沿x轴 正方向运动，其电势能Ep随位移x变化的关系如图所 示，其中0～x2段是关于直线x＝x1对称的曲线，x2～ x3段是直线，则下列说法正确的是(　　 ) A．x1处电场强度最小，但不为零 B．粒子在0～x2段做匀变速运动，x2～x3段做匀速直线运动 C．若x1、x3处电势为φ1、φ3，则φ1<φ3 D．x2～x3段的电场强度大小、方向均不变 D 高考一轮总复习 • 物理 返回导航 [解析]　Ep－x图像的斜率表示粒子所受静电力F，根据F＝qE可知x1处电场强度最小且为零，选项A错误；粒子在0～x2段切线的斜率发生变化，静电力发生变化，所以加速度也在变化，做变加速运动，x2～x3段斜率不变，所以做匀变速直线运动，选项B错误；带负电的粒子从x1到x3的过程中电势能增加，说明电势降低，即φ1>φ3，选项C错误；x2～x3段斜率不变，所以这段电场强度大小、方向均不变，选项D正确。 高考一轮总复习 • 物理 返回导航 解决电场相关图像问题的要点 同解决力学中的图像类问题相似，解决电场相关图像问题，关键是弄清图像坐标轴的物理意义，坐标正负代表什么，斜率、面积表示什么物理量，然后结合粒子的运动进一步分析电场力、电势能、动能等变化情况。电场图像中的几个隐含物理量：E－x图像中图线与坐标轴围成的面积表示电势差；φ－x图像中某点切线的斜率表示该点对应位置的电场强度；Ep－x图像中某点切线的斜率表示该点对应位置的电场力。 高考一轮总复习 • 物理 返回导航 ►考向5　Ek－x图像 由Ek－Ek0＝Fx，得Ek＝Ek0＋Fx，故Ek－x图像的切线斜率表示电场力，纵截距表示初动能。 高考一轮总复习 • 物理 返回导航 (多选)如图甲所示，A、B为电场中一直线上的两个点，带正电的粒子只受电场力的作用，从A点以某一初速度沿直线运动到B点，其动能Ek随位移x的变化关系如图乙所示，则该粒子从A运动到B的过程中，下列说法正确的是( ) A．粒子的电势能先减小后增大 B．在x轴上，电场强度的方向由A指向B C．粒子所受电场力先减小后增大 D．在x轴上，从A到B各点的电势先升高后降低 AC 高考一轮总复习 • 物理 返回导航 [解析]　由题图乙Ek－x图像可知，带正电粒子动能先增大后减小，故带正电粒子的电势能先减小后增大，故A正确；从A到B的过程中，带正电粒子的动能先增大后减小，即电场力先做正功后做负功，粒子速度方向不变，故电场力的方向发生改变，即场强方向发生改变，故B错误；根据动能Ek随位移x的变化关系可知，合外力做功等于带电粒子的动能变化，在Ek随位移x变化图像中，图线的切线斜率表示合外力，即带正电粒子所受的电场力，由题图可知，电场力先减小后增大，故C正确；正电荷在电势高的地方具有的电势能大，从A到B的过程中，带正电粒子的电势能先减小后增大，故从A到B各点的电势先降低后升高，故D错误。 高考一轮总复习 • 物理 返回导航 [解析]　物块沿斜面向上运动，对物块受力分析，根据牛顿第二定律得mgsin θ＋μmgcos θ－Eq＝ma，解得Eq＝7 N。物块沿斜面运动的位移为x＝＝6 m，重力势能增加了ΔEp＝mgh＝mgxsin θ＝36 J，A正确；电场力做正功，电势能减小，ΔEp′＝－Eqx＝－42 J，即电势能减少42 J，B错误；机械能的变化量为ΔE＝ΔEp＋ΔEk＝mgh－mv＝18 J，C正确，D错误。 (含弹簧系统电场中的功能关系)如图所示，在空间中存在竖直向上的匀强电场，质量为m、电荷量为＋q的物块从A点由静止开始下落，加速度为g，下落高度H到B点后与一轻弹簧接触，又下落h后到达最低点C，整个过程中不计空气阻力，且弹簧始终在弹性限度内，重力加速度为g，则带电物块在由A点运动到C点过程中，下列说法正确的是(　　 ) A．该匀强电场的电场强度为 B．带电物块和弹簧组成的系统机械能减少量为 C．带电物块电势能的增加量为mg(H＋h) D．弹簧的弹性势能的增加量为 [解析]　物块从静止开始下落时的加速度为g，根据牛顿第二定律得：mg－qE＝ma，解得：E＝，故A错误；从A到C的过程中，系统除重力和弹力以外，只有静电力做功，静电力做功为：W＝－qE(H＋h)＝－，可知机械能减少量为，故B错误；从A到C过程中，静电力做功为－，则电势能增加量为，故C错误；根据动能定理得：mg(H＋h)－＋W弹＝0，解得弹力做功为：W弹＝－，即弹性势能增加量为，故D正确。 [解析]　由题图(b)可知粒子从a点运动到b点的过程做加速度减小的减速直线运动，在b点时粒子速度最小，加速度为零。根据牛顿第二定律Eq＝ma得出粒子在b点所受合力为零，b点电场强度为零，C项错误；在b点，Q1对带负电粒子的电场力方向水平向右，要使粒子在b点所受合力为零，则Q2对带负电粒子的电场力方向水平向左，所以Q2带正电，A项错误；b点与Q1的间距大于b点与Q2的间距，由库仑定律F＝k知，Q1的带电荷量大于Q2的带电荷量，B项错误；粒子从a点运动到c点的过程，动能先减小后增大，根据能量守恒定律知粒子电势能先增大后减小，D项正确。 [解析]　由O点到C点，沿电场线方向，电势一直降低，A项错误；带正电的粒子所受电场力的方向与速度方向一致，所以粒子一直做加速运动，B项错误；E－x图像中图线与x轴围成的图形“面积”代表电势差，AB段的电势差大于BC段的电势差，故电场力做功WAB>WBC，由电场力做功与电势能变化的关系得粒子在AB段的电势能变化量大于在BC段的电势能变化量，C项正确；由E－x图像中图线与x轴围成的图形“面积”大小代表电势差，可知UOA＝E0x1，UAC<E0(2x1)，得2UOA>UAC，由动能定理qU＝ΔEk得qUOA＝Ek－0，qUAC＝EkC－Ek，知粒子运动到C点时动能小于3Ek，D项正确。 [解析]　φ－x图像的切线斜率k＝＝E，x1处比x2处切线斜率大，故x1处场强比x2处大，A错误，B正确；－x2到x2之间有三处切线斜率为零，所以－x2到x2之间有三处场强为零，C正确；根据电势能公式Ep＝φq，负电荷在电势低的地方电势能大，所以负电荷从x1移动到x2，电势降低，电势能增大，D错误。 $