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1、第第3课时电场的能的性质课时电场的能的性质【导导学学目目标标】1.会会判判断断电电场场中中电电势势的的高高低低、电电荷荷电电势势能能的的变化变化.2.会计算电场力做功及分析电场中的功能关系会计算电场力做功及分析电场中的功能关系【答案】【答案】相同正功减少相同正功减少 知识梳理知识梳理 1电场力做功的特点电场力做功的特点(1)在在电电场场中中移移动动电电荷荷时时，电电场场力力做做功功与与_无无关关，只只与与_有有关关，可可见见电电场场力力做做功功与与_做做功功相相似似(2)在在匀匀强强电电场场中中，电电场场力力做做的的功功W_，其其中中d为为沿沿_的位移的位移路径路径初末位置初末位置重力重力Eq
2、d电场线方向电场线方向 2电势能电势能(1)定定义义：电电荷荷在在电电场场中中具具有有的的势势能能电电荷荷在在某某点点的的电电势势能，等于把它从该点移到能，等于把它从该点移到_位置时电场力所做的功位置时电场力所做的功(2)电电场场力力做做功功与与电电势势能能变变化化的的关关系系：电电场场力力做做的的功功等等于于_，即，即WAB_.(3)电电势势能能的的相相对对性性：电电势势能能是是相相对对的的，通通常常把把电电荷荷在在离离场场源源电电荷荷_的的电电势势能能规规定定为为零零，或或把把电电荷荷在在_表面上的电势能规定为零表面上的电势能规定为零零势能零势能电势能的减少量电势能的减少量EpAEpB无限
3、远处无限远处大地大地 二、电势和等势面二、电势和等势面 基础导引基础导引 图图2甲甲、乙乙、丙丙分分别别是是等等量量异异种种电电荷荷、等等量量正正电电荷荷、正正点点电荷的电场线与等势面的分布情况电荷的电场线与等势面的分布情况问：问：(1)在甲图中，比较在甲图中，比较A、B、C三点的电势大小三点的电势大小(2)在乙图中，在乙图中，O点、点、M点电势一样吗？点电势一样吗？(3)在丙图中，在丙图中，A、B、C三点场强相等吗？电势相等吗？三点场强相等吗？电势相等吗？【答案】【答案】(1)ABC，且，且A0，B0，CM.(3)场强的大小场强的大小EAEBEC，方向不同；电势，方向不同；电势ABC 知识梳
4、理知识梳理 1电势电势(1)定定义义：电电荷荷在在电电场场中中某某一一点点的的电电势势能能与与它它的的电电荷荷量量的的比值比值(2)定义式：定义式：_.(3)矢矢标标性性：电电势势是是标标量量，其其大大小小有有正正负负之之分分，其其正正(负负)表示该点电势比电势零点高表示该点电势比电势零点高(低低)(4)相相对对性性：电电势势具具有有相相对对性性，同同一一点点的的电电势势因因_选取的不同而不同选取的不同而不同(5)沿着电场线方向电势逐渐降低沿着电场线方向电势逐渐降低零势点零势点 2等势面等势面(1)定义：电场中定义：电场中_的各点构成的面的各点构成的面(2)特点特点电电场场线线跟跟等等势势面面
5、_，即即场场强强的的方方向向跟跟等等势势面面_在在_上移动电荷时电场力不做功上移动电荷时电场力不做功电电场场线线总总是是从从_的的等等势势面面指指向向_的的等等势势面面等差等势面越密的地方电场强度等差等势面越密的地方电场强度_，反之，反之_电势相等电势相等 垂直垂直 垂直垂直 等势面等势面 电势高电势高电势低电势低 越大越大越小越小 三、电势差三、电势差 基础导引基础导引 判断下列说法正确与否：判断下列说法正确与否：(1)电电势势差差与与电电势势一一样样，是是相相对对量量，与与零零电电势势点点的的选选取取有有关关()(2)电势差是一个矢量，有正值和负值之分电势差是一个矢量，有正值和负值之分()
6、(3)由由于于电电场场力力做做功功跟跟移移动动电电荷荷的的路路径径无无关关，所所以以电电势势差差也跟移动电荷的路径无关，只跟这两点的位置有关也跟移动电荷的路径无关，只跟这两点的位置有关()(4)A、B两两点点的的电电势势差差是是恒恒定定的的，不不随随零零电电势势点点的的不不同同而而改变，所以改变，所以UABUBA()【答案】【答案】(1)(2)(3)(4)知识梳理知识梳理 1电电势势差差：电电荷荷q在在电电场场中中A、B两两点点间间移移动动时时，电电场场力力所所做做的的功功WAB跟跟它它的的电电荷荷量量q的的比比值值，叫叫作作A、B间间的的电电势势差差，也叫电压也叫电压公式：公式：UAB_.单
7、位：伏单位：伏(V)2电电势势差差与与电电势势的的关关系系：UAB_，电电势势差差是是标量，可以是正值，也可以是负值，而且有标量，可以是正值，也可以是负值，而且有UABUBAAB电场中电场中A、B两点的位置两点的位置无关无关电场线电场线【考点解读考点解读】1比较电势高低的方法比较电势高低的方法(1)沿电场线方向，电势越来越低沿电场线方向，电势越来越低(2)判判断断出出UAB的的正正负负，再再由由UABAB，比比较较A、B的的大小；若大小；若UAB0，则，则AB；若；若UAB0，则，则Aba，选选项项A错错正正电电荷荷在在电电势势高高处处电电势势能能大大，M点点的的电电势势比比N点点电电势势低低
8、，故故在在M点点电电势势能能小小，B错错根根据据能能量量守守恒恒定定律律，电电荷荷的的动动能能和和电电势势能能之之和和保保持持不不变变，故故粒粒子子在在M点点的的动动能能较较大大，选选项项C正正确确由由于于相相邻邻等等势势面面之之间间电电势势差差相相等等，因因N点点等等势势面面较较密密，则则ENEM，即即qENqEM.由由牛牛顿顿第第二二定定律律知知，带带电电粒粒子子从从M点运动到点运动到N点时，加速度增大，选项点时，加速度增大，选项D正确正确答案答案CD方方法法提提炼炼电电势势、电电势势能能高高低低的的判判断断方方法法有有多多种种，选选择择哪哪种种方方法法要要根根据据具具体体情情况况而而定定
9、例例如如在在本本题题中中，可可根根据据电电场场线线的的方方向向直直接接判判断断电电势势的的高高低低，也也可可根根据据电电场场力力的的做做功功情情况况来来判判断断跟跟踪踪训训练练1(2013肇肇庆庆一一模模)如如图图4是是两两个个等等量量异异种种点点电电荷荷形形成成的的电电场场，AB为为电电荷荷连连线线的的中中垂垂线线，且且AOBO，则则()AA，B两点场强相等两点场强相等BA，B两点场强方向相反两点场强方向相反C正电荷从正电荷从A运动到运动到B，电势能增加，电势能增加DA，B两点电势差为零两点电势差为零【答案】【答案】AD图图4【解解析析】本本题题考考查查电电场场中中力力的的属属性性及及能能的
10、的属属性性，意意在在考考查查考生对电场性质的理解考生对电场性质的理解根根据据矢矢量量叠叠加加可可知知，A、B两两点点场场强强大大小小、方方向向均均相相同同，A项项正正确确，B项项错错；AB所所在在的的直直线线为为零零势势能能线线，故故正正电电荷荷从从A运运动到动到B，电势能不变，电势能不变，D项正确，项正确，C项错项错【考点解读考点解读】1功能关系功能关系(1)若只有电场力做功，电势能与动能之和保持不变；若只有电场力做功，电势能与动能之和保持不变；(2)若若只只有有电电场场力力和和重重力力做做功功，电电势势能能、重重力力势势能能、动动能能之和保持不变；之和保持不变；(3)除除重重力力之之外外，
11、其其他他各各力力对对物物体体做做的的功功等等于于物物体体机机械械能能的变化；的变化；(4)所有力对物体所做的功，等于物体动能的变化所有力对物体所做的功，等于物体动能的变化考点二电场力做功及电场中的功能关系考点二电场力做功及电场中的功能关系2电场力做功的计算方法电场力做功的计算方法(1)由由公公式式WFscos 计计算算，此此公公式式只只适适合合于于匀匀强强电电场场中中，可变形为：可变形为：WqEscos；(2)由由WqU来计算，此公式适用于任何形式的静电场；来计算，此公式适用于任何形式的静电场；(3)由动能定理来计算：由动能定理来计算：W电场力电场力W其他力其他力Ek；(4)由电势能的变化计算
12、：由电势能的变化计算：WABEpAEpB解解析析本本题题考考查查势势能能大大小小和和机机械械能能守守恒恒定定律律由由于于电电场场力力做做正正功功，故故小小球球与与弹弹簧簧组组成成的的系系统统机机械械能能增增加加，机机械械能能不不守守恒恒，故故A选选项项错错误误；重重力力做做功功是是重重力力势势能能变变化化的的量量度度，由由题题意意知知重重力力做做负负功功，重重力力势势能能增增加加，故故B选选项项正正确确；小小球球增增加加的的机机械械能能在在数数值值上上等等于于除除重重力力和和弹弹力力外外，外外力力所所做做的的功功即即W2，故故C选选项项错错误误；根根据据电电场场力力做做功功是是电电势势能能变变
13、化化的的量量度度，电电场场力力做做正正功功电电势能减少，电场力做负功电势能增加，故势能减少，电场力做负功电势能增加，故D选项正确选项正确答案答案BD方方法法提提炼炼在在解解决决电电场场中中的的能能量量问问题题时时常常用用到到的的基基本本规规律律有动能定理、能量守恒定律，有时也会用到功能关系有动能定理、能量守恒定律，有时也会用到功能关系(1)应用动能定理解决问题需研究合外力的功应用动能定理解决问题需研究合外力的功(或总功或总功)(2)应应用用能能量量守守恒恒定定律律解解决决问问题题需需注注意意电电势势能能和和其其他他形形式式能之间的转化能之间的转化(3)应应用用功功能能关关系系解解决决该该类类问
14、问题题需需明明确确电电场场力力做做功功与与电电势势能改变之间的对应关系能改变之间的对应关系跟跟踪踪训训练练2(2013江江门门调调研研)如如图图6所所示示，在在粗粗糙糙水水平平面面上上固固定定一一点点电电荷荷Q，在在M点点无无初初速速释释放放一一带带电电小小物物块块，小小物物块块运动到运动到N点时静止，则从点时静止，则从M点运动到点运动到N点的过程中点的过程中()图图6 A小物块所受电场力逐渐增大小物块所受电场力逐渐增大B小物块具有的电势能逐渐增大小物块具有的电势能逐渐增大CM点的电势可能高于点的电势可能高于N点的电势点的电势D小小物物块块电电势势能能变变化化量量的的大大小小一一定定等等于于克
15、克服服摩摩擦擦力力做做的的功功【答案】【答案】CD【解解析析】本本题题考考查查电电场场、电电势势、牛牛顿顿第第二二定定律律、电电场场力力做做功和电势能变化的关系等知识点功和电势能变化的关系等知识点根根据据电电场场的的特特点点，带带电电小小物物块块在在运运动动过过程程中中，其其受受到到的的电电场场力力逐逐渐渐减减小小，电电场场力力做做正正功功，电电势势能能逐逐渐渐减减小小，选选项项AB错错误误；由由于于点点电电荷荷Q电电性性不不确确定定，故故M点点的的电电势势可可能能高高于于N点点的的电电势势，选选项项C正正确确；从从M点点运运动动到到N点点的的过过程程，由由动动能能定定理理可可得得：电场力做的
16、功等于小物块克服摩擦力做的功，选项电场力做的功等于小物块克服摩擦力做的功，选项D正确正确【考点解读考点解读】1粒粒子子速速度度方方向向一一定定沿沿轨轨迹迹的的切切线线方方向向，粒粒子子受受力力方方向向一定沿电场线指向轨迹凹侧一定沿电场线指向轨迹凹侧2电电场场力力与与速速度度方方向向间间夹夹角角小小于于90时时，电电场场力力做做正正功功；夹角大于夹角大于90时，电场力做负功时，电场力做负功考考点点三三带带电电粒粒子子在在电电场场中中做做曲曲线线运运动动时时，电电场场力力做做功功正正负的判断负的判断【典例剖析典例剖析】例例3如如图图7所所示示，一一带带电电粒粒子子以以某某速速度度进进入入竖竖直直向
17、向上上的的匀匀强强电电场场中中，仅仅在在电电场场力力作作用用下下形形成成图图中中所所示示的的运运动动轨轨迹迹，M点点为轨迹的最高点下列判断正确的是为轨迹的最高点下列判断正确的是()A该粒子带负电该粒子带负电B粒子在最高点粒子在最高点M的速率为零的速率为零C粒子在电场中的电势能始终在增加粒子在电场中的电势能始终在增加D粒子在电场中加速度不变粒子在电场中加速度不变图图7 答案答案AD方方法法提提炼炼根根据据带带电电粒粒子子在在电电场场中中运运动动的的轨轨迹迹来来分分析析判判断断电电场场的的性性质质是是电电场场内内容容的的常常见见题题型型，也也是是许许多多同同学学常常感感到到棘棘手手的的一一类类问问
18、题题分分析析这这类类问问题题应应注注意意以以下下两两个个方方面面：(1)从从轨轨迹迹弯弯曲曲方方向向判判断断受受力力方方向向，从从而而分分析析电电场场方方向向或或电电荷荷的的正正负负；(2)结结合合轨轨迹迹速速度度方方向向与与电电场场力力的的方方向向，确确定定电电场场力力做做功功的的正正负，从而确定电势能、电势和电势差的变化等负，从而确定电势能、电势和电势差的变化等跟跟踪踪训训练练3(2015增增城城调调研研)如如图图8，将将一一正正电电荷荷从从电电场场线线上上的的a点点移移到到b点点，电电势势a10 V、b5 V下下列列判判断断正正确确的是的是()图图8A该电场是匀强电场该电场是匀强电场B电
19、场线方向由电场线方向由a指向指向bCa点场强大于点场强大于b点场强点场强D正电荷的电势能减少正电荷的电势能减少【答案】【答案】BD【解解析析】将将一一正正电电荷荷从从电电场场线线上上的的a点点移移到到b点点，电电势势a10 V、b5 V沿沿着着电电场场线线电电势势一一定定降降低低，所所以以电电场场线线方方向向由由a指指向向b，由由于于只只有有一一条条电电场场线线，无无法法看看出出电电场场线线的的疏疏密密，所所以以不不一一定定是是匀匀强强电电场场，故故A错错误误，B正正确确；由由于于只只有有一一条条电电场场线线，无无法法看看出出电电场场线线的的疏疏密密，故故C错错误误；a点点电电势势大大于于b点
20、点电电势势，所所以以一一正正电电荷荷从从电电场场线线上上的的a点点移移到到b点点，电电势势能能减减小小，故故D正正确确7.7.综合应用动力学和功能观点解题综合应用动力学和功能观点解题方方法法提提炼炼该该题题是是一一个个物物体体有有多多个个运运动动过过程程的的题题目目，对对该该物物体体运运动动过过程程的的受受力力分分析析要要清清楚楚在在解解答答该该题题的的过过程程中中多多次次运运用用了了动动能能定定理理，这这要要比比运运用用牛牛顿顿定定律律简简单单得得多多，因因为为在在该该题题中中，库库仑仑力力是是一一个个变变力力最最近近几几年年的的高高考考命命题题，突突出出考考查查力力、电电两两个个主主干干知知识识的的同同时时，电电场场性性质质与与力力学学问问题题的的综综合合考考查查的的概概率率越越来来越越高高，特特别别是是对对电电场场力力做做功功特特点点、动动能能定定理理、牛牛顿顿第第二二定定律律等力学问题考查分析、理解和应用能力，挖掘隐含信息能力等力学问题考查分析、理解和应用能力，挖掘隐含信息能力【答案】【答案】(1)0.4 m(2)O点左侧点左侧0.2 m处处