高三物理备考专题复习电场能的性质
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2010届高三物理备考专题复习:电场的能的性质 Ⅰ 电 势 能 和 电 势 和 电 势 差 一、电势能(ε标量 焦耳 J )——电场力、相对位置 1、电荷在电场中受到电场力,所具有的与电荷的位置有关的能量,称电势能或电能。 2、电势能的相对性――选择零势能面,一般选择大地或无穷远为零势能面。(等效) 3、电场力做功与电势能改变的关系——方法与重力势能相对比 ①无论电荷的正负,电场力做正功,电势能减小,电场力做负功,电势能增加,做功和电势能的变化量在数值上是相等的
②静电场中,电场力做功与路径无关,电势能的改变量与路径无关 二、 电量电势能电势= q 1 J / C = 1 V / m 1、 地位:u(或φ)与力学中的高度相当(标量) 2、 相对性:选取大地或无穷远处为零电势点 3、 沿电场线方向,电势降低(与电性无关)
4、 电势由电场本身性质决定 5、 电势是描述电场中能量性质的物理量 6、 意义:电场中某一点的电势在数值等于单位电荷在那一点所具有的电势能。
练习: 1、 沿电场线方向移动正电荷,电势能减小 沿电场线方向移动负电荷,电势能增加 正电荷的电场中,电势为正,负电荷的电场中,电势为负 2、 正电荷的电场中,正的检验电荷电势能为正,负的检验电荷电势能为负 负电荷的电场中,正的检验电荷电势能为负,负的检验电荷电势能为正 3、 只在电场力的作用下,正电荷顺着电场线运动,由高电势向低电势 只在电场力的作用下,负电荷逆着电场线运动,由低电势向高电势 4、 比较5J和-7J的大小,理解标量负号的意义。
三、电 势 差——电场力做功与电荷电量的比值叫电势差 1、 在电场中某两点的电势之差,也叫电压 UAB = φA - φB
2、 ABABwUqqq
A B A到B,正功,εa>εb A B A到B,负功,εa<εb
2C A B C
∞ ε=0 φ=0
A B
ε=6J =3V ε=10J φ=5V φ
S M 0V -2V S M
0V -2V N
5V 3、意义: ①对应于高度差,由电场本身的性质决定 ②电势与选择的零电势点有关,电势差与零电势点的选择无关 4、运用要求: 1、UAB=ΦA-ΦB =1-4=-3 V 带正负号
2、U=W/q或W=qU 用绝对值,正负号另行判断(VU341) 例8:将电量为q=-2×10 8 C的点电荷从零电场中点S移动到M点要克服电场力做功4×10-8 J,求M点的电势=?。若再从M点移动到N点,电场力又做正功14×10-8 J,求N点电势
=?
解: (1) S到M, VqwU210210488对负电荷做负功,电势降低 M到N对负电荷做正功,电势升高
(2) VUVqwUN57102101488
例9:电子伏是研究微观粒子时常用的能量单位。1ev就是电势差为1V的两点间移动一个元电荷电场力所做的功。1ev=1.6×10-19C×1V=1.6×10-19 J,把一个二价正离子从大地移动到电场中的A点,w=6ev,求:UA=?
解:VUVeeVUA3326 例10、 如图所示,三个同心圆是同一个点电荷周围的三个等势面,已知这三个圆的半径成等差数列。A、B、C分别是这三个等势面上的点,且三点在同一条电场线上。A、C两点的电势依次为φA=10V和φC=2V,则B点的电势是B
A.一定等于6V B.一定低于6V C.一定高于6V D.无法确定
【例11】 已知ΔABC处于匀强电场中。将一个带电量q= -2×10-6C的点电荷从A移到B的过程中,电场力做功W1= -1.2×10-5J;再将该点电荷从B移到C,电场力做功W2= 6×10-6J。已知A点的电势φA=5V,则B、C两点的电势分别为____V和____V。试在右图中画出通过A点的电场线。
解:先由W=qU求出AB、BC间的电压分别为6V和3V,再根据负电荷A→B电场力做负功,电势能增大,电势降低;B→C电场力做正功,电势能减小,电势升高,知φB= -1VφC=2V。沿匀强电场中任意一条直线电势都是均匀变化的,因此AB中点D的电势与C点电势相同,CD为等势面,过A做CD的垂线必为电场线,方向从高电势指向低电势,所以斜向左下方。
+ ABC Ⅱ 等 势 面 一、等势面——电场中,电势相等的各点所构成的面(等高线和等压线) 二、常见等势面的形状
三、等势面的特点 1、 在等势面上移动电荷,电场力不做功 2、 电场线(或E)⊥等势面 3、 电场线由高的等势面指向低的等势面 4、 闭合、等势面不相交 5、 静电平衡导体是等势体,表面是等势面 6、 等差等势面――相邻的等势面的电势差相等 (1) 差等势面越密的地方,电场越强,场强越大 (2) 相邻的等差等势面移动同一个电荷电场力做功相等 7、沿电场方向电势降低最快(场强方向是电势 降落最快的地方) 8、匀强电场中,平行等长的线段两个端点间的电势差相等,即匀强电场中的电势均匀变化。 练习 等量异种电荷 (1)中垂线的电场强度和电势的特点 (2)带电粒子从无穷远处移动到中点,分析电场力的做功情况和电势能的改变情况 (3)一个电子由8V到-8V电场力做功情况,电势能的变化情况。
9 8 7 6 6 6 6 5 4 3 20 10 0
8V 0V -8V Ⅲ 电 势 差 与 电 场 强 度 的 关 系 一、公式的推导
EdUqEdFLWqUWcos 说明:1、适用于匀强电场 2、U是两点间的电势差,d是沿电场方向的距离
3、单位 1 V ./ m = 1 N / C VJNmNmCmCmC 4、在匀强电场中,场强在数值上等于沿场强方向每单位距离上降低的电势。 二、场强的三种求法 1、 E=F / q 定义式,适用于任何电场(真空、介质) 2、 E=KQ / r2 适用于点电荷的电场(真空、点电荷) 3、 E=U / d 适用于匀强电场(真空) 针对训练
1.电场中有A、B两点,一个点电荷在A点的电势能为1.2×10-8 J,在B点的电势能为0.80×10-8 J.已知A、B两点在同一条电场线上,如图所示,该点电荷的电荷量为1.0×10-9C,那么A
A.该电荷为负电荷 B.该电荷为正电荷 C.A、B两点的电势差UAB=4.0 V D.把电荷从A移到B,电场力做功为W=4.0 J
2.某电场中等势面分布如图所示,图中虚线表示等势面,过a、b两点的等势面电势分别为40 V和10 V,则a、b连线的中点c处的电势应C
A.肯定等于25 V B.大于25 V C.小于25 V D.可能等于25 V 3如图所示,在粗糙水平面上固定一点电荷Q,在M点无初速释放一带有恒定电荷量的小物块,小物块在Q的电场中运动到N点静止,则从M点运动到N点的过程中ABD 4
A 小物块所受电场力逐渐减小 B.小物块具有的电势能逐渐减小 C.M点的电势一定高于N点的电势 D.小物块电势能变化量的大小一定等于克服摩擦力做的功 4.如图所示,M、N两点分别放置两个等量种异电荷,A为它们连线的中点,B为连线上靠近N的一点,C为连线中垂线上处于A点上方的一点,在A、B、C三点中.C
A.场强最小的点是A点,电势最高的点是B点 B.场强最小的点是A点,电势最高的点是C点 C.场强最小的点是C点,电势最高的点是B点 D.场强最小的点是C点,电势最高的点是A点 5.AB连线是某电场中的一条电场线,一正电荷从A点处自由释放,电荷仅在电场力作用下沿电场线从A点到B点运动过程中的速度图象如图所示,比较A、B两点电势φ的高低和场强E的大小,下列说法中正确的是A
A.φA>φB,EA>EB B.φA>φB,EA<EB C.φA<φB,EA>EB D.φA<φB,EA<EB 6.如图所示,平行的实线代表电场线,方向未知,电荷量为1×10-2C的正电荷在电场中只受电场力作用,该电荷由A点移到B点,动能损失了0.1 J,若A点电势为-10 V,则C
①B点电势为零 ②电场线方向向左 ③电荷运动的轨迹可能是图中曲线① ④电荷运动的轨迹可能是图中曲线② A.① B.①② C.①②③ D.①②④ 7.如图所示,光滑绝缘的水平面上M、N两点各放一电荷量分别为+q和+2q,完全相同的金属球A和B,给A和B以大小相等的初动能E0(此时动量大小均为p0)使其相向运动刚好能发生碰撞,碰后返回M、N两点时的动能分别为E1和E2,动量大小分别为p1和p2,则B
A.E1=E2=E0 p1=p2=p0 B.E1=E2>E0 p1=p2>p0 C.碰撞发生在M、N中点的左侧 D.两球不同时返回M、N两点
8.已知空气的击穿电场强度为2×106 V/m,测得某次闪电火花长为600 m,则发生这次闪电时放电路径两端的电势差U=_______.若这次闪电通过的电荷量为20 C,则释放的能量为_______.(设闪电的火花路径为直线)(8.1.2×109 V;2.4×1010 J)
9.如图所示,A、B、C、D是匀强电场中一正方形的四个顶点,已知A、B、C三点的电势分别为φA=15 V,φB =3 V,φC=-3 V,由此可得D点
的电势φD=_______ V.