人教版高中物理必修第3册 第十章 静电场中的能量 习题课 电场能的性质的理解与应用.pptVIP

习题课:电场能的性质的理解与应用第十章

课堂篇探究学习

探究一电场线、等势面和运动轨迹的综合【情境导引】图中虚线1、2、3、4表示匀强电场的等势面。一带正电的粒子只在静电力的作用下从a点运动到b点,轨迹如图中实线所示。(1)正电粒子受的静电力方向向哪?电场线的方向向哪?(2)a、b两点的电势哪点高?(3)粒子在a点的电势能大还是在b点电势能大?动能呢?

要点提示静电力的方向一定与等势面垂直,由图可知静电力的方向向右,由于粒子带正电,所以电场线方向从左向右,故a点的电势高于b点的电势,粒子从a运动到b,静电力做正功,动能增加,电势能减少。

【知识归纳】1.已知等势面的形状分布,根据电场线和等势面相互垂直可以绘制电场线。2.由电场线和等差等势面的疏密,可以比较不同点的电场强度大小,电场线或等势面密集处,电场强度较大。3.根据电荷的运动轨迹弯向力指的那一侧,静电力沿着电场线的切向方向,可以判断电荷所受静电力方向;根据电荷所受静电力方向和电荷的速度方向(运动轨迹的切线方向)的夹角,判断静电力做功情况,进而判断电势能变化情况,结合动能定理判断电荷的动能变化情况。

【典例示范】例1(多选)某同学在研究电子在电场中的运动时,得到了电子由a点运动到b点的轨迹(如图中实线所示),图中未标明方向的一组虚线可能是电场线,也可能是等势面,则下列说法正确的是()A.如果图中虚线是电场线,电子由a点运动到b点,动能减少,电势能增加B.如果图中虚线是等势面,电子由a点运动到b点,动能增加,电势能减少C.不论图中虚线是电场线还是等势面,a点的电场强度都大于b点的电场强度D.不论图中虚线是电场线还是等势面,a点的电势都高于b点的电势

答案ABC解析电子做曲线运动,它受到的静电力方向指向轨迹的凹侧。如果虚线是电场线,电子受到静电力的方向沿电场线向左,由a点运动到b点,静电力做负功,动能减少,电势能增加,A正确;若虚线是等势面,电场线与等势面垂直,即电子受到的静电力方向也与等势面垂直,方向指向斜下方,电子由a点运动到b点,静电力做正功,动能增加,电势能减少,电势升高,B正确,D错误;因为等势面密集处电场线也密集,题图中虚线无论是电场线还是等势面,a处都较密集,所以a点的电场强度大于b点的电场强度,C正确。

变式训练1(多选)某静电场中的电场线如图所示,带电粒子在电场中仅受静电力作用,由M运动到N,其运动轨迹如图中虚线所示,以下说法正确的是()A.粒子必定带正电荷B.由于M点没有电场线,粒子在M点不受静电力的作用C.粒子在M点的加速度小于它在N点的加速度D.粒子在M点的动能小于在N点的动能

答案ACD解析根据带电粒子运动轨迹弯曲的情况,可以确定粒子受静电力的方向沿电场线方向,故此粒子带正电,A选项正确。电场线越密,电场强度越大,粒子受到的静电力就越大,根据牛顿第二定律可知其加速度也越大,故此粒子在N点加速度大,B选项错误,C选项正确。粒子从M点运动到N点,静电力做正功,根据动能定理得此粒子在N点的动能大,故D选项正确。

探究二电势、电势能、静电力做功的综合分析【情境导引】如图所示,在光滑绝缘直杆下端固定一电荷量为+Q的点电荷,杆上A、B两点间的距离为h,一电荷量为-q、质量为m的绝缘小球穿在直杆上,由静止从A点滑到B点时的速度为,求静电力所做的功。

【知识归纳】1.计算静电力做功的常见方法(1)利用静电力做功与电势能的关系求解:WAB=EpA-EpB。(2)利用W=Fd求解,此公式只适用于匀强电场。(3)利用公式WAB=qUAB求解。(4)利用动能定理求解:W合=ΔEk。

2.分析电荷电势能变化的方法(1)公式法:由公式Ep=qφ判断。(2)做功法:静电力做正功,电势能减少;静电力做负功,电势能增加,即W=Ep1-Ep2。(3)电荷法: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。

【典例示范】例2如图所示,光滑绝缘细杆竖直放置,它与以正电荷Q为圆心的圆交于B、C两点,质量为m、电荷量为-q的有孔小球从杆上A点无初速度下滑,已知q?Q,AB=h,小球滑到B点时的速度大小为。求A、C两点间的电势差。

解析因为Q是正点电荷,所以以Q为圆心的圆面是一个等势面,这是一个重要的隐含条件,由A到B过程中静电力是变力,所以不能直接用W=Fx来解,只能考虑应用功能关系求解因为杆是光滑的,所以小球从A到B过程中只有两个力做功:静电力做功W和重力做功mgh,由动能定理得:W+mgh=

变式训练2匀强电场的电场强度为40N/C,在同一条电场线上有A、B两点,把质量为2×10-9kg、带电荷量为-2×10-9C的微粒从A点移到B点,静电力做了1.5×10-7J的正功。(1)求A、B两点间的电势差