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电场线、等势面与粒子运动轨迹的综合问题(高频39)1．等势面(1)定义：电场中 电势相等 的各点构成的面． (2)四个特点①在 同一等势面 上移动电荷时电场力不做功．②电场线一定与等势面垂直，并且从 电势高 的等势面指向 电势低 的等势面． ③等差等势面越密的地方电场强度 越大 ；反之 越小 . ④任何两个等势面都不相交．2．带电粒子在电场中运动轨迹问题的分析方法 (1)某点速度方向即为该点轨迹的切线方向；(2)从轨迹的弯曲方向判断受力方向(轨迹向合外力方向弯曲)，从而分析电场方向或电荷的正负；(3)结合轨迹、速度方向与电场力的方向，确定电场力做功的正负，从而确定电势能、电势和电势差的变化等．3．电场线和等势面相互垂直 4．几种常见典型电场中的等势面(1)带电粒子所受合力(往往仅为电场力)指向轨迹曲线的内侧． (2)该点速度方向为轨迹切线方向． (3)电场线或等差等势面密集的地方场强大． (4)电场线垂直于等势面． (5)顺着电场线电势降低最快．(6)电场力做正功，电势能减小；电场力做负功，电势能增大，有时还要用到牛顿第二定律、动能定理等知识．[诊断小练](1)电场线一定与等势面垂直．( )(2)同一幅图中，等势面密处，电场线也密，场强较大．() (3)电场线有可能与带电粒子的运动轨迹重合．( )(4)在同一等势面上移动不同的电荷，电场力对电荷都不做功．( ) 【答案】 (1)√ (2)√ (3)√ (4)√命题点1 电场线与等势面5. (2016·课标卷Ⅲ，15)关于静电场的等势面，下列说法正确的是( ) A ．两个电势不同的等势面可能相交 B ．电场线与等势面处处相互垂直 C ．同一等势面上各点电场强度一定相等D ．将一负的试探电荷从电势较高的等势面移至电势较低的等势面，电场力做正功 【解析】 等势面相交，则电场线一定相交，故在同一点存在两个不同的电场强度方向，与事实不符，故A 错误；电场线与等势面垂直，B 正确；同一等势面上的电势相同，但是电场强度不一定相同，C 错误；将负电荷从高电势处移动到低电势处，受到的电场力方向是从低电势指向高电势，所以电场力方向与运动方向相反，电场力做负功，D 错误．【答案】 B6.(2015·课标卷Ⅰ，15)如图，直线a 、b 和c 、d 是处于匀强电场中的两组平行线，M 、N 、P 、Q 是它们的交点，四点处的电势分别为φM 、φN 、φP 、φQ .一电子由M 点分别运动到N点和P点的过程中，电场力所做的负功相等．则()A．直线a位于某一等势面内，φM＞φQB．直线c位于某一等势面内，φM＞φNC．若电子由M点运动到Q点，电场力做正功D．若电子由P点运动到Q点，电场力做负功【解析】电子带负电荷，电子由M点分别运动到N点和P点的过程中，电场力所做的负功相等，有W MN＝W MP＜0，而W MN＝qU MN，W MP＝qU MP，q＜0，所以有U MN＝U MP＞0，即φM＞φN＝φP，匀强电场中等势线为平行的直线，所以NP和MQ分别是两条等势线，有φM ＝φQ，故A错误，B正确；电子由M点到Q点过程中，W MQ＝q(φM－φQ)＝0，电子由P点到Q点过程中，W PQ＝q(φP－φQ)＞0，故C、D错误．【答案】 B命题点2电场线与运动轨迹7．(2017·天津卷，7)如图所示，在点电荷Q产生的电场中，实线MN是一条方向未标出的电场线，虚线AB是一个电子只在静电力作用下的运动轨迹．设电子在A、B两点的加速度大小分别为a A、a B，电势能分别为E p A、E p B.下列说法正确的是()A．电子一定从A向B运动B．若a A＞a B，则Q靠近M端且为正电荷C．无论Q为正电荷还是负电荷一定有E p A＜E p BD．B点电势可能高于A点电势【解析】若Q在M端，由电子运动的轨迹可知Q为正电荷，电子从A向B运动或从B向A运动均可，由于r A＜r B，故E A＞E B，F A＞F B，a A＞a B，φA＞φB，E p A＜E p B；若Q在N 端，由电子运动的轨迹可知Q为负电荷，且电子从A向B运动或从B向A运动均可，由r A ＞r B，故φA＞φB，E p A＜E p B.综上所述选项A、D错误，选项B、C正确．【答案】BC命题点3等势面与运动轨迹8．(2016· 课标卷Ⅱ，15)如图，P 是固定的点电荷，虚线是以P 为圆心的两个圆．带电粒子Q 在P 的电场中运动，运动轨迹与两圆在同一平面内，a 、b 、c 为轨迹上的三个点．若Q 仅受P 的电场力作用，其在a 、b 、c 点的加速度大小分别为a a 、a b 、a c ，速度大小分别为v a 、v b 、v c ，则( )A ．a a ＞a b ＞a c ，v a ＞v c ＞v bB ．a a ＞a b ＞a c ，v b ＞v c ＞v aC ．a b ＞a c ＞a a ，v b ＞v c ＞v aD ．a b ＞a c ＞a a ，v a ＞v c ＞v b【解析】 带电粒子在电场中仅受电场力作用，由牛顿第二定律知加速度a ＝F m ＝q Q E m ，E ＝k q Pr2，因为r b <r c <r a ，所以a b ＞a c ＞a a ；由动能定理有W ab ＝q Q U ab ＝12m v 2b －12m v 2a W bc ＝q Q U bc ＝12m v 2c －12m v 2b 因为W ab <0，所以v a ＞v b ，因为W bc ＞0，所以v c ＞v b 又|U ab |＞|U bc |，所以v a ＞v c 故有v a ＞v c ＞v b ，D 项正确． 【答案】 D9．如图所示，虚线a 、b 、c 代表电场中的三个等势面，相邻等势面之间的电势差相同，实线为一带正电的质点仅在电场力作用下通过该区域时的运动轨迹，P 、Q 是这条轨迹上的两点，由此可知( )A ．三个等势面中，c 等势面电势最高B ．带电质点通过P 点时电势能较大C ．带电质点通过Q 点时动能较大D ．带电质点通过P 点时加速度较大【解析】 假设质点由P 运动到Q ，根据：①运动轨迹的切线方向为速度方向；②电场线与等势面垂直；③正电荷所受的电场力与电场强度方向相同；④做曲线运动的带正电荷的质点，其所受的电场力指向运动轨迹的凹侧，从而确定质点经过P 时的速度和电场力方向，如图所示．根据正电荷所受电场力的方向可知，电场线由等势面a 指向等势面c ，故φa >φb >φc ，A 错误；电场力与瞬时速度成锐角，故由P 运动到Q 电场力对质点做正功，质点的电势能减小，动能增加，B 、C 正确；等差等势面越密集，该区域电场强度越大，故E P >E Q ，带电质点通过P 点时加速度较大，D 正确．【答案】 BCD考点三 电场中的三类图象问题(高频40)命题点1 场强图象10.(2017·课标卷Ⅰ，20)在一静止点电荷的电场中，任一点的电势φ与该点到点电荷的距离r 的关系如图所示．电场中四个点a 、b 、c 和d 的电场强度大小分别为E a 、E b 、E c 和E d .点a 到点电荷的距离r a 与点a 的电势φa 已在图中用坐标(r a ，φa )标出，其余类推．现将一带正电的试探电荷由a 点依次经b 、c 点移动到d 点，在相邻两点间移动的过程中，电场力所做的功分别为W ab 、W bc 和W cd .下列选项正确的是( )A ．E a ∶E b ＝4∶1B ．E c ∶E d ＝2∶1C ．W ab ∶W bc ＝3∶1D ．W bc ∶W cd ＝1∶3【解析】 A 对：由题图知，a 、b 、c 、d 四个点距点电荷的距离依次增大，且r b ＝2r a ，由E ＝kQr2知，E a ∶E b ＝4∶1.B 错：r d ＝2r c ，由E ＝kQr2知，E c ∶E d ＝4∶1.C 对：在移动电荷的过程中，电场力做的功与电势能的变化量大小相等，则W ab ∶W bc＝q (φa －φb )∶q (φb －φc )＝3∶1.D 错：W bc ∶W cd ＝q (φb －φc )∶q (φc －φd )＝1∶1.【答案】AC11．在x轴上电场强度E与x的关系如图所示，O为坐标原点，a、b、c为x轴上的点，a、c之间的距离为d，a、c两点的电场强度大小均为E0，则下列说法中正确的是()A．φb＞φa＝φc＞φOB．φO＞φa＞φb＞φcC．将质子从a点移到c点，电场力做功大于eE0dD．将质子从a点移到c点，质子的电势能增加【解析】在E-x图象中，图象与x轴所围面积表示电势差，由图可以看出x轴上Oc 段与图线所围面积大于ac段与图线所围面积，ac段与图线所围面积大于bc段与图线所围面积，即U Oc＞U ac＞U bc＞0，所以φO＞φa＞φb＞φc，故B正确，A错误；ac段与图线所围面积大于E0d，即U ac＞E0d，所以将质子从a点移到c点，电场力做功大于eE0d，故C正确；将质子从a点移到c点，电场力做正功，质子的电势能减少，D错误．【答案】BC由场强图象可以得出的信息(1)由匀强电场场强公式E＝Ud，可以得出E＝ΔφΔx，场强E随x变化关系的图象与横轴所围的面积表示电势差．若x＝0处电势为零，可以根据面积比较各点的电势高低．(2)由于F＝qE，电场力做功W＝Fx＝qEx.场强E随x变化关系的图象与横轴所围的面积与电场力做的功成正比，而电场力做功与电势能变化相关，因此可得出电荷沿x轴移动时电势能变化情况．命题点2电势图象12.(2018·山东淄博一中高三上学期期中)如图所示，φ-x图象表示空间某一静电场的电势φ沿x轴的变化规律，图象关于φ轴对称分布．x轴上a、b两点电场强度在x方向上的分量分别是E ax、E bx，则()A．E ax<E bxB．E ax沿x轴负方向，E bx沿x轴正方向C ．同一点电荷在a 、b 两点受到的电场力方向一定相反D ．将正电荷沿x 轴从a 点移动到b 点的过程中，其电势能先增加后减小【解析】 由E ＝ΔΦΔx 可知E ax >E bx ，A 错误；由沿着电场线方向电势降低可知，B 正确；由于E ax 和E bx 不是a 、b 两点的总场强，电场线方向不确定，故C 错误；正电荷从a 移到b ，电势能先增加后减小，D 正确．【答案】 BD由电势图象可以得出的信息由匀强电场场强公式E ＝U d ，可以得出E ＝ΔφΔx ，所以电势φ与位置x 之间的关系图象的切线的斜率表示电场强度．由电势图象的切线的斜率可比较对应各点电场强度的大小．命题点3 电势能图象13.(2014·安徽卷，17)一带电粒子在电场中仅受静电力作用，做初速度为零的直线运动．取该直线为x 轴，起始点O 为坐标原点，其电势能E p 与位移x 的关系如图所示，下列图象中合理的是( )【解析】 带电粒子在电场中运动时，其电势能的变化规律是非线性的．由E p -x 图象知，带电粒子的电势能不是均匀变化的，由斜率k ＝ΔE pΔx ＝F ＝q ·E 可知静电力不能为恒力，故选项A 错误；带电粒子仅受静电力作用，故电势能和动能相互转化，电势能的减少量等于动能的增加量，即动能增加得越来越慢，故选项B 错误；由于静电力不是恒力，加速度a 应该越来越小，故选项C 错误，选项D 正确． 【答案】 D由电势能图象可以得出的信息在E p -x 图象中，斜率的绝对值k ＝ΔE p Δx ＝q ·ΔUΔx＝q ·E ，表示电场力大小．考点四电场中的功能关系(高频41)1．静电力做功的计算方法(1)W AB＝qU AB(普遍适用)；(2)W＝qEl cos_θ(适用于匀强电场)；(3)W AB＝－ΔE p＝E p A－E p B(从能量角度求解)；(4)W电＋W非电＝ΔE k(由动能定理求解)．2．带电粒子在电场中做曲线运动时正负功的判断(1)粒子速度方向一定沿轨迹的切线方向，粒子合力方向一定沿电场线指向轨迹弯曲的凹侧．(2)静电力与速度方向间夹角小于90°，静电力做正功；夹角大于90°，静电力做负功．3．功能关系(1)若只有静电力做功，电势能与动能之和保持不变；(2)若只有静电力和重力做功，电势能、重力势能、动能之和保持不变；(3)除重力之外，其他各力对物体做的功等于物体机械能的变化；(4)合力对物体所做的功，等于物体动能的变化．【温馨提示】解决此类问题时应注意以下两点：1．利用电场线的特点、等势面的特点来分析粒子做功情况．2．应用公式W AB＝qU AB计算功时：W AB、q、U AB一般都要带正、负号计算．命题点1电场力做功与电势能变化的判断14．(2018·江苏泰州高三上学期期中)如图所示为某静电除尘装置的原理图，废气先经过一个机械过滤装置再进入静电除尘区．图中虚线是某一带电的尘埃(不计重力)仅在电场力作用下向集尘极迁移并沉积的轨迹，A、B两点是轨迹与电场线的交点．不考虑尘埃在迁移过程中的相互作用和电量变化，则以下说法正确的是()A．尘埃在A点的加速度大于在B点的加速度B．尘埃带正电C．A点电势高于B点电势D．尘埃在迁移过程中电势能一直在增大【解析】A点电场线密集，电场力大，加速度大，A正确；带电尘埃竖直方向逆着电场线运动，尘埃带负电，B错；φA<φB，C错；尘埃在迁移过程中电场力做正功，电势能减小，D错．【答案】 A命题点2电场中的功能关系15．(2015·课标卷Ⅱ，24)如图，一质量为m、电荷量为q(q＞0)的粒子在匀强电场中运动，A、B为其运动轨迹上的两点．已知该粒子在A点的速度大小为v0，方向与电场方向的夹角为60°；它运动到B点时速度方向与电场方向的夹角为30°.不计重力．求A、B两点间的电势差．【解析】设带电粒子在B点的速度大小为v B.粒子在垂直于电场方向的速度分量不变，即v B sin 30°＝v0sin 60°①由此得v B＝3v0②设A、B两点间的电势差为U AB，由动能定理有qU AB＝12m(v2B－v20)③联立②③式得U AB＝m v20 q【答案】m v20 q16．(2013·课标卷Ⅱ，24)如图，匀强电场中有一半径为r的光滑绝缘圆轨道，轨道平面与电场方向平行．a、b为轨道直径的两端，该直径与电场方向平行．一电荷量为q(q>0)的质点沿轨道内侧运动，经过a 点和b 点时对轨道压力的大小分别为N a 和N b .不计重力，求电场强度的大小E 、质点经过a 点和b 点时的动能．【解析】 质点所受电场力的大小为 F ＝qE ①设质点质量为m ，经过a 点和b 点时的速度大小分别为v a 和v b ，由牛顿第二定律有 F ＋N a ＝m v 2ar ②N b －F ＝m v 2br③设质点经过a 点和b 点时的动能分别为E k a 和E k b ，有 E k a ＝12m v 2a ④E k b ＝12m v 2b⑤根据动能定理有E k b －E k a ＝2rF ⑥ 联立①②③④⑤⑥式得 E ＝16q (N b －N a )⑦E k a ＝r12(N b ＋5N a )⑧E k b ＝r12(5N b ＋N a )．⑨【答案】16q (N b －N a ) r 12(N b ＋5N a ) r12(5N b ＋N a ) 考点五 等分法的灵活应用(高频42)解决匀强电场中电势差与电场强度关系时应抓住“一式二结论” (1)一式：E ＝U d ＝W 电qd ，其中d 是沿电场强度方向上的距离．(2)二结论：结论1 匀强电场中的任一线段AB 的中点C 的电势，等于φC ＝φA ＋φB2，如图甲所示．结论2 匀强电场中若两线段AB ∥CD ，且AB ＝ CD ，则U AB ＝U CD (或φA －φB ＝φC －φD )，如图乙所示．命题点 等分法的灵活应用17．(2017·课标卷Ⅲ，21)一匀强电场的方向平行于xOy 平面，平面内a 、b 、c 三点的位置如图所示，三点的电势分别为10 V 、17 V 、26 V ．下列说法正确的是( )A ．电场强度的大小为2.5 V/cmB ．坐标原点处的电势为1 VC ．电子在a 点的电势能比在b 点的低7 eVD ．电子从b 点运动到c 点，电场力做功为9 eV【解析】 如图所示，由匀强电场中两平行线距离相等的两点间电势差相等知，Oa 间电势差与bc 间电势差相等，故O 点电势为1 V ，选项B 正确；则在x 轴上，每0.5 cm 长度对应电势差为1 V ,10 V 对应的等势线与x 轴交点e 坐标为(4.5,0)，△aOe 中，Oe ∶Oa ＝4.5∶6＝3∶4，由几何知识得：Od 长度为3.6 cm ，代入公式E ＝U d得，E ＝2.5 V/cm ，选项A 正确；电子带负电，电势越高，电势能越小，电子在a 点的电势能比在b 点的高7 eV ，选项C 错误；电子从b 点运动到c 点，电场力做功W ＝eU ＝9 eV ，选项D 正确．【答案】 ABD解决此类题目可依下列步骤：(1)连线(连接电势最低点与最高点)；(2)求电势差(如U bd ＝φb －φd )；(3)等分(如将bd 五等分)；(4)连等势点，找等势线(面).18.(2014·课标卷Ⅰ，25)如图，O 、A 、B 为同一竖直平面内的三个点，OB 沿竖直方向，∠BOA ＝60°，OB ＝32OA ，将一质量为m 的小球以一定的初动能自O 点水平向右抛出，小球在运动过程中恰好通过A 点．使此小球带电，电荷量为q (q ＞0)，同时加一匀强电场，场强方向与△OAB 所在平面平行．现从O 点以同样的初动能沿某一方向抛出此带电小球，该小球通过了A 点，到达A 点时的动能是初动能的3倍；若该小球从O 点以同样的初动能沿另一方向抛出，恰好通过B 点，且到达B 点时的动能为初动能的6倍，重力加速度大小为g .求：(1)无电场时，小球到达A 点时的动能与初动能的比值；(2)电场强度的大小和方向．【解析】 (1)设小球的初速度为v 0，初动能为E k0，从O 点运动到A 点的时间为t ，令OA ＝d ，则OB ＝32d ，根据平抛运动的规律有 d sin 60°＝v 0t ①d cos 60°＝12gt 2② 又有E k0＝12m v 20③ 由①②③式得E k0＝38mgd ④ 设小球到达A 点时的动能为E k A ，则E k A ＝E k0＋12mgd ⑤ 由④⑤式得E k A E k0＝73.⑥ (2)加电场后，小球从O 点到A 点和B 点，高度分别降低了d 2和3d 2，设电势能分别减小ΔE p A 和ΔE p B ，由能量守恒及④式得ΔE p A ＝3E k0－E k0－12mgd ＝23Ek0⑦ΔE p B ＝6E k0－E k0－32mgd ＝E k0⑧ 在匀强电场中，沿任一直线，电势的降落是均匀的，设直线OB 上的M 点与A 点等电势，M 与O 点的距离为x ，如图，则有x 32d ＝ΔE p A ΔE p B ⑨ 解得x ＝d ，MA 为等势线，电场必与其垂线OC 方向平行，设电场强度方向与竖直向下的方向的夹角为α，由几何关系可得α＝30°⑩即电场强度方向与竖直向下的方向的夹角为30°.设电场强度的大小为E ，有qEd cos 30°＝ΔE p A ⑪由④⑦⑪式得E ＝3mg 6q. 【答案】 (1)73 (2)3mg 6q电场方向与竖直向下的方向的夹角为30°[高考真题]1．(2015·海南卷，7)如图，两电荷量分别为Q (Q ＞0)和－Q 的点电荷对称地放置在x 轴上原点O 的两侧，a 点位于x 轴上O 点与点电荷Q 之间，b 点位于y 轴O 点上方．取无穷远处的电势为零．下列说法正确的是( )A ．b 点电势为零，电场强度也为零B ．正的试探电荷在a 点的电势能大于零，所受电场力方向向右C ．将正的试探电荷从O 点移到a 点，必须克服电场力做功D ．将同一正的试探电荷先后从O 、b 两点移到a 点，后者电势能的变化较大【解析】 因为等量异种电荷在其连线的中垂线上的电场方向为平行于x 轴指向负电荷，所以电场方向与中垂线方向垂直，故中垂线为等势线，因为中垂线延伸到无穷远处，所以中垂线的电势为零，故b点的电势为零，但是电场强度不为零，A错误；等量异种电荷连线上，电场方向由正电荷指向负电荷，方向平行于x轴向右，在中点O处电势为零，O点左侧电势为正，右侧电势为负，且正电荷在正电势处电势能为正，故B正确；O点的电势低于a点的电势，电场力做负功，所以必须克服电场力做功，C正确；O点和b点的电势相等，所以先后从O、b点移到a点，电场力做功相等，电势能变化相同，D错误．【答案】BC2．(2014·课标卷Ⅰ，21)如图，在正点电荷Q的电场中有M、N、P、F四点，M、N、P为直角三角形的三个顶点，F为MN的中点，∠M＝30°.M、N、P、F四点处的电势分别用φM、φN、φP、φF表示．已知φM＝φN，φP＝φF，点电荷Q在M、N、P三点所在平面内，则()A．点电荷Q一定在MP的连线上B．连接PF的线段一定在同一等势面上C．将正试探电荷从P点搬运到N点，电场力做负功D．φP大于φM【解析】由φM＝φN，可知点电荷Q一定在MN连线的中垂线上，过F作MN的垂线交MP与O点，设MF＝FN＝l，则由几何关系MO＝lcos 30°＝233l，FO＝l tan 30°＝33l，OP＝MP－MO＝MN cos 30°－233l＝33l，即FO＝OP＝33l，ON＝OM＝233l，故点电荷Q一定在MP的连线上的O点，选项A正确；点电荷形成的电场的等势面是以点电荷为球心的同心球面，直线不可能在球面上，故选项B错误；由图可知OF<OM，故φF＝φP＞φM＝φN，将正试探电荷从高电势搬运到低电势，电场力做正功，选项C错、D对．【答案】AD3.(2016·课标卷Ⅰ，20)如图，一带负电荷的油滴在匀强电场中运动，其轨迹在竖直面(纸面)内，且相对于过轨迹最低点P的竖直线对称．忽略空气阻力．由此可知()A．Q点的电势比P点高B ．油滴在Q 点的动能比它在P 点的大C ．油滴在Q 点的电势能比它在P 点的大D ．油滴在Q 点的加速度大小比它在P 点的小【解析】 带负电荷的油滴在匀强电场中运动，其轨迹在竖直平面(纸面)内，且相对于过轨迹最低点P 的竖直线对称，可以判断合力的方向竖直向上，而重力方向竖直向下，可知电场力的方向竖直向上，运动电荷是负电荷，所以匀强电场的方向竖直向下，所以Q 点的电势比P 点高，带负电的油滴在Q 点的电势能比它在P 点的小，在Q 点的动能比它在P 点的大，故A 、B 正确，C 错误．在匀强电场中电场力是恒力，重力也是恒力，所以合力是恒力，所以油滴的加速度恒定，故D 错误．【答案】 AB[名校模拟]4．(2018·山东日照一中高三月考)如图所示，等边三角形ABC 处在匀强电场中，电场线与三角形所在平面平行，其中φA ＝φB ＝0，φC ＝φ>0.保持该电场的电场强度大小和方向不变，让等边三角形绕A 点在三角形所在平面内顺时针转过30°，则此时B 点电势为( )A.33φ B ．12φ C ．－33φ D ．－12φ 【解析】 根据题述φA ＝φB ＝0，A 、B 连线是一条等势线，则电场方向垂直于AB 指向左侧，设等边三角形的边长为L ，根据φC ＝φ可知电场强度E ＝φL cos 30°，等边三角形绕A 点在三角形所在平面内顺时针转过30°，此时的B 点到原来AB 的距离d ＝L sin 30°，此时B 点电势为－Ed ＝－33φ，C 正确． 【答案】 C5.(2018·山东泰安高三上学期期中)如图，两电荷量分别为Q (Q >0)和－Q 的点电荷对称地放置在x 轴上原点O 的两侧，a 点位于x 轴上O 点与点电荷Q 之间，b 位于y 轴O 点上方．取无穷远处的电势为零，下列说法正确的是( )A ．O 点的电势为零，电场强度也为零B ．a 点的电势高于b 点电势，a 点电场强度大于b 点电场强度C ．正的试探电荷在b 点的电势能大于零，所受电场力方向指向O 点D ．将负的试探电荷从O 点移到a 点，必须克服电场力做功【解析】 O 点是x 轴上电场强度最小的点，又是y 轴上电场强度最大的点，故E a >E O >E b ，而y 轴各点电势为0，所以φa >φb ，A 错，B 对；正的试探电荷在b 点电势能为0，在b 点所受电场力方向水平向右，C 错；将负的试探电荷从O 点移到a 点电场力做正功，D 错．【答案】 B6．(2018·山东潍坊高三上学期期中)匀强电场的方向平行于xOy 平面，平面内a 、b 、c 三点的位置如图所示，三点的电势分别为10 V 、16 V 、22 V ．下列说法正确的是( )A ．电场强度的大小为 5 V/cmB ．坐标原点处的电势为0 VC ．电子在a 点的电势能比在b 点的低6 eVD ．电子从c 点运动到b 点，电场力做功为6 eV【解析】 设ac 之间的d 点电势与b 点相同，则ad dc ＝10－1616－22＝1，所以d 点坐标为(3 cm ，6 cm)，过c 点作等势线bd 的垂线，由几何关系可得cf ＝65cm ，电场强度大小E ＝U d ＝(22－16)V 65 m ＝ 5 V/m ，A 正确；由于Oacb 为正方形，所以U ac ＝U Ob ，所以φO ＝4 V ，B 错；电子在a 、b 处的电势能分别为E a ＝－10 eV ，E b ＝－16 eV ，C 错；电子从c 点运动到b 点，电场力做功为－6 eV ，D 错．【答案】 A课时作业(二十)[基础小题练]1．将一正电荷从无限远处移入电场中M 点，静电力做功W 1＝6×10－9 J ，若将一个等量的负电荷从电场中N 点移向无限远处，静电力做功W 2＝7×10－9 J ，则M 、N 两点的电势φM 、φN ，有如下关系( )A ．φM ＜φN ＜0B ．φN ＞φM ＞0C ．φN ＜φM ＜0D ．φM ＞φN ＞0 【解析】 对正电荷φ∞－φM ＝W 1q ；对负电荷φN －φ∞＝W 2－q，即φ∞－φN ＝W 2q .而W 2＞W 1，φ∞＝0，且W 1q 和W 2q均大于0，则φN ＜φM ＜0，正确答案选C. 【答案】 C2.如图所示，空间中存在着由一固定的正点电荷Q (图中未画出)产生的电场，另一正点电荷仅在电场力作用下沿曲线MN 运动，在M 点的速度大小为v 0，方向沿MP 方向，到达N 点时速度大小为v ，且v <v 0，则( )A ．Q 一定在虚线MP 上方B ．M 点的电势比N 点的电势高C ．正点电荷在M 点的电势能比在N 点的小D ．正点电荷在M 点的加速度大小比在N 点的大【解析】 两个正电荷间为库仑斥力，运动轨迹向上偏，Q 必定在虚线MP 之下，给正点电荷斜向左上方的力，A 错误；正点电荷在M 、N 两点中的M 点时动能大，则正点电荷在M 点时的电势能小，C 正确；正点电荷在高电势处电势能大，所以M 点电势低，B 错误；正点电荷从M 点到N 点速度减小，说明N 点离Q 近，在N 点受到的电场力大，加速度大，D 错误．【答案】 C3.如图所示，在某电场中画出了三条电场线，C 点是AB 连线的中点．已知A 点的电势为φA＝50 V，B点的电势为φB＝10 V，则C点的电势()A．φC＝30 VB．φC＞30 VC．φC<30 VD．上述选项都不正确【解析】AC之间的电场线比CB之间的电场线密，由U＝Ed可定性判断相等距离之间AC的电势差较大，所以φC<30 V，选项C正确．【答案】 C4．如图所示的虚线为电场中的三个等势面，三条虚线平行等间距，电势值分别为10 V、19 V,28 V，实线是仅受静电力的带电粒子的运动轨迹，A、B、C是轨迹上的三个点，A到中心虚线的距离大于C到中心虚线的距离，下列说法正确的是()A．粒子在三点受到的静电力方向相同B．粒子带负电C．粒子在三点的电势能大小关系为E p C>E p B>E p AD．粒子从A运动到B与从B运动到C，静电力做的功可能相等【解析】带电粒子在匀强电场中运动，受到的静电力方向相同，选项A正确；根据粒子的运动轨迹可得，粒子带负电，带负电的粒子在电势高的位置电势能小，所以E p C>E p B>E p A，选项B、C正确；A、B间的电势差与B、C间的电势差不相同，粒子从A运动到B与从B运动到C，静电力做的功也不等，选项D错误．【答案】ABC5.如图所示，在水平地面上竖直固定一绝缘弹簧，弹簧中心直线的正上方固定一个带电小球Q，现将与Q带同种电荷的小球P从直线上的N点由静止释放，在小球P与弹簧接触到速度变为零的过程中，下列说法中正确的是()A ．小球P 的电势能先减小后增加B ．小球P 与弹簧组成的系统机械能一定增加C ．小球动能的减少量等于电场力和重力做功的代数和D ．小球P 速度最大时所受弹簧弹力和电场力的合力为零【解析】 在小球P 与弹簧接触到速度变为零的过程中，电场力对小球P 一直做正功，小球P 的电势能一直减小，小球P 与弹簧组成的系统机械能一定增加，B 正确，A 错误；小球动能的减少量等于弹簧弹力、电场力和重力做功的代数和，C 错误；小球P 速度最大时所受重力、弹簧弹力和电场力的合力为零，D 错误．【答案】 B6．(2018·山东潍坊高三期末)如图所示，在匀强电场中有A 、B 、C 三点，三点构成直角三角形，∠A ＝37°，AB 边长为5 m ，D 为AB 中点，电场线与ABC 所在平面平行，A 、B 、C 三点的电势分别为14 V 、6 V 和6 V ，取sin 37°＝0.6，cos 37°＝0.8，则( )A ．U DC ＝4 VB ．U DC ＝10 V C ．E ＝2 V/mD ．E ＝1.6 V/m【解析】 将AB 二等分，因U AB ＝8 V ，则每等分两端的电势差为4 V ，U AD ＝4 V ，φD ＝10 V ，φB ＝6 V ，U DC ＝4 V ，A 对、B 错；φB ＝φC ＝6 V ，B 、C 两点位于同一等势面上，过D 点作DE ⊥AC 于E 点，则DE 也为一等势面，φE ＝10 V ，电场线即沿AC 方向，场强E ＝U AC AC＝2 V/m ，故C 对、D 错．【答案】 AC[创新导向练]7．生产科技——以电子束焊接为背景考查电场能的性质。
2024-2025学年高二物理上学期期中模拟卷（考试时间：75分钟，分值：100分）注意事项：1．答卷前，考生务必将自己的姓名、准考证号等填写在答题卡和试卷指定位置上。
2．回答选择题时，选出每小题答案后，用铅笔把答题卡上对应题目的答案标号涂黑。
如需改动，用橡皮擦干净后，再选涂其他答案标号。
回答非选择题时，将答案写在答题卡上。
写在本试卷上无效。
3．测试范围：第9~13章（人教版2019必修第三册）。
4．难度系数：0．7。
第Ⅰ卷（选择题）一、选择题：本题共12小题，每小题4分，共48分。
在每小题给出的四个选项中，第1~8题只有一项符合题目要求，第9~12题有多项符合题目要求。
全部选对的得4分，选对但不全的得2分，有选错的得0分。
1．如图为静电喷印原理的简图，在喷嘴和收集板之间施加高压电源后，电场分布如图中虚线所示．喷嘴处的液滴受到各方面力的共同作用形成泰勒锥，当电场力增大到某一值时，液滴从泰勒锥尖端射出形成带A．动能减小B．速度不变C．电势能减小D．加速度增大【答案】C【详解】ABC．由于液滴带负电，落到收集板的过程中，电场力做正功，动能增大，速度增大，电势能减小，故AB错误，C正确；D．由图可知从喷嘴到收集板，电场线逐渐稀疏，电场强度减小，根据牛顿第二定律可知==F qE ma加速度在减小，故D错误。
故选C。
2．A为已知电场中的一固定点，在A点放一电量为q的电荷，所受电场力为F，A点的场强为E，则A．若在A点换上电量为“q-”的电荷，A点的场强方向发生变化B．若在A点换上电量为“2q”的电荷，A点的场强将变为2EC．若在A点移去电荷“q”，A点的场强变为零D．A点场强的大小、方向与q的大小、正负、有无均无关【答案】D【详解】电场强度FE=q是通过比值定义法得出的，其大小及方向与试探电荷无关，放入任何电荷时电场强度的方向、大小均不变，故ABC错误，D正确。
故选D。
3．如图所示，平行板电容器与电动势为E′的直流电源（内阻不计）连接，下极板接地，静电计所带电荷量很少，可被忽略。
猜想03电场能的性质【题型01电势能的概念和相对性】.............................................................................................................1【题型02带电粒子在电场中的电势能】.....................................................................................................4【题型04φ-x 图像分析】............................................................................................................................11【题型05匀强电场中电势的计算】...........................................................................................................13【题型06多个点电荷周围的电势叠加】...................................................................................................22【题型07静电力做功与电势差的关系】...................................................................................................26【题型08计算带电粒子穿越不同等势面时电场力做功和能量变化】...................................................29【题型09计算匀强电场中两点的电势差】...............................................................................................33【题型10判断非匀强电场中等距两点电势差的大小】...........................................................................39【题型11电场线、等势面和运动轨迹的定性分析】. (43)【题型01电势能的概念和相对性】1．（23-24高二上·广东深圳·期中）如图所示，带箭头的实线表示某电场的电场线，虚线表示该电场的等势面。
高二下册物理期中必备知识点电场和带电粒子在电场中的运动物理二字出现在中文中，是取格物致理四字的简称，即考察事物的形态和变化，总结研究它们的规律的意思。
小编准备了高二下册物理期中必备知识点，希望你喜欢。
1.请回答库仑定律的内容、公式和适用条件分别是什么?答案 (1)内容：真空中两个静止的点电荷之间的相互作用力，与它们的电荷量的乘积成正比，跟它们的距离的二次方成反比，作用力的方向在它们的连线上.(2)公式：F=kq1q2/r2，式中的k=9.0109 Nm2/C2，叫静电力常量.(3)适用条件：①点电荷;②真空中.2.电场强度是描述电场力的性质的物理量，它有三个表达式：E=F/q，E=kQ/r2和E=U/d，这三个公式有何区别?如果空间某点存在多个电场，如何求该点的场强?电场的方向如何确定?答案 (1)区别①电场强度的定义式E=F/q，适用于任何电场，E由场源电荷和点的位置决定，与F、q无关.②真空中点电荷所形成的电场E=kQ/r2，其中Q为场源电荷，r为某点到场源电荷的距离.③匀强电场中场强和电势差的关系式E=U/d，其中d为两点沿电场方向的距离.(2)用叠加原理求该点的场强若空间的电场是由几个场源共同激发的，则空间中某点的电场强度等于每个场源单独存在时所激发的电场在该点的场强的矢量和叠加原理.(3)电场方向是正电荷的受力方向、负电荷受力的反方向、电场线的切线方向、电势降低最快的方向.3.电场线与等势面间的关系是怎样的?答案 (1)电场线上某点切线的方向为该点的场强方向，电场线的疏密表示场强的大小.(2)电场线互不相交，等势面也互不相交.(3)电场线和等势面在相交处互相垂直.(4)电场线的方向是电势降低的方向，而场强方向是电势降低最快的方向;(5)等差等势面密的地方电场线密，电场线密的地方等差等势面也密.4.比较电势高低的方法有哪些?答案 (1)顺着电场线方向，电势逐渐降低.(2)越靠近正场源电荷处电势越高;越靠近负场源电荷处电势越低.(3)根据电场力做功与电势能的变化比较①移动正电荷，电场力做正功，电势能减少，电势降低;电场力做负功，电势能增加，电势升高.②移动负电荷，电场力做正功，电势能减少，电势升高;电场力做负功，电势能增加，电势降低.5.比较电势能大小最常用的方法是什么?答案不管是正电荷还是负电荷，只要电场力对电荷做正功，该电荷的电势能就减少;只要电场力对电荷做负功，该电荷的电势能就增加.6.电场力做功有什么特点?如何求解电场力的功?答案 (1)电场力做功的特点电荷在电场中任意两点间移动时，它的电势能的变化量是确定的，因而移动电荷做功的值也是确定的，所以，电场力移动电荷所做的功，与电荷移动的路径无关，仅与初、末位置的电势差有关，这与重力做功十分相似.(2)电场力做功的计算及应用①W=Flcos ，常用于匀强电场，即F=qE恒定.②WAB=qUAB，适用于任何电场，q、UAB可带正负号运算，结果的正负可反映功的正负，也可带数值运算，但功的正负需结合移动电荷的正负以及A、B两点电势的高低另行判断.③功能关系：电场力做功的过程就是电势能和其他形式的能相互转化的过程，如图，且W=-E其他.高二下册物理期中必备知识点就为大家介绍到这里，希望对你有所帮助。
高二物理下册期中考试知识点-电场和带电粒子在电场中的运动高中物理是很多学生头疼的科目，这是因为物理知识点繁多，要想掌握必须下足功夫，为了帮助大家掌握这些知识点，下面为大家带来高二物理下册期中考试知识点-电场和带电粒子在电场中的运动，希望对大家学好物理知识有帮助。
1.请回答库仑定律的内容、公式和适用条件分别是什么?答案(1)内容：真空中两个静止的点电荷之间的相互作用力，与它们的电荷量的乘积成正比，跟它们的距离的二次方成反比，作用力的方向在它们的连线上.(2)公式：F=kq1q2/r2，式中的k=9.0109 Nm2/C2，叫静电力常量.(3)适用条件：①点电荷;②真空中.2.电场强度是描述电场力的性质的物理量，它有三个表达式：E=F/q，E=kQ/r2和E=U/d，这三个公式有何区别?如果空间某点存在多个电场，如何求该点的场强?电场的方向如何确定?答案(1)区别①电场强度的定义式E=F/q，适用于任何电场，E由场源电荷和点的位置决定，与F、q无关.②真空中点电荷所形成的电场E=kQ/r2，其中Q为场源电荷，r为某点到场源电荷的距离.③匀强电场中场强和电势差的关系式E=U/d，其中d为两点沿电场方向的距离.(2)用叠加原理求该点的场强若空间的电场是由几个场源共同激发的，则空间中某点的电场强度等于每个场源单独存在时所激发的电场在该点的场强的矢量和叠加原理.(3)电场方向是正电荷的受力方向、负电荷受力的反方向、电场线的切线方向、电势降低最快的方向.3.电场线与等势面间的关系是怎样的?答案(1)电场线上某点切线的方向为该点的场强方向，电场线的疏密表示场强的大小.(2)电场线互不相交，等势面也互不相交.(3)电场线和等势面在相交处互相垂直.(4)电场线的方向是电势降低的方向，而场强方向是电势降低最快的方向;(5)等差等势面密的地方电场线密，电场线密的地方等差等势面也密.4.比较电势高低的方法有哪些?答案(1)顺着电场线方向，电势逐渐降低.(2)越靠近正场源电荷处电势越高;越靠近负场源电荷处电势越低.(3)根据电场力做功与电势能的变化比较①移动正电荷，电场力做正功，电势能减少，电势降低;电场力做负功，电势能增加，电势升高.②移动负电荷，电场力做正功，电势能减少，电势升高;电场力做负功，电势能增加，电势降低.5.比较电势能大小最常用的方法是什么?答案不管是正电荷还是负电荷，只要电场力对电荷做正功，该电荷的电势能就减少;只要电场力对电荷做负功，该电荷的电势能就增加.6.电场力做功有什么特点?如何求解电场力的功?答案(1)电场力做功的特点电荷在电场中任意两点间移动时，它的电势能的变化量是确定的，因而移动电荷做功的值也是确定的，所以，电场力移动电荷所做的功，与电荷移动的路径无关，仅与初、末位置的电势差有关，这与重力做功十分相似.(2)电场力做功的计算及应用①W=Flcos ，常用于匀强电场，即F=qE恒定.②W AB=qUAB，适用于任何电场，q、UAB可带正负号运算，结果的正负可反映功的正负，也可带数值运算，但功的正负需结合移动电荷的正负以及A、B两点电势的高低另行判断.③功能关系：电场力做功的过程就是电势能和其他形式的能相互转化的过程，如图，且W=-E其他.以上就是小编为大家带来的高二物理下册期中考试知识点-电场和带电粒子在电场中的运动，希望我们能够好好掌握这些内容，从而在物理考试中取的好的成绩。
电场能的性质1.掌握电势、电势能、电势差的概念.2.理解电场力做功的特点，掌握电场力做功与电势能变化的关系.3.会分析电场中电势的变化，并能利用功能关系分析电荷电势能的变化．考点一辨析电场强度、电势、电势差、电势能1．电势高低的判断方法(1)沿电场线方向，电势越来越低．(2)判断出U AB的正负，再由U AB＝φA－φB，比较φA、φB的大小，若U AB>0，则φA>φB，若U AB<0，则φA<φB.2．电势能大小的比较方法做功判断法电场力做正功，电荷(无论是正电荷还是负电荷)从电势能较大的地方移向电势能较小的地方，反之，如果电荷克服电场力做功，那么电荷将从电势能较小的地方移向电势能较大的地方．[例题1]（2024•天津模拟）在O点处固定一个正点电荷，P点在O点右上方．从P点由静止释放一个带负电的小球，小球仅在重力和该点电荷电场力作用下在竖直面内运动，某一段轨迹如图所示。
M、N是轨迹上的两点，OP＞OM，OM＝ON，则小球（）A．在运动过程中，电势能先增加后减少B．在P点的电势能小于在N点的电势能C．在M点的动能小于在N点的动能D．从M点运动到N点的过程中，电场力始终不做功【解答】解：A.在运动过程中，电场力先做正功，后做负功，故电势能先减小后增加，故A错误；B.小球从P到M，电场力做正功，电势能减小，所以P点电势能大于M点的电势能，由于OM＝ON，则M、N两点电势相等，则小球在两点的电势能相等，所以P点的电势能大于在N点的电势能，故B错误；C.由M到N，电势能相等，重力做正功，动能增大，所以M点的动能小于N点的动能，故C正确；D.从M到N的过程中，电场力先做正功，后做负功，总功为0，故D错误。
故选：C。
[例题2]（2024•房山区一模）电子束焊接机的核心部件内存在如图所示的高压电场，K极为阴极，电子在静电力作用下由A点沿直线运动到B点。
下列说法正确的是（）A ．高压电场中A 、B 两点电势相等B ．高压电场中A 点电场强度大于B 点电场强度C ．电子的电势能逐渐减小D ．电子的加速度逐渐减小【解答】解：AC ．根据沿电场线方向电势逐渐降低，由图可知，从A 点到B 点，电势逐渐升高，电子在电势高的位置电势能较小，所以电子的电势能减小，故A 错误，C 正确；BD ．根据电场线越密电场强度越大，由图可知，高压电场中A 点电场强度小于B 点电场强度，根据牛顿第二定律可知，加速度逐渐增大，故BD 错误； 故选：C 。
带电粒子的运动轨迹类问题练习题（含答案）一般解题技巧：1、判断速度方向：可以根据物体运动轨迹上某一点的切线方向确定物体在该点的速度方向。
2、判断判断电场力(场强)方向：仅受电场力作用下的带电粒子，所受的电场力指向带电粒子运动轨迹的凹侧，再根据带电粒子所带电荷正负判断场强方向。
3、判断电场力做功的正负及电势能的增减：通过速度与力两线法，画出速度线与力线(初始位置)，根据他们的夹角分析。
①若运动方向与电场力方向成锐角，则电场力做正功，电势能减小。
②若电场力与速度方向成钝角，则电场力做负功，电势能增加。
同时还可以根据沿电场线方向电势逐渐降低;电势降低最快的方向为场强方向，电场线越密集，场强越大来确定所需要比较的物理量。
注意：电场线与轨迹问题在读题的时候需要注意三个突破口，一是电荷带电性，二是电场方向，三是运动方向。
若已知其中一个，便可以分析判断各待求量。
若三个量都不知，则需要在题目中使用假设法。
一、单选题1、如图所示，实线表示某电场的电场线（方向未标出），虚线是一带负电的粒子只在电场力作用下的运动轨迹，粒子在M 点和N 点时加速度大小分别为M a 、N a ，速度大小分别为M v 、N v ，下列判断正确的是()A.M N a a <，M Nv v < B.M N a a <，M N v v >C.M N a a >，M N v v < D.M N a a >，M Nv v >2、一个电子只在电场力作用下从a 点运动到b 点的轨迹如图中虚线所示，图中一组平行实线可能是电场线也可能是等势面，则以下说法正确的是()A.如果实线是等势面，a 点的场强比b 点的场强小B.如果实线是电场线，a 点的场强比b 点的场强小C.如果实线是电场线，电子在a 点的速率一定大于在b 点的速率D.如果实线是等势面，电子在a 点的速率一定大于在b 点的速率3、如图所示，虚线a b c 、、代表电场中的三条电场线，实线为一带负电的粒子仅在电场力作用下通过该区域时的运动轨迹，P R Q 、、是这条轨迹上的三点，由此可知()A.带电粒子在R 点时的速度大小大于在Q 点时的速度大小B.带电粒子在R 点时的速度大小等于在Q 点时的速度大小C.带电粒子在R 点时的动能与电势能之和比在Q 点时的小，比在P 点时的大D.带电粒子在R 点时的动能与电势能之和比在Q 点时的大，比在P 点时的小4、图中K L M 、、为静电场中的3条相距很近的等势线。
考点精讲一、电场强度1. 静电场（1）电场是存在于电荷周围的一种物质，静电荷产生的电场叫静电场。
（2）电荷间的相互作用是通过电场实现的。
电场的基本性质是对放入其中的电荷有力的作用。
2. 电场强度（1）物理意义：表示电场的强弱和方向。
（2）定义：电场中某一点的电荷受到的电场力F 跟它的电荷量q 的比值叫做该点的电场强度。
（3）定义式：E ＝qF 。
（4）标矢性：电场强度是矢量，正电荷在电场中某点受力的方向为该点电场强度的方向，电场强度的叠加遵从平行四边形定则。
二、电场线1. 定义：为了直观形象地描述电场中各点电场强度的大小及方向，在电场中画出一系列的曲线，使曲线上各点的切线方向表示该点的电场强度方向，曲线的疏密表示电场强度的大小。
2. 特点：（1）电场线从正电荷或无限远处出发，终止于负电荷或无限远处； （2）电场线在电场中不相交；（3）在同一电场里，电场线越密的地方场强越大； （4）电场线上某点的切线方向表示该点的场强方向； （5）沿电场线方向电势逐渐降低； （6）电场线和等势面在相交处互相垂直。
3. 几种典型电场的电场线（如图所示）。
4. 电场线与电荷运动的轨迹（1）电荷运动的轨迹与电场线一般不重合，若电荷只受电场力的作用，在以下条件均满足的情况下两者重合：①电场线是直线；②电荷由静止释放或有初速度，且初速度方向与电场线方向平行。
（2）由粒子运动轨迹判断粒子运动情况：①粒子受力方向指向曲线的内侧，且与电场线相切； ②由电场线的疏密判断加速度大小； ③由电场力做功的正负判断粒子动能的变化。
典例精析例题1 如图，一半径为R 的圆盘上均匀分布着电荷量为Q 的电荷，在垂直于圆盘且过圆心c 的轴线上有a 、b 、d 三个点，a 和b 、b 和c 、 c 和d 间的距离均为R ，在a 点处有一电荷量为q （q >0）的固定点电荷。
已知b 点处的场强为零，则d 点处场强的大小为（k 为静电力常量）（ ）A. k23R q B. k 2910R q C. k 2R qQ + D. k299R qQ + 【考点】电场强度的计算【思路分析】电荷q 产生的电场在b 处的场强E b ＝2Rkq，方向水平向右，由于b 点的合场强为零，故圆盘上的电荷产生的电场在b 处的场强E b ′＝E b ，方向水平向左，故Q ＞0.由于b 、d 关于圆盘对称，故Q 产生的电场在d 处的场强E d ′＝E b ′＝2R kq，方向水平向右，电荷q 产生的电场在d 处的场强E d ＝229)3(R kqR kq =，方向水平向右，所以d 处的合场强的大小E ＝E d ′＋E d ＝k2910R q。
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