微专题44 电场中图像问题
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电场中的常见图像问题A 对点训练——练熟基础知识题组一电场中粒子运动的vt图像1.一负电荷从电场中A点由静电释放,只受静电力作用,沿电场线运动到B点,它运动的v-t图像如图7所示,则A、B两点所在区域的电场线分布情况可能是下图中的( ).图7解析由v-t图知,负电荷加速度越来越大,故负电荷应向电场线密集处运动,故C正确.答案 C2.如图8甲所示,A、B是一条电场线上的两点,若在A点释放一初速为0的电子,电子仅受电场力作用,并沿电场线从A运动到B,其速度随时间变化的规律如图乙所示.设A、B两点的电场强度分别为E A、E B,电势分别为φA、φB,则( ).图8A.E A>E B B.E A<E BC.φA>φB D.φA<φB解析由图乙可知,电子做匀加速直线运动,故该电场为匀强电场,即E A=EB.电子受力方向与电场线的方向相反,故电场线的方向由B指向A,根据沿着电场线的方向是电势降低的方向,故φA<φB,选项D正确.答案 D3.一带正电的粒子仅在电场力作用下从A点经B、C点运动到D点,其vt 图像如图9所示,则下列说法中正确的是( ).图9A.A点的电场强度一定大于B点的电场强度B.粒子在A点的电势能一定大于在B点的电势能C.CD间各点电场强度和电势都为零D.AB两点间的电势差大于CB两点间的电势差解析由题图可知粒子在A点的加速度大于在B点的加速度,因a=qEm,所以E A>E B,A对;粒子从A点到B点动能增加,由动能定理知电场力做正功,电势能减小,B对;同理由动能定理可知A、C两点的电势相等,U AB=U CB,D 错;仅受电场力作用的粒子在CD间做匀速运动,所以CD间各点电场强度均为零,但电势是相对于零势点而言的,可以不为零,C错.答案AB4.如图10甲所示,两个点电荷Q1、Q2固定在x轴上距离为L的两点,其中Q1带正电位于原点O,a、b是它们连线延长线上的两点,其中b点与O点相距3L.现有一带正电的粒子q以一定的初速度沿x轴从a点开始经b点向远处运动(粒子只受电场力作用),设粒子经过a,b两点时的速度分别为v a、v b,其速度随坐标x变化的图像如图乙所示,则以下判断正确的是( ).图10A.Q2带负电且电荷量小于Q1B.b点的场强一定为零C.a点的电势比b点的电势高D.粒子在a点的电势能比b点的电势能小解析由v-t图像知,粒子从a点向b点运动时速度减小,电场力做负功,从b点再向右运动速度又变大,电场力做正功,说明b点左右两侧电场方向相反,b点处场强为0,B项正确;粒子从a点到b点电场力做负功,电势能增加,D项正确.根据点电荷场强公式和电场的叠加知识得Q2带负电且电荷量小于Q1,A项正确;根据粒子受力方向知b点左侧场强向左,故a点电势比b点低,C项错.答案ABD题组二电场中的Ex图像问题5.两带电荷量分别为q和-q的点电荷放在x轴上,相距为L,能正确反映两电荷连线上场强大小E与x关系的图是( ).解析越靠近两电荷的地方场强越大,两等量异种点电荷连线的中点处场强最小,但不是零,B、D错;两电荷的电荷量大小相等,场强大小关于中点对称分布,C错,应选A.答案 A6.两带电荷量分别为q1(q1>0)和q2的点电荷放在x轴上,相距为l,两电荷连线上电场强度E与x的关系如图11所示,则下列说法正确的是( ).图11A.q2>0且q1=q2B.q2<0且q1=|q2|C.q2>0且q1>q2D.q2<0且q1<|q2|解析由题图知,当x=l2时,E=0,则q1和q2必为同种电荷,且电荷量相等,故选项A正确.答案 A7.空间存在一沿x轴方向的静电场,电场强度E随x变化的关系如图12所示,图线关于坐标原点对称,A、B是x轴上关于原点对称的两点.下列说法正确的是( ).图12A.取无穷远处电势为零,则O点处电势为零B.电子在A、B两点的电势能相等C.电子在A、B两点的加速度方向相反D.电子从A点由静止释放后的运动轨迹可能是曲线解析由Ex图像特征可以假定图像是等量同种电荷连线上的电场强度的分布,取无穷远处电势为零,则O点处电势不为零,A错误;由于A、B是x 轴上关于原点对称的两点,A、B两处电势相等,所以电子在A、B两点的电势能相等,B正确;A、B两点电场强度大小相等,方向相反,根据牛顿第二定律可知,电子在A、B两点的加速度方向相反,C正确;电子从A点由静止释放后的运动轨迹是直线,做往复运动,D错误.答案BC题组三电场中的φ-x图像8.真空中有一半径为r0的带电金属球壳,通过其球心的一直线上各点的电势φ分布如图13所示,r表示该直线上某点到球心的距离,r1、r2分别是该直线上A、B两点离球心的距离.下列说法中正确的是( ).图13A.A点的电势低于B点的电势B.A点的电场强度小于B点的电场强度C.A点的电场强度大于B点的电场强度D.正电荷沿直线从A移到B的过程中,电场力做负功解析A点的电势高于B点的电势,选项A错误;A点的电场强度大于B点的电场强度,选项B错误、C正确;正电荷沿直线从A移到B的过程中,电场力做正功,选项D错误.答案 C9.(2014·资阳测试)有一静电场,其电势随x坐标的改变而改变,变化的图线如图14所示.若将一带负电的粒子(重力不计)从坐标原点O由静止释放,电场中P、Q两点的横坐标分别为1 mm、4 mm,则下列说法正确的是( ).图14A.粒子将沿x轴正方向一直向前运动B.粒子经过P点与Q点时,加速度大小相等、方向相反C.粒子经过P点与Q点时,动能相等D.粒子经过P点与Q点时,电场力做功的功率相等解析根据题中φ-x图像,画出电场强度E随x的变化图像及粒子的v-t 图像,如图所示,由图可知A错误;由牛顿第二定律知,粒子在P、Q两点时的加速度满足a P=2a Q,则B错误;由v-t图像知,粒子在P、Q两点时对应的时间分别是22t和(3-2)t0,其速度相等,则C正确;粒子在P、Q两点时的功率P=Eqv,因电场强度不相同,故功率不同,则D错误.答案 C10.空间某一静电场的电势φ在x轴上分布如图15所示,x轴上两点B、C的电场强度在x方向上的分量分别是E Bx、E Cx.下列说法正确的有( ).图15A.E Bx的大小大于E Cx的大小B.E Bx的方向沿x轴正方向C.电荷在O点受到的电场力在x方向上的分量最大D.负电荷沿x轴从B移到C的过程中,电场力先做正功,后做负功解析在φx图像中,图线斜率表示场强大小.结合题中图像特点可知EBx>E Cx,E Ox=0,故A项正确,C错误.根据电场中沿着电场线的方向电势逐渐降低可知E Bx沿x轴负方向,B项错误.负电荷在正x轴上受电场力沿x轴负方向,在负x轴上受电场力沿x轴正方向,故可判断负电荷从B移到C的过程中,电场力先做正功后做负功,D项正确.答案ADB 深化训练——提高能力技巧11.(2013·山东泰安质检,19)图16中甲是匀强电场,乙是孤立的正点电荷形成的电场,丙是等量异种点电荷形成的电场(a、b位于两点电荷连线上,且a 位于连线的中点),丁是等量正点电荷形成的电场(a、b位于两点电荷连线的中垂线,且a位于连线的中点).有一个正检验电荷仅在电场力作用下分别从电场中的a点由静止释放,动能E k随位移x变化的关系图像如图17中的①②③图线所示,其中图线①是直线.下列说法正确的是( ).图17图16A.甲对应的图线是①B.乙对应的图线是②C.丙对应的图线是②D.丁对应的图线是③解析正检验电荷仅在电场力作用下,由静止开始运动,其中甲、乙、丙中正检验电荷沿电场方向运动,丁中正检验电荷静止不动.电场力对正检验电荷做功改变其动能,有Eqx=E k,动能E k随x的变化率Ekx∝E,而电场强度E随x的变化情况是:甲中E为常数,乙图中E减小,丙图中E增大,所以A、C选项正确,B、D选项错误.答案AC12.(2013·哈尔滨二模)两个点电荷Q1、Q2固定于x轴上,将一带正电的试探电荷从足够远处沿x轴负方向移近Q2(位于坐标原点O)的过程中,试探电荷的电势能E p随位置变化的关系如图18所示,则下列判断正确的是( ).图18A.M点电势为零,N点场强为零B.M点场强为零,N点电势为零C.Q1带负电,Q2带正电,且Q2电荷量较小D.Q1带正电,Q2带负电,且Q2电荷量较小解析由E p-x图像可知,由无穷远到N的过程中,电势能减小,电场力做正功,试探电荷为正,N点右侧场强方向向左,同理MN间场强方向向右,所以E N=0,而E p M=φM q=0,所以φM=0,故A正确,B错误.根据场强分布可知Q1带负电,Q2带正电,且|Q2|<|Q1|,故C正确,D错误.答案AC。
电场中的图像问题应用图像处理物理问题可达到化难为易、化繁为简的目的,也有利于培养学生数形结合、形象思维、灵活处理物理问题的能力。
在高考中“静电场”部分常常涉及vt图像、Et图像、Ex图像、φx图像及E px图像等问题,主要考查学生的受力分析、运动过程分析,临界条件分析等一系列基本能力,所以这部分是高考命题的热点,在复习该部分内容时要足够重视。
题型一、静电场中的v t图像题型简述:该类问题一般有两种情况:一是根据带电粒子的v t图像分析有关问题,二是根据有关情景判定带电粒子的v t图像。
方法突破:已知v t图像问题的求解思路是: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分析电场力、电场强度、比荷等有关物理的特点,再结合粒子实际运动情况可以判断电场力做功情况、电势能的变化情况等问题。
对于第二种情况的分析思路可以逆向沿第一种情况的思路进行。
[例1](2014·海南高考)如图(a),直线MN表示某电场中一条电场线,a、b是线上的两点,将一带负电荷的粒子从a点处由静止释放,粒子从a运动到b过程中的vt图线如图(b)所示。
设a、b两点的电势分别为φa、φb,电场强度大小分别为E a、E b,粒子在a、b两点的电势能分别为W a、W b,不计重力,则有()A.φa>φb B.E a>E bC.E a<E b D.W a>W b举一反三.(2017·宜宾模拟)在如图所示的电场中,一负电荷从电场中A点由静止释放,只受电场力作用,沿电场线运动到B点,则它运动的v t图像可能是选项图中的()题型二、静电场中的E t图像题型简述:Et图像反映了某一空间的场强E随时间t的变化情况,结合图像可进一步分析电场中带电粒子的受力情况,运动情况及有关问题。
电场中的图像问题电场中的图像问题强化训练15研究目标:掌握E-X图、φ-X图、V-t图、V-X图的特点,理解其斜率、截距、面积对应物理意义。
参见高频考点P50.一、电场中的E-X图象1.两个等量正点电荷位于x轴上,关于原点O对称。
如图甲所示,一条电场线与Ox轴重合,取O点电势为零,Ox方向上各点的电势φ随x呈对称分布。
下列能正确描述电场强度E随变化的情况如图乙所示,若在O点由静止释位置x变化规律的图是()。
A。
E_Bx的大小大于E_Cx的大小B。
E_Bx的方向沿x轴正方向C。
电荷在O点受到的电场力在x方向上的分量最大D。
负电荷沿x轴从B移到C的过程中,电场场力先做正功,后做负功2.空间有一沿x轴对称分布的电场,其电场强度E随x变化的图象如图所示。
下列说法正确的是()。
A。
E随x单调递增B。
E随x单调递减C。
E在x=0处取最大值D。
E在x=0处取最小值二、电场中的φ-X图象4.空间某一静电场的电势φ在x轴上分布如图所示,x轴上两点B、C点电场强度在x方向上的分量分别是E_Bx、E_Cx,下列说法中正确的是()。
A。
φ_B>φ_CB。
φ_B<φ_CC。
φ_B=φ_CD。
无法确定φ_B和φ_C的大小关系三、电场中的V-t图象7.如图(1)是某一点电荷形成的电场中的一条电场线,A、B是电场线上的两点,一负电荷q仅在电场力作用下以初速度v从A运动到B过程中的速度图线如图(2)所示,则以下说法中正确的是()。
A。
A、B两点的电场强度是E_A<E_BB。
A、B两点的电势是φ_A>φ_BC。
负电荷q在A、B两点的电势能大小是ε_A>ε_BD。
此电场一定是负电荷形成的电场8.图甲所示有向线段表示电场中的一根电场线,质量为m、电荷量为-q的带电粒子仅在电场力作用下沿电场线向右运动,经过A点时速度为v,一段时间后到达与A相距为d的B点,速度减为0,粒子运动的V-t图象如图乙所示,下列判断正确的是()。
电场中的图像问题一、几种常见的图像及性质特点1、v t图象根据v t图象中速度变化、斜率确定电荷所受合力的方向与合力大小变化,确定电场的方向、电势高低及电势能变化2、φ-x图像(1)电场强度的大小等于φ-x图线的斜率的绝对值,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W AB=qU AB,进而分析W AB的正负,然后作出判断。
3、Ep-x图像(1)根据电势能的变化可以判断电场力做功的正负,电势能减少,电场力做正功:电势能增加,电场力做负功。
(2)根据ΔE p=-W=-Fx,图像E p-x斜率的绝对值表示电场力的大小。
4、E-x图像(1)E-x图像反映了电场强度随位移变化的规律,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)在给定了电场的E-x图像后,可以由图线确定电场强度的变化情况,电势的变化情况,E-x 图线与x轴所围图形“面积”表示电势差,两点的电势高低根据电场方向判定。
在与粒子运动相结合的题目中,可进一步确定粒子的电性、动能变化、电势能变化等情况。
(3)在这类题目中,还可以由E-x图像画出对应的电场,利用这种已知电场的电场线分布、等势面分布或场源电荷来处理相关问题。
二、针对练习1、(多选)如图甲所示,有一绝缘圆环,圆环上均匀分布着正电荷,圆环平面与竖直平面重合.一光滑细杆沿垂直圆环平面的轴线穿过圆环,细杆上套有一个质量为m=10 g的带正电的小球,小球所带电荷量q=5.0×10-4 C.小球从C点由静止释放,其沿细杆由C经B向A运动的v-t图像如图乙所示.小球运动到B点时,速度图像的切线斜率最大(图中标出了该切线).则下列说法正确的是()A.由C到A的过程中,小球的电势能先减小后变大B.由C到A电势逐渐降低C.C、B两点间的电势差U CB=0.9 VD.在O点右侧杆上,B点场强最大,场强大小为E=1.2 V/m2、如图甲所示,在真空中,两个带电荷量均为q=1×10-3 C 的负点电荷P、Q固定于光滑绝缘水平面上,将该平面上一质量m=10 g、电荷量为1×10-3C的带正电小球(视为质点)从a点由静止释放,小球沿两电荷连线的中垂线运动到两电荷连线的中点O,其从a点运动到O点的v-t图像如图乙中实线所示,其经过b点时对应的图线切线斜率最大,如图中虚线所示,则下列分析正确的是()A.在两电荷的连线上,O点的电场强度最小,电势最低B.b点的电场强度大小为10 V/mC.a、b两点间的电势差为45 VD.在从a点运动到O点的过程中,小球受到电荷P的作用力先增大后减小3、如图所示,a、b为等量同种点电荷Q1、Q2连线的三等分点,重力不计的带电粒子从a 点由静止释放,沿ab方向运动。
电场中三类典型图象问题近几年,高考中以电场中的图象切入命题的试题逐渐增多,如:E -x 图象、φ-x 图象,或与粒子运动规律有关的图象,如:v -t 图象,掌握各个图象的特点,理解其斜率、截距、“面积”对应的物理意义,就能顺利解决有关问题,此类问题一般以选择题的形式出现,难度中等.类型一 电场中粒子运动的v -t 图象根据v -t 图象的速度变化、斜率变化(即加速度大小的变化),确定电荷所受电场力的方向与电场力的大小变化情况,进而确定电场强度的方向、电势的高低及电势能的变化.[典例1] (多选)(2017·辽宁沈阳教学质量检测)如图甲所示,有一绝缘圆环,圆环上均匀分布着正电荷,圆环平面与竖直平面重合.一光滑细杆沿垂直圆环平面的轴线穿过圆环,细杆上套有一个质量为m =10 g 的带正电的小球,小球所带电荷量q =5.0×10-4 C .小球从C 点由静止释放,其沿细杆由C 经B 向A 运动的v -t 图象如图乙所示.小球运动到B 点时,v -t 图象的切线的斜率最大(图中标出了该切线).则下列说法正确的是( )A .在O 点右侧杆上,B 点场强最大,场强大小为E =1.2 V/m B .由C 到A 的过程中,小球的电势能先减小后增大 C .由C 到A 电势逐渐降低D .C 、B 两点间的电势差U CB =0.9 V [解析] 由图乙可知,在B 点带电小球的加速度最大,则B 点的场强最大,Eq m =Δv Δt =0.35m/s 2,解得E =1.2 V/m ,A 正确;细杆上电场强度的方向沿杆从C 指向A ,所以带正电小球从C 到A 的过程中,电场力做正功,电势能减小,B 错误;由C 到A 电势逐渐降低,C 正确;带正电小球由C 到B 的过程中,由动能定理得U CB q =12m v B 2-0,解得U CB =0.9 V ,D 正确.[答案] ACD1.(多选)(2016·江西师大附中、临川一中联考)如图所示,Q 1、Q 2为两个被固定在坐标轴x 上的点电荷,其中Q 1带负电,在O 点,Q 1、Q 2相距为L ,a 、b 两点在它们连线的延长线上,其中b 点与O 相距3L .现有一带电的粒子以一定的初速度沿直线从a 点开始经b 点向远处运动(粒子只受电场力作用),粒子经过a 、b 两点时的速度分别为v a 、v b ,其v -x 图象如图所示,以下说法中正确的是( )A .Q 2一定带正电B .Q 1电荷量与Q 2电荷量之比为|Q 1||Q 2|=49C .b 点的电场强度一定为零,电势最高D .整个运动过程中,粒子的电势能先增大后减小解析:粒子在到达b 点之前做减速运动,在b 点之后做加速运动,可见在b 点的加速度为零,则在b 点受到两点电荷的电场力平衡,可知Q 2带正电,有k Q 1q (3L )2=k Q 2q (2L )2,所以|Q 1||Q 2|=94,故A正确,B错误.该粒子从a点先做减速运动,知该粒子带负电荷,在整个过程中,电场力先做负功后做正功,所以电势能先增大后减小,移动的是负电荷,所以电势先减小后增大,所以b点电势不是最高,故C错误,D正确.答案:AD类型二电场中的E-x图象1.几种常见的E-x图象(1)点电荷的E-x图象正点电荷及负点电荷的电场强度E随坐标x变化关系的图象大致如图所示.(2)两个等量异种点电荷的E-x图象①两电荷连线上的E-x图象如图甲所示.②两电荷连线的中垂线上的E-y图象如图乙所示.(3)两个等量同种点电荷的E-x图象①两电荷连线上的E-x图象如图甲所示.②两电荷连线的中垂线上的E-y图象如图乙所示.2.E-x图象特点(1)反映了电场强度随位移变化的规律.(2)E>0表示场强沿x轴正方向;E<0表示场强沿x轴负方向.(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,两点的电势高低根据电场方向判定.[典例2](2017·山西晋城期末)空间有一沿x轴对称分布的电场,其电场强度E随x变化的图象如图所示,下列说法正确的是()A.O点的电势最低B.x1和x3两点的电势相等C.x2和-x2两点的电势相等D.x2的电势最高[解析]沿电场线方向电势逐渐降低,从O点向右电势逐渐降低,从O点向左电势逐渐降低,所以O点电势最高,A、D错误;在O点右侧,电场强度的方向向右,沿此方向电势逐渐降低,所以x1的电势高于x3点的电势,B错误;从O点向两侧电势逐渐降低,而x2和-x2关于原点O对称,所以两点的电势相等,C正确.[答案] C2.(多选)(2016·肇庆三模)x轴上O点右侧各点的电场方向与x轴方向一致,O点左侧各点的电场方向与x轴方向相反,若规定向右的方向为正方向,x轴上各点的电场强度E随x变化的图象如图所示,该图象关于O点对称,x1和-x1为x轴上的两点.下列说法正确的是()A.O点的电势最低B.x1和-x1两点的电势相等C.电子在x1处的电势能大于在-x1处的电势能D.电子从x1处由静止释放后,若向O点运动,则到达O点时速度最大解析:作出电场线,根据顺着电场线电势降低,则O点电势最高,故A错误;从图线看出,电场强度关于原点O对称,则x轴上关于O点对称位置的电势相等,电子在x1和-x1两点处的电势能相等,故B正确,C错误;电子从x1处由静止释放后,若向O点运动,到达O点时电场力做功最多,故动能最大,速度最大,故D正确.答案:BD类型三电场中的φ-x图象1.几种常见的φ-x图象(1)点电荷的φ-x图象(取无限远处电势为零)①正点电荷的φ-x图象如图甲所示;②负点电荷的φ-x图象如图乙所示.(2)两个等量异种电荷连线上的φ-x图象,如图所示.(3)两个等量同种电荷的φ-x图象①两正电荷连线上的φ-x图象如图甲所示.②两正电荷连线的中垂线上的φ-y图象如图乙所示.2.φ-x图象特点及应用(1)电场强度的大小等于φ-x图线的斜率大小,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图象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 图象中分析电荷移动时电势能的变化,可用W AB =qU AB ,进而分析W AB 的正负,然后作出判断.[典例3] (多选)(2017·山西康杰中学等四校第二次联考)在光滑的绝缘水平面内有一沿x 轴的静电场,其电势φ随坐标x 的变化而变化,变化的图线如图所示(图中φ0已知).有一质量为m 、带电荷量为q 的带负电小球(可视为质点)从O 点以某一未知速度v 0沿x 轴正向移动到点x 4.则下列叙述正确的是( )A .带电小球从O 运动到x 1的过程中,所受电场力逐渐增大B .带电小球从x 1运动到x 3的过程中,电势能一直增大C .若小球的初速度v 0=2φ0q m ,则运动过程中的最大速度为 6φ0q mD .要使小球能运动到x 4处,则初速度v 0至少为2φ0q m [解析] φ-x 图象的斜率表示电场强度E =ΔφΔx,所以带电小球从O 运动到x 1的过程中,所受电场力不变,A 错误;由W =Uq 可知,带电小球从x 1运动到x 3的过程中,电场力做负功,电势能增加,B 正确;从O 点以某一未知速度v 0沿x 轴正向移动到点x 4,电场力先做正功后做负功,在x 1时,动能最大,对0~x 1过程应用动能定理,有φ0q =12m v 2-12m v 02,解得v =6φ0q m,C 正确;当小球到达x 4处速度为零时,初速度v 0最小,对全过程应用动能定理得-φ02q =0-12m v 02,解得v 0=φ0q m,D 错误. [答案] BC3.(2017·江西红色七校第一次联考)真空中有一半径为r 0的带电金属球壳,通过其球心的一直线上各点的电势φ分布如图所示,r 表示该直线上某点到球心的距离,r 1、r 2分别是该直线上A 、B 两点离球心的距离,下列说法中正确的是( )A .A 点的电势低于B 点的电势B .A 点的电场强度方向由A 指向BC .A 点的电场强度小于B 点的电场强度D .正电荷沿直线从A 移到B 的过程中,电场力做负功解析:r 1、r 2分别是该直线上A 、B 两点离球心的距离,所以A 点的电势高于B 点的电势,故A 错误;从A 到B 电势降低,所以A 点的电场强度方向由A 指向B ,故B 正确;根据场强公式E =kQ r2得A 点的电场强度大于B 点的电场强度,故C 错误;正电荷沿直线从A 移到B 的过程中,电场力方向由A 指向B ,所以电场力做正功,故D 错误.答案:B。
微专题44 电场中图像问题
【核心考点提示】
1.v-t图象:根据v-t图象的速度变化、斜率变化(即加速度大小的变化),确定电荷所受电场力的方向与电场力的大小变化情况,进而确定电场强度的方向、电势的高低及电势能的变化.
2.φ-x图象:(1)电场强度的大小等于φ-x图线的斜率大小,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图象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图象中分析电荷移动时电势能的变化,可用W AB=qU AB,进而分析W AB的正负,然后作出判断.
3.E-x图象:(1)反映了电场强度随位移变化的规律.(2)E>0表示场强沿x轴正方向;E <0表示场强沿x轴负方向.(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,两点的电势高低根据电场方向判定.
【微专题训练】
(2014·海南·9)(多选)如图8甲,直线MN表示某电场中一条电场线,a、b是线上的两点,将一带负电荷的粒子从a点处由静止释放,粒子从a运动到b过程中的v-t图象如图乙所示,设a、b两点的电势分别为φa、φb,场强大小分别为E a、E b,粒子在a、b两点的电势能分别为W a、W b,不计重力,则有()
A.φa>φb B.E a>E b
C.E a<E b D.W a>W b
【答案】BD
【解析】电场线为直线,带负电的粒子仅在电场力的作用下由静止释放,那么一定沿着电场力的方向运动,故电场强度的方向向左,b点的电势高,选项A错误;由v-t图象的斜率表示粒子运动的加速度可知粒子运动的加速度越来越小,故b点的场强小,E a>E b,选项B 正确,C错误;电场力做正功,电势能减小,选项D正确.
空间有一沿x轴对称分布的电场,其电场强度E随x变化的图象如图3所示,下列说法正确的是()
A.O点的电势最低B.x1和x3两点的电势相等
C.x2和-x2两点的电势相等D.x2的电势最高
【解析】在坐标原点O右侧,沿x轴正方向,电场强度先变大后变小,电势一直降低,故O点电势不是最低;x1和x3两点的电势不相等,故A、B错误;电场关于坐标原点O对称分布,则x2和-x2两点的电势相等,C正确
【答案】C
(多选)如图所示,带正电的点电荷被固定于A点,以O点为坐标原点,AO方向为x轴正方向建立如图所示的一维坐标系,现将一个电荷量很小的带正电的点电荷q从O点由静止释放,在点电荷运动的过程中,下列关于点电荷q的动能E k、电势能E p随坐标x变化的图象中(假设O点电势为零,不计q的重力),可能正确的是()
【解析】根据点电荷周围电场强度分布特点,点电荷q受到沿x轴正方向的电场力作用,点电荷q做加速度减小的加速运动,动能增大,但动能增大得越来越慢,A错误,B正确;由于电场力做正功,电势能减小,因加速度越来越小,相等距离内电场力做功越来越少,则电势能改变得也越来越慢,C错误,D正确.
【答案】BD
(多选)两电荷量分别为q1和q2的点电荷放在x轴上的O、M两点,两电荷连线上各点电势随x变化的关系如图5所示,其中A、N两点的电势均为零,ND段中的C点电势最高,不计重力,则()
A.A、N点的电场强度大小为零
B.将一正点电荷静放在x轴负半轴,它将一直做加速运动
C.N、C间场强方向沿x轴正方向
D.将一负点电荷从N点移动到D点,电场力先做正功后做负功
【解析】φ-x图象的斜率表示电场强度E,题中图线在A、N两点处的斜率都不等于0,则知A、N两点的场强均不为零,选项A错误;根据题中图象,结合矢量的叠加可知,x轴负半轴的电场强度方向指向x轴的负方向,所以若将一正点电荷放在x轴负半轴,则电场力指向x轴负方向,因此电场力与速度方向相同,导致一直做加速运动,选项B正确;由题图可知,从N到C电势升高,根据顺着电场线方向电势降低可知,N、C间电场强度方向沿x 轴负方向,选项C错误;N→D段中,电势先升高后降低,所以场强方向先沿x轴负方向,后沿x轴正方向,将一负点电荷从N点移到D点,电场力先做正功后做负功,选项D正确.【答案】BD
(2014·上海·19)(多选)静电场在x轴上的场强E随x的变化关系如图9所示,x轴正向为场强正方向,带正电的点电荷沿x轴运动,则点电荷()
A.在x2和x4处电势能相等
B.由x1运动到x3的过程中电势能增大
C.由x1运动到x4的过程中电场力先增大后减小
D.由x1运动到x4的过程中电场力先减小后增大
【解析】由题图可知,将正电荷沿x轴正向移动,从x2移动到x4的过程电场力做功不为零,两点处的电势能不相等,选项A错误;从x1运动到x3的过程电场力沿x轴负方向,电场力做负功,电势能增大,选项B正确;从x1运动到x4的过程场强先增大后减小,所以电场力先增大后减小,选项C正确,D错误.
【答案】BC
(多选)如图甲所示,有一绝缘圆环,圆环上均匀分布着正电荷,圆环平面与竖直平面重合.一光滑细杆沿垂直圆环平面的轴线穿过圆环,细杆上套有一个质量为m=10 g的带正电的小球,小球所带电荷量q=5.0×10-4 C.小球从C点由静止释放,其沿细杆由C经B向A运动的v -t图象如图乙所示.小球运动到B点时,速度图象的切线斜率最大(图中标出了该切线).则下列说法正确的是()
A.在O点右侧杆上,B点场强最大,场强大小为E=1.2 V/m
B.由C到A的过程中,小球的电势能先减小后增大
C.由C到A电势逐渐降低
D .C 、B 两点间的电势差U CB =0.9 V
【解析】由题图乙可知,小球在B 点的加速度最大,故受力最大,加速度由电场力提供,故B 点的电场强度最大,a =Δv Δt =Eq m
,解得E =1.2 V/m ,选项A 正确;从C 到A ,电场力一直做正功,故电势能一直减小,选项B 错误,C 正确;由C 到B ,电场力做功为W =12
mv 2B -0,C 、B 间电势差为U CB =W q
=0.9 V ,选项D 正确. 【答案】ACD
(2014·安徽·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11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,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
两电荷量分别为q 1和q 2的点电荷固定在x 轴上的O 、M 两点,两电荷连线上各点电势φ随x 变化的关系如图所示,其中C 为ND 段电势最低的点,则下列说法正确的是( )
A .q 1、q 2为等量异种电荷
B .N 、
C 两点间场强方向沿x 轴负方向
C .N 、
D 两点间的电场强度大小沿x 轴正方向先减小后增大
D .将一正点电荷从N 点移到D 点,电势能先增大后减小
【解析】根据q 1左侧和q 2右侧电势随距离增大而降低可判断两者均为正电荷,A 错.N 、C 间的电场方向沿x 轴正方向,C 点场强为0,B 错.根据ND 段图线的斜率大小先减小后增大可知,场强先减小到零后反向增大,C 正确;正电荷从N 移到D ,由E p =qφ知,电势能先减小后增大,D 错.
【答案】C
(2015·鲁南六校联考)如图所示,无限大均匀带正电薄板竖直放置,其周围空间的电场可认为是匀强电场。
光滑绝缘细管垂直于板穿过中间小孔,一个视为质点的带负电小球在细管内运动(细管绝缘且光滑)。
以小孔为原点建立x 轴,规定x 轴正方向为加速度a 、速度v 的正方向,如图分别表示x 轴上各点的电势φ,小球的加速度a 、速度v 和动能E k 随x 的变化图象,其中正确的是( )
【解析】在匀强电场中,沿电场线方向,电势均匀降低,A 项正确;带负电小球受电场力与
场强方向相反,在匀强电场中受电场力不变,故加速度不变,所以在x <0区域内加速度方向为正方向,在x >0区域内加速度为负方向,B 项正确;小球在原点的初速度为v 0,经过任意一段位移x 后的速度为v ,由匀变速直线运动规律可知,v 2-v 20=2ax ,
所以v -x 图象不是直线,C 项错;由动能定理有:Eqx =E k -12mv 20
,故E k -x 图象应为一次函数图象,D 项错。
【答案】AB
(2016·河北保定高三期末)一带负电的粒子只在电场力作用下沿x 轴正方向运动,其电势能E p 随位移x 的变化关系如图所示,则下列说法正确的是( )
A .粒子从x 1处运动到x 2处的过程中电场力做正功
B .x 1、x 2处电场强度方向沿x 轴正方向
C .x 1处的电场强度大小大于x 2处的电场强度大小
D .x 1处的电势比x 2处的电势低
【解析】由于粒子从x 1运动到x 2,电势能减小,因此电场力做正功,粒子所受电场力的方向沿x 轴正方向,电场强度方向沿x 轴负方向,选项A 正确,B 错误;由ΔE p =qE Δx ,即
qE =ΔE p Δx
,由于x 1处的图线斜率的绝对值小于x 2处图线斜率的绝对值,因此x 1处的电场强度大小小于x 2处的电场强度大小,选项C 错误;沿着电场线方向电势降低,故x 1处的电势比x 2处的电势低,选项D 正确。
【答案】AD。