专题1 电场中的图像问题 讲义-2026-2027学年高二上学期物理人教版必修第三册
2026-07-15
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普通
资源信息
| 学段 | 高中 |
| 学科 | 物理 |
| 教材版本 | 高中物理人教版必修 第三册 |
| 年级 | 高二 |
| 章节 | 3. 电场 电场强度,3. 电势差与电场强度的关系 |
| 类型 | 教案-讲义 |
| 知识点 | 电势能,电势,电势差与电场强度的关系,电场线、等势面和运动轨迹的定性分析 |
| 使用场景 | 同步教学-单元练习 |
| 学年 | 2026-2027 |
| 地区(省份) | 全国 |
| 地区(市) | - |
| 地区(区县) | - |
| 文件格式 | ZIP |
| 文件大小 | 1.14 MB |
| 发布时间 | 2026-07-15 |
| 更新时间 | 2026-07-15 |
| 作者 | 王者风范物理工作室 |
| 品牌系列 | - |
| 审核时间 | 2026-07-15 |
| 下载链接 | https://m.zxxk.com/soft/58831025.html |
| 价格 | 1.50储值(1储值=1元) |
| 来源 | 学科网 |
|---|
摘要:
该高中物理讲义通过知识框架系统梳理了电场中的φ-x、E-x、Ep-x三类图像问题,明确各图像的核心要点,结合典型电场图像绘制示例,呈现知识脉络及重难点内在联系。
讲义亮点在于“真题+模拟”的分层练习设计,如例1结合φ-x图像分析电场强度方向与电势能变化,培养科学推理能力,针对性训练覆盖不同情境。方法指导助学生掌握图像斜率、面积等关键分析技巧,支持自主复习,教师可据此实施精准教学。
内容正文:
高二暑期能力提升
专题一 电场中的图像问题
一、电势图像(φ-x图像)(电场方向与x轴平行)
(1)电场强度的大小等于φ-x图线的切线斜率大小,沿x轴方向电场强度为零处,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高低,并可根据电势高低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,然后做出判断。
试画出图中几种典型电场的φ-x图像(以无穷远处电势为零)。
(1)点电荷的φ-x图像;
(2)两等量异种点电荷连线上的φ-x图像;
(3)两个等量正点电荷的φ-x图像。
答案
(1)
(2)
(3)
【例1】 (2025·海南卷·6)某静电场电势φ在x轴上分布如图所示,图线关于φ轴对称,M、P、N是x轴上的三点,OM=ON。有一电子从M点静止释放,仅受x方向的电场力作用,则下列说法正确的是( )
A.P点电场强度方向沿x负方向
B.M点的电场强度小于N点的电场强度
C.电子在P点的动能小于在N点的动能
D.电子在M点的电势能大于在P点的电势能
【例2】 (2025·浙江金华市三模)试探电荷q在点电荷Q的电场中所具有电势能可以用Er=来计算(式中k为静电力常量,r为试探电荷与场源电荷间的距离)。真空中两个点电荷相距15 cm固定在x轴的两个点上,取无限远处的电势为零,x轴正方向上各点的电势随x的变化关系如图所示,下列说法正确的是( )
A.两个点电荷可能带同种电荷
B.两个点电荷的电荷量之比为2∶1
C.x=5 cm处电场强度等于零
D.两个点电荷之间电势为零的位置坐标为x=-3 cm
【针对性训练】
1. (河北名校联考普通高中2025届高三年级适应性演练)将电荷量大小为、、的三个点电荷固定在轴上的和三个位置,轴上各点的电势如图所示。已知选无穷远处为电势零点,距离点电荷为处的电势。下列说法中正确的是( )
A. 处固定的是的正电荷
B. 处电势为0
C. 将一正试探电荷从处由静止释放,该电荷在静电力作用下沿轴正方向运动
D. 将一正试探电荷从处沿轴正方向移动过程中,静电力和电势能均减小
2. (河南商丘2025年5月考前冲刺)空间中存在沿x轴的静电场,x轴上各点电势随坐标x变化的关系如图所示,其中段是关于直线对称的曲线,段是直线。现将一电荷量为、质量为m的粒子从坐标原点O以初速度沿x轴正方向射出,粒子恰好到达处。不计粒子重力,下列说法正确的是( )
A. 处电场强度最小,但不为0
B. 两点间的电势差为
C. 粒子从运动到所用的时间大于
D. 若将该带电粒子在坐标原点O处由静止释放,则该粒子将在之间做往复运动
3. (山东德州2025年5月冲刺模拟)某静电场中x轴上各点电势随坐标x变化的关系如图所示,处电势最低,处电势为,处电势为。一质量为m、带电量绝对值为q的带电粒子仅在电场力作用下,从沿x轴正方向运动,运动至处时速度恰好减小为0。下列说法正确的是( )
A. 粒子一定带正电
B. 粒子在处的初速度大小为
C. 粒子经过坐标原点时的动能为
D. 自至粒子的电势能先增大后减小
二、场强图像(E-x图像)
以电场强度沿x轴方向为例:
(1)E>0表示电场强度沿x轴正方向,E<0表示电场强度沿x轴负方向。
(2)E-x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,两点的电势高低需根据电场方向判定。
【例3】 (2025·甘肃临夏州期末)某静电场在x轴上的电场强度E随x的变化关系(E-x图像)如图所示,x轴正方向为电场强度正方向。一个带正电的点电荷仅在静电力作用下由静止开始沿x轴运动,在x轴上的a、b、c、d四点间隔相等,则( )
A.点电荷由a运动到d的过程中加速度先增大后减小
B.b和d两点处电势相等
C.点电荷由a运动到d的过程中电势能先增大后减小
D.点电荷从b运动到a静电力做功W1等于从c运动到b静电力做功W2
【针对性训练】
1.(2026辽宁沈阳期中)如图甲所示,倾角为θ=37°的粗糙斜面上各点场强的方向均沿斜面向上,以斜面底端为坐标原点,沿斜面向上为正方向建立x轴,斜面上各点场强E的大小与该点位置坐标x之间的关系如图乙所示。现有一个质量为kg,电量为0.01C的带正电小滑块从斜面底端静止释放,斜面足够长,小滑块与斜面间动摩擦因数为0.75,取重力加速度g=10m/,sin37°=0.6,cos37°=0.8,小滑块运动的过程中,下列说法正确的是( )
A.x轴上x=0与x=2m两点间电势差为400V
B.小滑块能获得的最大动能为2.5J
C.小滑块电势能减小量最多为7.5J
D.小滑块机械能增加量最多为4.5J
2. (江苏盐城射阳中学2025届高三三模)两个点电荷固定在x轴上的M、N点,x轴上各点的电场强度E与各点位置坐标x之间的关系如图所示。取x轴正方向为电场强度的正方向,无穷远电势为零,下列说法正确的是( )
A. 固定在M点的点电荷电量比固定在N点的点电荷电量小
B. Q点的电势等于零
C. 从C点由静止释放一正点电荷,仅在电场力作用下,到D点前它将一直做加速运动
D. 从P点由静止释放一负点电荷,仅在电场力作用下,在它向左运动过程中电势能将一直减小
3. (2025年5月苏州八校三模)如图所示,两个可看做点电荷的带电绝缘小球紧靠着塑料圆盘边缘,小球A固定不动(图中未画出)。小球B绕圆盘边缘在平面内从=0沿逆时针缓慢移动,测量圆盘中心O处的电场强度,获得沿x方向的电场强度Ex随变化的图像(如图乙)和沿y方向的电场强度Ey随变化的图像(如图丙)。下列说法正确的是( )
A. 小球A带负电荷,小球B带正电荷
B. 小球A、B所带电荷量之比为1∶2
C. 小球B绕圆盘旋转一周过程中,盘中心O处电场强度先增大后减小
D. 小球B绕圆盘旋转一周过程中,盘中心O处的电场强度最小值为0
三、电势能图像(.Ep-x图像)
(1)Ep-x图像
由静电力做功与电势能变化关系F电x=Ep1-Ep2=-ΔEp知Ep-x图像的切线斜率k=。
①其绝对值等于静电力大小。
②正负代表静电力的方向:若斜率为正,说明电势能增加,静电力沿x轴正方向做负功,静电力方向沿x轴负方向;若斜率为负,说明电势能减小,静电力沿x轴正方向做正功,静电力方向沿x轴正方向。
(2)Ek-x图像
当只有静电力对带电体做功,由动能定理F电x=Ek-Ek0=ΔEk知Ek-x图像的切线斜率k=,斜率绝对值表示静电力大小。
【例4】 (2026·河北石家庄市第一中学月考)一质量为m、电荷量为-q(q>0)的带电粒子,从O点以初速度v0沿x轴正方向进入电场,沿x轴运动的过程中,带电粒子的电势能Ep随位移x变化的关系图像如图所示。仅考虑静电力的作用,下列说法正确的是( )
A.x1处的电势为
B.沿x轴从O点运动到x1处,电场强度逐渐减小
C.带电粒子从x1处运动到x3处的过程中,其速度先增大后减小
D.带电粒子从O点运动到x4处的过程中,其动能最大值是m+2Ep0
【针对性训练】
1 (2026年5月合肥168中学质检)如图所示,在原点O和x轴负半轴上坐标为-处分别固定两点电荷、(两点电荷的电荷量和电性均未知)。一带负电的试探电荷从坐标为处以一定的初速度沿x轴正方向运动,其电势能的变化情况如图,图线与x轴交点的横坐标为,图线最高点对应的横坐标为,不计试探电荷受到的重力,则下列判断正确的是( )
A.点电荷带负电
B.试探电荷在~之间受到的电场力沿x轴正方向
C.~之间的电场强度沿x轴正方向
D.两点电荷、电荷量的比值为
2. (2025学年湖北省百师联盟高三下二轮复习联考(二))一质量为m,电荷量大小为q的带负电粒子,从O点以初速度沿x轴正方向进入电场,沿x轴运动的过程中,带电粒子的电势能随位移x变化的关系图像如图所示。仅考虑电场力的作用,下列说法正确的是( )
A. 处的电势为
B. 沿x轴从O点到处,电场强度逐渐减小
C. 带电粒子从处运动到处的过程中,其速度先增大后减小
D. 带电粒子从O点运动到处的过程中,其动能最大值是
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高二暑期能力提升
专题一 电场中的图像问题
一、电势图像(φ-x图像)(电场方向与x轴平行)
(1)电场强度的大小等于φ-x图线的切线斜率大小,沿x轴方向电场强度为零处,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高低,并可根据电势高低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,然后做出判断。
试画出图中几种典型电场的φ-x图像(以无穷远处电势为零)。
(1)点电荷的φ-x图像;
(2)两等量异种点电荷连线上的φ-x图像;
(3)两个等量正点电荷的φ-x图像。
答案
(1)
(2)
(3)
【例1】 (2025·海南卷·6)某静电场电势φ在x轴上分布如图所示,图线关于φ轴对称,M、P、N是x轴上的三点,OM=ON。有一电子从M点静止释放,仅受x方向的电场力作用,则下列说法正确的是( )
A.P点电场强度方向沿x负方向
B.M点的电场强度小于N点的电场强度
C.电子在P点的动能小于在N点的动能
D.电子在M点的电势能大于在P点的电势能
答案 D
解析 由题图可知在x正半轴沿x正方向电势降低,则电场强度方向沿x正方向,故A错误;φ-x图像的斜率表示电场强度,图线关于φ轴对称,可知M点的电场强度大小等于N点的电场强度大小,方向相反,故B错误;电势均为正值,则电子在电势低处电势能大,故电子在P点的电势能小于在N点(M点)的电势能,根据能量守恒可知,电子在P点的动能大于在N点的动能,故C错误,D正确。
【例2】 (2025·浙江金华市三模)试探电荷q在点电荷Q的电场中所具有电势能可以用Er=来计算(式中k为静电力常量,r为试探电荷与场源电荷间的距离)。真空中两个点电荷相距15 cm固定在x轴的两个点上,取无限远处的电势为零,x轴正方向上各点的电势随x的变化关系如图所示,下列说法正确的是( )
A.两个点电荷可能带同种电荷
B.两个点电荷的电荷量之比为2∶1
C.x=5 cm处电场强度等于零
D.两个点电荷之间电势为零的位置坐标为x=-3 cm
答案 D
解析 由φ-x图像可知,该区域电势有正有负,则两个点电荷不可能带同种电荷,选项A错误;原点位置放置一正电荷Q1,因φ-x图像的斜率等于电场强度,在x轴正方向电场强度方向先沿x轴正方向后沿x轴负方向,可知在x轴的负方向上放置电量为-Q2的负电荷,因x=5 cm的位置图像斜率不为零,则电场强度不为零;x=5 cm处的电势为零,则=,可得=,选项B、C错误;两个点电荷之间电势为零的位置距离原点为l,则由=,解得l=3 cm,可知该点坐标为x=-3 cm,选项D正确。
【针对性训练】
1. (河北名校联考普通高中2025届高三年级适应性演练)将电荷量大小为、、的三个点电荷固定在轴上的和三个位置,轴上各点的电势如图所示。已知选无穷远处为电势零点,距离点电荷为处的电势。下列说法中正确的是( )
A. 处固定的是的正电荷
B. 处电势为0
C. 将一正试探电荷从处由静止释放,该电荷在静电力作用下沿轴正方向运动
D. 将一正试探电荷从处沿轴正方向移动过程中,静电力和电势能均减小
【答案】D
【解析】.图像可知处电势无穷大,处电势无穷小,可知处均为电荷量大小为12q的正电荷,处为电荷量大小为5q的负电荷,故A错误;
根据电势叠加原理可知,处电势为
故B错误;
随着电场线方向电势降低,可知处的电场方向沿x轴负方向,故正试探电荷从处由静止释放,该电荷受到的静电力方向沿轴正方向,故该正电荷沿轴正方向运动,过了x=10处电场线反向,电场强度反向,电场力反向,电荷做减速运动直至速度均为0,之后反向沿x轴负方向运动,最终电荷在x轴上往复运动,故C错误;
图像可知处右侧电势降低,可知其右侧电场方向沿x轴正方向,该电荷受到的静电力方向沿轴正方向,故该正电荷沿轴正方向运动,电场力一直做正功,故电势能一直减小,且图像斜率表示场强大小,图像可知处右侧图像斜率绝对值一直减小,故电场力一直减小,因此静电力和电势能均减小,故D正确。
2. (河南商丘2025年5月考前冲刺)空间中存在沿x轴的静电场,x轴上各点电势随坐标x变化的关系如图所示,其中段是关于直线对称的曲线,段是直线。现将一电荷量为、质量为m的粒子从坐标原点O以初速度沿x轴正方向射出,粒子恰好到达处。不计粒子重力,下列说法正确的是( )
A. 处电场强度最小,但不为0
B. 两点间的电势差为
C. 粒子从运动到所用的时间大于
D. 若将该带电粒子在坐标原点O处由静止释放,则该粒子将在之间做往复运动
【答案】D
【解析】图像斜率的绝对值表示电场强度大小,处电场强度最小且为0,故A错误;
由于坐标原点处和处的电势相同,所以粒子运动到处的速度大小为,从到,由动能定理得,解得,B错误;
两点间的电场强度大小不变,粒子从到做匀减速直线运动,平均速度大小为,所需时间为,C错误;
在原点处由静止释放该粒子,粒子先沿轴正方向做加速运动,过后做减速运动,到时速度减为0,之后反方向加速再减速,在之间做往复运动,故D正确。
3. (山东德州2025年5月冲刺模拟)某静电场中x轴上各点电势随坐标x变化的关系如图所示,处电势最低,处电势为,处电势为。一质量为m、带电量绝对值为q的带电粒子仅在电场力作用下,从沿x轴正方向运动,运动至处时速度恰好减小为0。下列说法正确的是( )
A. 粒子一定带正电
B. 粒子在处的初速度大小为
C. 粒子经过坐标原点时的动能为
D. 自至粒子的电势能先增大后减小
【答案】AB
【解析】.沿电场线电势降低,沿x轴正向电势先降低后升高,则x轴负半轴电场线向右,x轴正半轴的电场线向左,离子在x正半轴做减速运动,则受电场力向左,则粒子一定带正电,选项A正确;
由能量关系
解得粒子在处初速度大小为,选项B正确;
设粒子经过坐标原点时的动能为,根据能量守恒得
粒子在坐标原点的电势未知,故不能确定粒子在坐标原点的动能,选项C错误;
自至电场力先做正功后做负功,则粒子的电势能先减小后增大,选项D错误。
二、场强图像(E-x图像)
以电场强度沿x轴方向为例:
(1)E>0表示电场强度沿x轴正方向,E<0表示电场强度沿x轴负方向。
(2)E-x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,两点的电势高低需根据电场方向判定。
【例3】 (2025·甘肃临夏州期末)某静电场在x轴上的电场强度E随x的变化关系(E-x图像)如图所示,x轴正方向为电场强度正方向。一个带正电的点电荷仅在静电力作用下由静止开始沿x轴运动,在x轴上的a、b、c、d四点间隔相等,则( )
A.点电荷由a运动到d的过程中加速度先增大后减小
B.b和d两点处电势相等
C.点电荷由a运动到d的过程中电势能先增大后减小
D.点电荷从b运动到a静电力做功W1等于从c运动到b静电力做功W2
答案 A
解析 由a运动到d的过程中,由题图可以看出电场强度先增大后减小,故静电力先增大后减小,加速度先增大后减小,选项A正确;从a向右电场强度沿x轴负方向,则从b到d处逆着电场线方向移动,电势升高,选项B错误;从a到d处逆着电场线方向移动,电势升高,正电荷的电势能一直增大,选项C错误;根据E-x图线与x轴围成的“面积”表示电势差,结合题图可知,a和b之间的电势差小于b和c之间的电势差,根据公式WAB=UABq可知,正点电荷从b运动到a静电力做功W1小于从c运动到b静电力做功W2,选项D错误。
【针对性训练】
1.(2026辽宁沈阳期中)如图甲所示,倾角为θ=37°的粗糙斜面上各点场强的方向均沿斜面向上,以斜面底端为坐标原点,沿斜面向上为正方向建立x轴,斜面上各点场强E的大小与该点位置坐标x之间的关系如图乙所示。现有一个质量为kg,电量为0.01C的带正电小滑块从斜面底端静止释放,斜面足够长,小滑块与斜面间动摩擦因数为0.75,取重力加速度g=10m/,sin37°=0.6,cos37°=0.8,小滑块运动的过程中,下列说法正确的是( )
A.x轴上x=0与x=2m两点间电势差为400V
B.小滑块能获得的最大动能为2.5J
C.小滑块电势能减小量最多为7.5J
D.小滑块机械能增加量最多为4.5J
答案 D
解析 由图乙可知,斜面上各点场强E的大小与该点位置坐标x之间的关系为E=400-100x(V/m)。当x=2m时,E=200V/m。根据E—x图像与横轴所围面积表示电势差,可得x轴上x=0与x=2m两点间电势差为=×2V=600V,A错误;当滑块所受合外力为零时,小滑块的速度最大,动能最大,即q=μmgcosθ+mgsinθ, 解得=200V/m,结合E=400-100x(V/m),可得x=2m时,小滑块动能最大,由动能定理可得小滑块获得动能最大为=q-(μmgcosθ+mgsinθ)x=2J,B错误;假设小滑块恰能到达x=4m的位置,x=0与x=2m两点间电势差为=×4V=800V,则电场力做功=q=0.01×800J=8J,根据功能关系,小滑块电势能减小量最多为8J,C错误;当电场力与摩擦力大小相等时,小滑块机械能增加量最多,即q=μmgcosθ,结合E=400-100x(V/m),可得x=3m处小滑块机械能增加量最多,结合图乙E—x图像可得=×3V=750V,由功能关系可得小滑块机械能增加量最多为△=4.5J,D正确。
2. (江苏盐城射阳中学2025届高三三模)两个点电荷固定在x轴上的M、N点,x轴上各点的电场强度E与各点位置坐标x之间的关系如图所示。取x轴正方向为电场强度的正方向,无穷远电势为零,下列说法正确的是( )
A. 固定在M点的点电荷电量比固定在N点的点电荷电量小
B. Q点的电势等于零
C. 从C点由静止释放一正点电荷,仅在电场力作用下,到D点前它将一直做加速运动
D. 从P点由静止释放一负点电荷,仅在电场力作用下,在它向左运动过程中电势能将一直减小
【答案】C
【解析】M、N连线中点处场强大于0,且两点间场强最小位置处距离N点较近,可知,固定在M点的点电荷电量比固定在N点的点电荷电量大,故A错误;
若有一正点电荷由Q点向右侧无穷远处运动,电场力做正功,电势能不断减小,一直到零,所以Q点的电势大于零,故B错误;
从C点由静止释放一正点电荷,仅在电场力作用下,到D点前场强一直为正值,则场强方向不变,电场力方向不变,它将一直做加速运动,故C正确;
从P点由静止释放一负点电荷,仅在电场力作用下,在它由Q向N运动过程中电场力做负功,电势能增大,故D错误。
3. (2025年5月苏州八校三模)如图所示,两个可看做点电荷的带电绝缘小球紧靠着塑料圆盘边缘,小球A固定不动(图中未画出)。小球B绕圆盘边缘在平面内从=0沿逆时针缓慢移动,测量圆盘中心O处的电场强度,获得沿x方向的电场强度Ex随变化的图像(如图乙)和沿y方向的电场强度Ey随变化的图像(如图丙)。下列说法正确的是( )
A. 小球A带负电荷,小球B带正电荷
B. 小球A、B所带电荷量之比为1∶2
C. 小球B绕圆盘旋转一周过程中,盘中心O处电场强度先增大后减小
D. 小球B绕圆盘旋转一周过程中,盘中心O处的电场强度最小值为0
【答案】B
【解析】乙、丙两图可知,当时,小球B在O点正上方,此时
则说明小球A一定在y轴上固定;当时有
小球B在O点正右侧,而水平方向场强方向为x轴负向,则说明小球B为正电荷,此时
说明竖直方向的场强方向为y轴负向,若小球A在O点正上方固定,则小球A带正电荷,若小球A在O点正下方固定,则小球A带负电荷,所以小球A的带电性质不能确定,故A错误;
由于两小球都紧靠在塑料圆盘的边缘,所以到O点的距离r相同,当时有、
由
可得,故B正确;
盘中心O处的电场强度为小球A和小球B在O点产生的场强的矢量和,随着小球B从转到2π的过程中,和大小都不变,和的夹角在增大的过程中,当时,O处的合场强最大;当时,O处的合场强最小;所以小球B从转到2π的过程中,中心O处的合场强先增大后减小再增大,故C错误;
小球B绕圆盘旋转一周过程中,当时,O处的合场强最小,其值大小为
故D错误。
三、电势能图像(.Ep-x图像)
(1)Ep-x图像
由静电力做功与电势能变化关系F电x=Ep1-Ep2=-ΔEp知Ep-x图像的切线斜率k=。
①其绝对值等于静电力大小。
②正负代表静电力的方向:若斜率为正,说明电势能增加,静电力沿x轴正方向做负功,静电力方向沿x轴负方向;若斜率为负,说明电势能减小,静电力沿x轴正方向做正功,静电力方向沿x轴正方向。
(2)Ek-x图像
当只有静电力对带电体做功,由动能定理F电x=Ek-Ek0=ΔEk知Ek-x图像的切线斜率k=,斜率绝对值表示静电力大小。
【例4】 (2026·河北石家庄市第一中学月考)一质量为m、电荷量为-q(q>0)的带电粒子,从O点以初速度v0沿x轴正方向进入电场,沿x轴运动的过程中,带电粒子的电势能Ep随位移x变化的关系图像如图所示。仅考虑静电力的作用,下列说法正确的是( )
A.x1处的电势为
B.沿x轴从O点运动到x1处,电场强度逐渐减小
C.带电粒子从x1处运动到x3处的过程中,其速度先增大后减小
D.带电粒子从O点运动到x4处的过程中,其动能最大值是m+2Ep0
答案 B
解析 x1处的电势φ1==-,故A错误;由W=qEΔx=|ΔEp|,得=qE,可知Ep-x图像斜率的绝对值表示静电力大小,根据题图可知,沿x轴从O点到x1处,图像斜率的绝对值逐渐减小,则静电力逐渐减小,即电场强度逐渐减小,故B正确;仅考虑静电力的作用,粒子的电势能与动能之和保持不变,粒子始终沿x轴正方向运动,速度方向不变,带电粒子从x1~x3的过程中,电势能一直减小,则动能一直增大,故速度一直增大,C错误;带电粒子在x3处的电势能最小,则在x3处的动能最大,由能量守恒得m+0=Ek3+(-Ep0),解得Ek3=m+Ep0,故D错误。
【针对性训练】
1 (2026年5月合肥168中学质检)如图所示,在原点O和x轴负半轴上坐标为-处分别固定两点电荷、(两点电荷的电荷量和电性均未知)。一带负电的试探电荷从坐标为处以一定的初速度沿x轴正方向运动,其电势能的变化情况如图,图线与x轴交点的横坐标为,图线最高点对应的横坐标为,不计试探电荷受到的重力,则下列判断正确的是( )
A.点电荷带负电
B.试探电荷在~之间受到的电场力沿x轴正方向
C.~之间的电场强度沿x轴正方向
D.两点电荷、电荷量的比值为
答案 CD
【解析】根据题述,带负电的试探电荷在处电势能为很大的负值,说明处电势为很大的正值,所以点电荷带正电,A错误;试探电荷在~之间电势能增大,电场力对试探电荷做负功,试探电荷所受电场力方向沿x轴负方向,~之间的电场强度沿x轴正方向,B错误C正确。由题图可知,处电势能最大,其处电场强度为零,则=,解得=,D正确。
2. (2025学年湖北省百师联盟高三下二轮复习联考(二))一质量为m,电荷量大小为q的带负电粒子,从O点以初速度沿x轴正方向进入电场,沿x轴运动的过程中,带电粒子的电势能随位移x变化的关系图像如图所示。仅考虑电场力的作用,下列说法正确的是( )
A. 处的电势为
B. 沿x轴从O点到处,电场强度逐渐减小
C. 带电粒子从处运动到处的过程中,其速度先增大后减小
D. 带电粒子从O点运动到处的过程中,其动能最大值是
【答案】B
【解析】根据电势定义式可知,处的电势 ,故A错误;
根据电场力做功大小与电势能变化量大小的关系有
解得
可知,图像斜率的绝对值表示电场力大小,根据图像可知,沿x轴从O点到处,图像斜率的绝对值逐渐减小,则电场力逐渐减小,即电场强度逐渐减小,故B正确;
根据图像可知,带电粒子从处运动到处的过程中,电势能一直减小,可知电场力一直做正功,结合动能定理可知,动能一直增大,则速度一直增大,故C错误;
带电粒子从O点运动到处的过程中,只有动能与电势能之间的相互转化,则动能最大时,粒子的电势能最小,根据图像可知,带电粒子在处时的电势能最小,即带电粒子在处时的动能最大,在带电粒子从O点运动到处的过程中,根据动能定理有
解得,故D错误。
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