专题7.2 电场能的性质【讲】教师版-高考物理一轮复习讲义（新高考）

专题7.2 电场能的性质【讲】 目录 一 讲核心素养1 二 讲必备知识1 【知识点一】 电势高低、电势能大小的判断1 【知识点二】电势差与电场强度的关系3 【知识点三】电场线、等势线面及带电粒子的运动轨迹问题7 三．讲关键能力------电场中的四类图象问题9 一 讲核心素养 1.物理观念电势能、电势、电势差。 知道静电场中的电荷具有电势能。了解电势能、电势和电势差的含义。。 2.科学思维电势差与电场强度的关系、电场中的图像。 1.掌握匀强电场中电势差及其与电场强度的关系 3掌握利用图象分析静电场性质的方法，培养学生们通过“数形结合思想”分析问题的能力。 3.科学态度与责任静电现象应用与安全。 了解生产生活中关于静电的利用与防护的实例。 二 讲必备知识 【知识点一】 电势高低、电势能大小的判断 1．电势高低的判断 判断依据 判断方法 电场线方向 沿电场线方向电势逐渐降低 场源电荷的正负 取无穷远处电势为零，正电荷周围电势为正值，负电荷周围电势为负值；靠近正电荷处电势高，靠近负电荷处电势低 电势能的高低 正电荷在电势较高处电势能大，负电荷在电势较低处电势能大 电场力做功 根据UAB＝，将WAB、q的正负号代入，由UAB的正负判断φA、φB的高低 2.电势能大小的判断 公式法 将电荷量、电势连同正负号一起代入公式Ep＝qφ，正Ep的绝对值越大，电势能越大；负Ep的绝对值越大，电势能越小 电势法 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 做功法 电场力做正功，电势能减小 电场力做负功，电势能增加 能量守恒法 在电场中，若只有电场力做功时，电荷的动能和电势能相互转化，动能增加，电势能减小；反之，动能减小，电势能增加 【例1】多选2020全国卷Ⅲ，21如图，∠M是锐角三角形PMN最大的内角，电荷量为qq0的点电荷固定在P点。下列说法正确的是 A.沿MN边，从M点到N点，电场强度的大小逐渐增大 B.沿MN边，从M点到N点，电势先增大后减小 C.正电荷在M点的电势能比其在N点的电势能大 D.将正电荷从M点移动到N点，电场力所做的总功为负 【答案】 BC 【解析】 如图所示 找出Q点，使Q点与P点的距离等于M点与P点的距离，L点为MN上到P点距离最短的点，根据三角形边角关系、点电荷的电场强度公式E＝k和正点电荷形成电场中的电势特点可知，沿着MN边，从M点到N点，到P点的距离r先减小后增大，电场强度先增大后减小，电势也先增大后减小，选项B正确，A错误；根据电势能与电势的关系Ep＝qφ可知，正电荷在M点的电势能比在N点的电势能大，故将正电荷从M点移动到N点，电场力所做的总功为正，选项C正确，D错误。 【素养升华】本题考察的学科素养主要是物理观念及科学思维。 【变式训练1】2021广东韶关质检如图所示，虚线表示某电场的等势面，实线表示一带电粒子仅在电场力作用下运动的径迹．粒子在A点的加速度为 aA、动能为 EkA、电势能为 EpA；在B点的加速度 为aB、动能为 EkB、电势能为 EpB.则下列结论正确的是 A．aAaB，EkAEkB B．aAaB，EpAEpB C．aAaB，EpAEpB D．aAaB，EkAEkB 【答案】C 【解析】根据图中等势面分布可知，＋5 V等势面处场强小于－5 V等势面处场强，带电粒子在A点所受的电场力小于在B点所受的电场力，根据牛顿第二定律，aAaB，选项A、D错误；根据带电粒子运动轨迹可知粒子受到指向轨迹AB凹侧的力作用，带电粒子从A到B，电场力做负功，电势能增大，EpAEpB，动能减小，EkAEkB，选项C正确，B错误． 【变式训练2】．20211月广东学业水平选择考适应性测试，4如图所示，在某静电除尘器产生的电场中，带等量负电荷的两颗微粒只受电场力作用，分别从p点沿虚线pm、pn运动，被吸附到金属圆筒上。下列说法正确的是 A.p点的电势高于n点的电势 B.微粒在p点的电势能小于在m点的电势能 C.微粒从p到n的动能变化量大于从p到m的动能变化量 D.微粒从p到n的电势能变化量等于从p到m的电势能变化量 【答案】 D 【解析】 沿着电场线，电势逐渐降低，则有φnφp，故A错误；负电荷从p运动到m的过程中，电场力做正功，电势能减小，有EppEpm，故B错误；两微粒从p到n和从p到m的过程中，均只受电场力而做正功，由动能定理有qU＝ΔEk，因Upn＝Upm，电荷量q相等，所以两微粒的动能变化量相等，C错误；由于W＝ΔEp，电场力做正功相等，所以微粒从p到n和从p到m电势能的变化量相等，D正确。 【知识点二】电势差与电场强度的关系 1．公式E＝的三点注意 1只适用于匀强电场． 2d为某两点沿电场强度方向上的距离，或两点所在等势面之间的距离． 3电场强度的方向是电势降低最快的方向． 2．纵向拓展 推论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． 推论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． 3．横向拓展 公式E＝只能适用于匀强电场的定量计算，但在非匀强电场中，可以用该式进行定性判断． 【例1】2021福建福州市4月模拟如图所示，水平面内有A、B、C、D、M、N六个点，它们均匀分布在半径为R＝2 cm的同一圆周上，空间有一方向与圆平面平行的匀强电场。已知A、C、M三点的电势分别为φA＝2－V、φC＝2 V、φM＝2＋V，下列判断正确的是 A．电场强度的方向由A指向D B．电场强度的大小为1 V/m C．该圆周上的点电势最高为4 V D．沿圆周将电子从D点经M点移到N点，电场力先做负功后做正功 【答案】C 【解析】 在匀强电场中AM连线的中点G的电势φG＝φA＋φM＝2 V＝φC，所以直线COGN为等势线，在匀强电场中等势线相互平行，电场线与等势线相互垂直，且由电势高的等势线指向电势低的等势线，可知直线AB、直线DM分别为等势线，直线DB、直线MA分别为电场线，可知电场强度的方向由M指向A或由D指向B，故A错误；MA两点间的电势差UMA＝φM－φA＝2 V，沿电场方向的距离d＝R＝ m，电场强度E＝＝100 V/m，故B错误；过圆心O做MA的平行线，与圆的交点H处电势最高，UHO＝ER＝2 V，由UHO＝φH－φO可得最高电势φH＝UHO＋φO＝4 V，故C正确；沿圆周将电子从D点经M点移到N点，电场力先做正功再做负功，故D错误。 【素养升华】本题考察的学科素养主要是科学思维。要求考生能正确理解电势差与电场强度的关系及电场线与等势面的关系。 【技巧方法】应用E＝关系的解题思路 【变式训练1】 多选2021山东青岛市上学期期末如图所示，匀强电场中等腰直角三角形ABC，＝＝2 cm，D为 AB边中点，电