2025年高中物理试卷(带答案)第2讲 静电场中的能量.docx

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第2讲静电场中的能量

课程标准

素养目标

知道静电场中的电荷具有电势能.了解电势能、电势和电势差的含义.知道匀强电场中电势差与电场强度的关系.

物理观念:了解电势能、电势、电势差的概念,掌握电容器的特点.

科学思维:通过类比思想建构电势能概念,采用比值定义法定义电场中能的性质——电势,类比等高线研究等势面的特点,通过控制变量法知道匀强电场中电势差与电场强度的关系;与电场中力的性质相联系,从功能关系角度全面认识电场的性质.

考点一静电力做功、电势能和电势

【必备知识·自主落实】

1.静电力做功电势能

(1)静电力做功

①特点:静电力做功与____________无关,只与________有关.

②计算:

a.W=________,适用于________电场.

b.WAB=________,适用于任何电场.

(2)电势能

①定义:电荷在________中具有的势能.数值上等于将电荷从该点移到________位置时电场力所做的功.

②静电力做功与电势能变化的关系:静电力做的功等于________,即WAB=EpA-EpB=-ΔEp.类比重力做功

③电势能的相对性:电势能是相对的,电势零点选取不同,电势能的值______________.通常选取________处或________电势能为零.类比重力势能

2.电势等势面

(1)电势

①定义:电荷在电场中某一点的________与它的________之比.

②定义式:φ=________.

③矢标性:电势是________,有正、负之分,其正(负)表示该点电势比________高(低).

④相对性:电势具有相对性.同一点的电势因选取电势零点的不同而不同

(2)等势面

①定义:电场中________的各点构成的面.

②四个特点

a.等势面一定与________垂直.

b.在________上移动电荷时静电力不做功.

c.电场线方向总是从____________的等势面指向________的等势面.沿着电场线的方向,电势降低最快

d.等差等势面越密的地方电场强度________,反之________.

【关键能力·思维进阶】

1.求静电力做功的四种方法

2.判断电势能变化的方法

(1)根据静电力做功:静电力做正功,电势能减少,静电力做负功,电势能增加.

(2)根据Ep=φq:正电荷在电势越高处电势能越大;负电荷在电势越高处电势能越小.

3.判断电势高低的方法

(1)根据电场线:沿电场线的方向电势降低.

(2)根据UAB=WABq:判断UAB的正负,确定φA和φB

考向1电势高低判断

例1(多选)[2023·广东卷]电子墨水是一种无光源显示技术,它利用电场调控带电颜料微粒的分布,使之在自然光的照射下呈现出不同颜色.透明面板下有一层胶囊,其中每个胶囊都是一个像素.如图所示,胶囊中有带正电的白色微粒和带负电的黑色微粒.当胶囊下方的电极极性由负变正时,微粒在胶囊内迁移(每个微粒电量保持不变),像素由黑色变成白色.下列说法正确的有()

A.像素呈黑色时,黑色微粒所在区域的电势高于白色微粒所在区域的电势

B.像素呈白色时,黑色微粒所在区域的电势低于白色微粒所在区域的电势

C.像素由黑变白的过程中,电场力对白色微粒做正功

D.像素由白变黑的过程中,电场力对黑色微粒做负功

例2[2023·湖北卷]在正点电荷Q产生的电场中有M、N两点,其电势分别为φM、φN,电场强度大小分别为EM、EN.下列说法正确的是()

A.若φMφN,则M点到电荷Q的距离比N点的远

B.若EMEN,则M点到电荷Q的距离比N点的近

C.若把带负电的试探电荷从M点移到N点,电场力做正功,则φMφN

D.若把带正电的试探电荷从M点移到N点,电场力做负功,则EMEN

考向2电势能大小判断

例3(多选)[2023·海南卷]

如图所示,正三角形三个顶点固定三个带等量电荷的点电荷,其中A、B带正电,C带负电,O、M、N为AB边的四等分点,下列说法正确的是()

A.M、N两点的电场强度相同

B.M、N两点的电势相同

C.负电荷在M点的电势能比在O点时要小

D.负电荷在N点的电势能比在O点时要大

考向3等势面的理解及应用

例4(多选)[2023·辽宁卷]图(a)为金属四极杆带电粒子质量分析器的局部结构示意图,图(b)为四极杆内垂直于x轴的任意截面内的等势面分布图,相邻两等势面间电势差相等,则()

A.P点电势比M点的低

B.P点电场强度大小比M点的大

C.M点电场强度方向沿z轴正方向

D.沿x轴运动的带电粒子,电势能不变

例5如图为地图上某山地的等高线图,O点为峰顶(图中数字的单位是米).小山坡的左边a和右边b,据地理知识可根据该图判断出哪一边的地势更陡,若现在把该图看成一个描述电势高

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