静电场中电场强度与距离关系图象(学生版).docx
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专题九 静电场中的图像问题考点一 φ-x 图像1.电场强度的大小等于φ-x 图线的切线斜率的绝对值。
如果图线是曲线,电场为非匀强电场;如果图线是倾斜的直线,电场为匀强电场(如图1)。
切线的斜率为零时沿x 轴方向电场强度为零(如图2)。
图1图22.在φ-x 图像中可以直接判断各点电势的高低,并可根据电势大小关系确定电场强度的方向,进而可以判断电荷在电场中的受力方向(如图2)。
(2021·山东等级考)如图甲所示,边长为a 的正方形,四个顶点上分别固定一个电荷量为+q 的点电荷;在0≤x <22a 区间,x 轴上电势φ的变化曲线如图乙所示。
现将一电荷量为-Q 的点电荷P 置于正方形的中心O 点,此时每个点电荷所受库仑力的合力均为零。
若将P 沿x 轴向右略微移动后,由静止释放,以下判断正确的是( ) A .Q =2+12q ,释放后P 将向右运动 B .Q =2+12q ,释放后P 将向左运动 C .Q =22+14q ,释放后P 将向右运动D .Q =22+14q ,释放后P 将向左运动C对y 轴正向的点电荷,由平衡知识可得222q k a +22(2)q k a =222Qq k a ⎛⎫⎪ ⎪⎝⎭,解得Q =2214q +,因在0≤x <22a 区间内沿x 轴正向电势升高,则场强方向沿x 轴负向,则将P 沿x 轴正向向右略微移动后释放,P 受到向右的电场力而向右运动。
故选C 。
(多选)(2023·山西长治市模拟)在x轴上有两个点电荷q1、q2,其静电场的电势φ在x轴上分布如图所示,规定无穷远处电势为零。
下列说法正确的有()A.q1和q2带有同种电荷B.x1处的电场强度为零C.负电荷从x1移到x2,受到的电场力减小D.负电荷从x1移到x2,电场力做正功CD无穷远处电势为零,电势为正的地方,存在正电荷,电势为负的地方,存在负电荷,所以q1和q2带有异种电荷,选项A错误;电场强度的大小等于图中曲线斜率的绝对值,x1处的斜率不为零,故电场强度不为零,选项B错误;负电荷从x1移到x2,曲线斜率减小,即电场强度减小,所以受到的电场力减小,选项C正确;负电荷从x1移到x2,电势增大,电势能减小,电场力做正功,选项D正确。
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。
高考题千变万化,但万变不离其宗。
千变万化的新颖高考题都可以看作是由母题衍生而来。
研究高考母题,掌握母题解法规律,使学生触类旁通,举一反三,可使学生从题海中跳出来,轻松备考,事半功倍。
电场强度E随空间变化关系图象【解法归纳】所谓E-x图象是指空间中电场强度E随坐标x变化关系的图象。
匀强电场中的E-x图象是平行于x轴的直线;处于x=0处点电荷的E-x 图象是有最大迅速减小的曲线;关于x=0对称分布的两个等量异号点电荷的E-x图象是关于E轴(纵轴)对称的U型图线;关于x=0对称分布的两个等量同号点电荷的E-x图象是关于坐标原点对称的曲线。
在E-x 图象上取一微元,由U=Ed可知电场强度E随x变化的一小段图象与x 轴所夹的面积表示对应的两点之间的电势差,据此比较两点之间电势的高低。
【针对训练题精选解析】1. .(2012年2月宁波八校联考)真空中相距为3a的两个点电荷M、N,分别固定于x轴上x1=0 和x2=3a的两点上,在它们连线上各点场强随x变化关系如图所示,以下判断中正确的是图7第9题图C.点电荷M、N所带电荷量的绝对值之比为4∶1D.x=2a处的电势一定为零3.(2012年5月陕西宝鸡三模)在坐标系的x轴上关于O点对称的位置放置两个等量同种电荷,x轴上电场的场强E随x变化的关系如图所示,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.下列说法中正确的是A.电子在A、B两点的电势能相等B.电子在A、B两点的加速度大小相等方向相反C.若取无限远处电势为零,则O点处电势小于零D.电子从A点由静止释放后的运动轨迹可能是曲线4.有一静电场,其电场强度方向平行于x轴。
其电势φ随坐标x的改变而变化,变化的图象如图所示,设场强沿x轴正方向时取正值,则图乙中正确表示该静电场的场强E随x变化的图线是母题8、电势随空间分布图象所谓φ-x图象是指静电场中电势φ随x变化情况图象。
φ-x图象斜率大小表示电场强度沿x轴方向分量的大小。
2023届高三物理一轮复习多维度导学与分层专练专题45 电场中的φ-x、Ep-x、E-x三类图像导练目标导练内容目标1φ-x图像目标2Ep-x图像目标3E-x图像一、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。
【例1】沿电场线所在直线建立如图所示Ox轴,x轴上各点电势 随x的变化规律如图所示,坐标点O、x1、x2和x3分别与x轴上O、A、B、C四点相对应,O点电势为零。
带电量为-e 的电子从O点由静止释放,仅受电场力作用,下列说法正确的是()A .在0~3x 区间内,电场方向始终指向x 轴正方向B .电子到达B 点时动能为02e ϕC .电子从A 运动到C ,加速度先增大后减小D .若在B 点给电子一个沿x 轴方向的初速度,电子一定会在AC 间做往复运动【答案】B【详解】A .沿电场线方向电势降低,在0~3x 区间内,电势先升高、再降低、再升高,则电场线方向没有始终指向x 轴正方向,故A 错误;B .根据动能定理0k 02B e E ϕ⎛⎫--= ⎪⎝⎭电子到达B 点时动能为0k 2B e E ϕ=故B 正确;C .电势ϕ随x 图像的斜率大小等于电场强度,电子加速度大小为eEa m =由图像可知,A 、C间斜率先变小后变大,则加速度先变小后变大,故C 错误;D .若在B 点电子的初速度为沿+x 轴方向,BC 间电势升高,电场线方向由C 指向B ,电场力由B 指向C ,电子做加速运动;若在B 点电子的初速度为沿-x 轴方向,同理,电子也做加速运动。
故电子不会再AC 间做往复运动,故D 错误。
故选B 。
二、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。
专题强化课(十) 相互关联的静电场中的四类图像1.v -t图像:根据电荷在电场中运动的v -t图像的速度变化、斜率变化(即加速度变化),确定电荷所受静电力的方向与静电力的大小变化情况,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图像:(1)电场强度可用φ-x图线的斜率表示,斜率的绝对值表示电场强度的大小,斜率的正负表示电场强度的方向。
(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分析电荷移动时电势能的变化。
3.E-x图像:(1)反映了电场强度随位移变化的规律。
(2)E>0表示场强沿正方向;E<0表示场强沿负方向。
(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,“面积”的正负表示始末两点电势的高低。
4.E p-x图像:(1)由E p-x图像可以判断某一位置电势能的大小,进而确定电势能的变化情况,根据电势能的变化可以判断静电力做功情况,结合带电粒子的运动可以确定静电力的方向。
(2)E p-x图像的斜率k=E p2-E p1x2-x1=ΔE pΔx=-W静电Δx=-F静电,即图像的斜率绝对值和正负分别表示静电力的大小和方向。
角度1v-t图像【典例1】(多选) (2022·银川模拟)如图甲,直线AB为电场中一条电场线,一带负电粒子仅在电场力的作用下从A点由静止开始沿电场线运动,t1时刻到达B点。
其运动速度v随时间t的变化关系如图乙所示,则下列说法正确的是()A.该电场为匀强电场B.电场线上A点的电势低于B点的电势C.粒子从A点开始运动到B点过程中电势能减少了12m v12D.粒子在A点受到的电场力小于在B点受到的电场力【解析】选B、C、D。
根据速度—时间图像,图像的倾斜程度逐渐变大,加速度逐渐变大,因为粒子只受电场力,所以电场力逐渐变大,再根据F=qE,可知场强逐渐变大,故A错误,D正确;在运动过程中,粒子速度不断增大,粒子受电场力方向向右,因为粒子带负电,所以电场方向向左,电场中A点的电势低于B点的电势,故B 正确;根据速度—时间图像,粒子从O点开始运动到t1时刻过程中速度一直在增大,根据动能定理W=12m v12,电场力做正功,电势能减小了12m v12,故C正确。
《静电场电场强度和电场线》场强分布图在我们生活的这个世界中,存在着各种各样看不见摸不着的“场”,其中静电场就是一种非常重要的物理现象。
而要深入理解静电场,就不得不提到电场强度和电场线这两个重要的概念,以及它们所构成的场强分布图。
先来说说电场强度。
电场强度是用来描述电场强弱和方向的物理量。
简单地说,它就像是电场的“力量指标”。
想象一下,在一个空间中有一个带电体,它周围的空间就会产生电场。
而电场强度就告诉我们在这个电场中不同位置的“电场力量”有多大。
电场强度的定义是:放在电场中某点的电荷所受到的电场力 F 与该电荷的电荷量 q 的比值,叫做该点的电场强度,记作 E。
即 E = F /q 。
从这个定义可以看出,如果一个电荷在某点受到的电场力越大,或者说电荷量越小,那么该点的电场强度就越大。
同时,电场强度是一个矢量,它不仅有大小,还有方向。
电场强度的方向与正电荷在该点所受电场力的方向相同。
再谈谈电场线。
电场线是为了形象地描述电场而引入的一种假想曲线。
就好像地图上的道路,通过电场线,我们能够更直观地了解电场的分布情况。
电场线有几个重要的特点。
首先,电场线上每一点的切线方向都跟该点的电场强度方向一致。
这就意味着我们可以通过电场线的走向来判断电场强度的方向。
其次,电场线从正电荷出发,终止于负电荷,或者延伸到无穷远处。
而且,电场线在空间中永不相交。
如果相交了,那就意味着在交点处电场强度有两个方向,这显然是不可能的。
有了电场强度和电场线的概念,我们就可以通过绘制场强分布图来更清晰地展示电场的情况。
场强分布图通常是由一系列电场线组成的。
比如说,对于一个孤立的正点电荷,它的电场线是从电荷向外辐射状的。
越靠近电荷,电场线越密集,这就表示电场强度越大。
而对于一个孤立的负点电荷,电场线是指向电荷的。
同样,靠近电荷的地方电场线密集,电场强度大。
当有多个电荷存在时,情况就会变得更加复杂。
但总的原则还是通过电场线的疏密来表示电场强度的大小,通过电场线的走向来表示电场强度的方向。
2025届高三物理一轮复习多维度导学与分层专练专题45电场中的φ-x、Ep-x、E-x三类图像导练目标导练内容目标1φ-x图像目标2Ep-x图像目标3E-x图像【知识导学与典例导练】一、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。
【例1】沿电场线所在直线建立如图所示Ox轴,x轴上各点电势 随x的变化规律如图所示,坐标点O、x1、x2和x3分别与x轴上O、A、B、C四点相对应,O点电势为零。
带电量为-e 的电子从O点由静止释放,仅受电场力作用,下列说法正确的是()A .在0~3x 区间内,电场方向始终指向x 轴正方向B .电子到达B 点时动能为02e ϕC .电子从A 运动到C ,加速度先增大后减小D .若在B 点给电子一个沿x 轴方向的初速度,电子一定会在AC 间做往复运动【答案】B【详解】A .沿电场线方向电势降低,在0~3x 区间内,电势先升高、再降低、再升高,则电场线方向没有始终指向x 轴正方向,故A 错误;B .根据动能定理0k 02B e E ϕ⎛⎫--= ⎪⎝⎭电子到达B 点时动能为0k 2B e E ϕ=故B 正确;C .电势ϕ随x 图像的斜率大小等于电场强度,电子加速度大小为eE a m=由图像可知,A 、C 间斜率先变小后变大,则加速度先变小后变大,故C 错误;D .若在B 点电子的初速度为沿+x 轴方向,BC 间电势升高,电场线方向由C 指向B ,电场力由B 指向C ,电子做加速运动;若在B 点电子的初速度为沿-x 轴方向,同理,电子也做加速运动。
故电子不会再AC 间做往复运动,故D 错误。
故选B 。
二、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。
,.
高考题千变万化,但万变不离其宗。
千变万化的新颖高考题都可以看作是由母题衍生而来。
研究高考母题,掌握母题解法规律,使学生触
类旁通,举一反三,可使学生从题海中跳出来,轻松备考,事半功倍。
电场强度 E 随空间变化关系图象
【解法归纳】
所谓 E-x 图象是指空间中电场强度 E 随坐标 x 变化关系的图象。
匀强电场中的 E-x 图象是平行于x轴的直线;处于x=0处点电荷的 E-x 图象是有最大迅速减小的曲线;关于 x=0 对称分布的两个等量异号点
电荷的 E-x 图象是关于E轴(纵轴)对称的U 型图线;关于 x=0 对称分布的两个等量同号点电荷的E-x 图象是关于坐标原点对称的曲线。
在E-x 图象上取一微元,由 U=Ed 可知电场强度E随x变化的一小段图象与x 轴所夹的面积表示对应的两点之间的电势差,据此比较两点之间电
势的高低。
,.
【针对训练题精选解析】
1. .(2012 年 2 月宁波八校联考)真空中相距为3a的两个点电荷M、N ,分别固定于 x 轴上 x1=0和x2=3a的两点上,在
它们连线上各点场强随x 变化关系如图所示,以下判
断中正确的是图 7
第 9 题图
,. A.点电荷M、N一定为异种电荷
B.点电荷M、N一定为同种电荷
C.点电荷M、N所带电荷量的绝对值之比为4∶1
D.x=2 a处的电势一定为零
3.(2012 年 5 月陕西宝鸡三模)在坐标系的 x 轴上关于 O 点对称的位置放置两个等量同种电荷, x 轴上电场的场强 E 随 x 变化的关系如图所示,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
列说法中正确的是
A.电子在 A、B 两点的电势能相等
B.电子在 A、B 两点的加速度大小相等方向相反
C.若取无限远处电势为零,则O 点处电势小于零
D.电子从 A 点由静止释放后的运动轨迹可能是曲线
4.有一静电场,其电场强度方向平行于x 轴。
其
电势φ随坐标x的改变而变化,变化的图象如图
所示,设场强沿x 轴正方向时取正值,则图乙
中正确表示该静电场的场强 E 随 x 变化的图线
是
,.
母题 8、电势随空间分布图象
所谓φ-x图象是指静电场中电势φ随x变化情况图象。
φ-x图象斜率大小表示电场强度沿x 轴方向分量的大小。
根据φ-x图象斜率大小表示电场强度沿 x 轴方向分量的大小判断电场强度(或电场强度分量)的大小。
若图象某段平行x 轴,表明电势φ在该段不随 x 变化,电场强度沿 x 轴方向分量为零,空间各点场强与x 轴垂直。
典例(2011 上海物理第 14 题)两个等量异种点电荷位于 x轴上,相对原点对称分布,正确描述电势随位置 x 变化规律的是图
【针对训练题精选解析】
1(2012 年 5 月云南昆明检测)某静电场中 x 轴上的电势随 x 坐标变化的图象如图所示,φ-x图象关于φ轴对称,a、b
两点到 O 点的距离相等。
将一电荷从x 轴上的 a
点由静止释放后粒子沿x 轴运动到 b 点,运动过程
中粒子只受电场力作用,则下列说法正确的是
()
A.该电荷一定带负电
B.电荷到 b 点时动能为零
C.从 O 到 b ,电荷的电势能减小
D.从 a 到 b 电场力对电荷先做正功,后做负功
2.(2012 年 5 月江西宜春模拟)有一静电
(V )
场,其电势随 x 坐标的改变而改变,变化的
图线如右图所示。
若将一带负电粒子(重
力不计)从坐标原点O 由静止释放,电场
中 P、Q 两点的坐标分别为1mm、4mm。
40
20
x (mm ) 0
2 4 6 810 12
-20
-40
则下列说法正确的是:()
A.粒子将沿 x 轴正方向一直向前运动
B.粒子在 P 点与 Q 点加速度大小相等、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3.(2012 年 5 月山东泰安二模)有一静电场,其电
势随 x 坐标的改变而改变,变化的图线如右图所示,
若将一带负电粒子(重力不计)从坐标原点O 由静止释放,粒子沿 x 轴运动,电场中 P、Q 两点的坐标
分别为 1mm 、4mm 。
则下列说法正确的是
A.粒子经过 P 点和 Q 点加速度大小相等、方向相反B.粒子经过 P 点与 Q 点时,动能相等
C.粒子经过 P 点与 Q 点时,电场力做功的功率相等D.粒子在 P 点的电势能为正值
5(2012 年开封二模)空间某一静电场的电势φ随x
变化情况如图所示,下列说法中正确的是
A. 空间各点场强的方向均与x 轴垂直
B. 电荷沿 x 轴从 O 移到 x1 的过程中,电场力不做功
C. 正电荷沿 x 轴从 x1 移到 x2 的过程中,电场力做正功,电势能减小
D.负电荷沿x 轴从x1 移到x2 的过程中,电场力做负功,电势能增加【点评】此题以电子运动所经位置的电势随距A 点的距离变化的规律图象切入,要求比较两点的电场强度、电势、电子速度、电势能等。
7.(2010海淀高三期末考试 )假设空间某一静电场的电势随
x 变化情
φ况如图 12所示,根据图中信息可以确定下列说法中正φ
确的是
A.空间各点场强的方向均与x 轴垂直0x1 x2x3x4x5x
图12
B.电荷沿x轴从 0 移到x1的过程中,一定不受电场力
的作用
C.正电荷沿x轴从x2移到x3的过程中,电场力做正功,电势能减小D.负电荷沿x轴从x4移到x5的过程中,电场力做负功,电势能增加9.(2009 江苏物理第8 题)空间某一静电场的电势在 x 轴上分布如图
所示, x 轴上两点、
C 点电场强度在 x 方向上
B
的分量分别是 E Bx、E Cx,下列说法中正确的有
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,电场力先做正功,后做负功
,.
10 、(2012 上海静安区一模)如图( a)所示,在x轴上的两点分别放有- Q和+4 Q两个点电荷,位置坐标分别为 0 和 1。
图(b )是反映沿x轴电势分布情况的图线,正确是
11 (2012 河北衡水中学期末)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φ随 x 变化的关系如图所示,其中 A、N 两
点的电势均为零, ND 段中的 C 点电势最高,
则()
A.N点的电场强度大小为零
B.A点的电场强度大小为零
C.NC间场强方向指向x 轴正方向
D.将一负点电荷从N 点移到 D 点,电场力先做正功后做负功。