专题22 电场能的性质解析版.docx

1、专题22 电场能的性质解析版2021届高考物理一轮复习热点题型归纳与变式演练专题22 电场能的性质【专题导航】【题型归纳】热点题型一电势高低、电势能大小的判断1电势高低的判断判断依据判断方法电场线方向沿电场线方向电势逐渐降低场源电荷的正负取无穷远处电势为零，正电荷周围电势为正值，负电荷周围电势为负值；靠近正电荷处电势高，靠近负电荷处电势低电势能的高低正电荷在电势较高处电势能大，负电荷在电势较低处电势能大电场力做功根据UAB，将WAB、q的正负号代入，由UAB的正负判断A、B的高低2.电势能大小的判断判断方法方法解读公式法将电荷量、电势连同正负号一起代入公式Epq，正Ep的绝对值越大，电势能越大

2、；负Ep的绝对值越大，电势能越小电势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做功法电场力做正功，电势能减小电场力做负功，电势能增加能量守恒法在电场中，若只有电场力做功时，电荷的动能和电势能相互转化，动能增加，电势能减小，反之，动能减小，电势能增加3.电场中的功能关系(1)若只有电场力做功，电势能与动能之和保持不变(2)若只有电场力和重力做功，电势能、重力势能、动能之和保持不变(3)除重力、弹簧弹力之外，其他各力对物体做的功等于物体机械能的变化(4)所有外力对物体所做的功等于物体动能的变化【例1】(2020河南濮阳油田一模)如图所示，真空中等量正点电荷放置在M、N两点，在MN连

3、线上有对称点a、c，MN连线的中垂线上有对称点b、d，则下列说法正确的是()A电荷q在c点的电势能大于在a点的电势能B电荷q在c点的电势能小于在a点的电势能C在MN连线的中垂线上，O点电势最高D电荷q从d点由静止释放，在它从d点运动到b点的过程中，加速度先减小再增大【答案】C【解析】根据电场线的分布情况和对称性可知，a、c两点的电势相等，则点电荷在a点的电势能一定等于在c点的电势能，故A、B错误；沿电场线方向电势降低，在MN连线的中垂线上，O点电势最高，故C正确；由对称性知O点的电场强度为零，电荷q从d点由静止释放，在它从d点运动到b点的过程中，加速度可能先减小再增大，也可能按增大减小增大减小

4、变化，故D错误。【变式1】(2019广东韶关质检)如图所示，虚线表示某电场的等势面，实线表示一带电粒子仅在电场力作用下运动的径迹粒子在A点的加速度为 aA、动能为 EkA、电势能为 EpA；在B点的加速度 为aB、动能为 EkB、电势能为 EpB.则下列结论正确的是 ()AaAaB，EkAEkB BaAEpB CaAaB，EpAaB，EkAEkB【答案】：C【解析】：根据图中等势面分布可知，5 V等势面处场强小于5 V等势面处场强，带电粒子在A点所受的电场力小于在B点所受的电场力，根据牛顿第二定律，aAaB，选项A、D错误；根据带电粒子运动轨迹可知粒子受到指向轨迹AB凹侧的力作用，带电粒子从A

5、到B，电场力做负功，电势能增大，EpAEkB，选项C正确，B错误【变式2】(2020广东佛山教学质检二)在维护和检修高压供电线路时，为了不影响城市用电，电工经常要在高压线上带电作业。为了保障电工的安全，电工全身要穿上用金属丝线编织的衣服(如图甲)。图乙中电工站在高压直流输电线的A供电线上作业，其头顶上方有B供电线，B供电线的电势高于A电线的电势。虚线表示电工周围某一截面上的等差等势线，c、d、e、f是等势线上的四个点。以下说法中正确的是()A在c、d、e、f四点中，c点的电场最强B. 在c、d、e、f四点中，f点的电势最高C. 若将某电子由c移到f，其电势能将增大D将某电子在d点由静止释放，它

6、会向e点所在等势面运动【答案】C【解析】等差的等势线疏密表示场强的大小，越密越大，则在c、d、e、f四点中，f点的电场最强，故A错误；由题可知在c、d、e、f四点中，c点的电势最高，故B错误，若将某电子由c移到f，电场力做负功，其电势能将增大，故C正确；将某电子在d点由静止释放，它会向c点所在等势面运动，故D错误。【变式3】(2020江苏南京师范大学附属中学高三模拟)某静电除尘设备集尘板的内壁带正电，设备中心位置有一个带负电的放电极，它们之间的电场线分布如图所示，虚线为某带电烟尘颗粒(重力不计)的运动轨迹，A、B是轨迹上的两点，C点与B点关于放电极对称，下列说法正确的是()AA点电势低于B点电

7、势 BA点电场强度小于C点电场强度C烟尘颗粒在A点的动能小于在B点的动能 D烟尘颗粒在A点的电势能小于在B点的电势能【答案】：AC【解析】：由沿电场线方向电势降低可知，A点电势低于B点电势，A正确；由图可知，A点处电场线比C点处密集，因此A点的场强大于C点场强，B错误；烟尘颗粒带负电，从A到B的过程中，电场力做正功，动能增加，烟尘颗粒在A点的动能小于在B点的动能，电势能减小，烟尘颗粒在A点的电势能大于在B点的电势能，C正确，D错误【变式4】(多选)如图所示，在点电荷Q产生的电场中，实线MN是一条方向未标出的电场线，虚线AB是一个电子只在静电力作用下的运动轨迹设电子在A、B两点的加速度大小分别为

8、aA、aB，电势能分别为EpA、EpB.下列说法正确的是 ()A电子一定从A向B运动 B若aAaB，则Q靠近M端且为正电荷C无论Q为正电荷还是负电荷一定有EpAEpB DB点电势可能高于A点电势【答案】BC【解析】若Q在M端，由电子运动的轨迹可知Q为正电荷，电子从A向B运动或从B向A运动均可，由于rArB，故EAEB，FAFB，aAaB，AB，EpAEpB；若Q在N端，由电子运动的轨迹可知Q为负电荷，且电子从A向B运动或从B向A运动均可，由rArB，故EAEB，FAFB，aA5 VCC点的电势CCB，所以有CEb，则FaFb，再结合牛顿第二定律可知粒子在a点的加速度一定大于在b点的加速度，D项

9、正确【变式1】(2020浙江名校协作体)阴极射线示波管的聚焦电场是由电极A1、A2形成的实线为电场线，虚线为等势线，Z轴为该电场的中心轴线，P、Q、R为一个从左侧进入聚焦电场的电子运动轨迹上的三点，则()A电极A1的电势低于电极A2的电势 B电场中Q点的电场强度小于R点的电场强度 C电子在P点处的动能大于在Q点处的动能 D电子从P至R的运动过程中，电场力对它一直做正功 【答案】AD【解析】沿电场线电势降低，因此电极A1的电势低于电极A2，故A正确；电子从P至R的运动过程中，是由低电势向高电势运动，电场力做正功，动能增加，电势能减小，故C错误，D正确；Q点电场线比R点电场线密，据电场线的疏密程度

10、可知Q点的电场强度大于R点的电场强度，故B错误【变式2】如图，一带负电荷的油滴在匀强电场中运动，其轨迹在竖直面(纸面)内，且相对于过轨迹最低点P的竖直线对称忽略空气阻力由此可知()AQ点的电势比P点高 B油滴在Q点的动能比它在P点的大C油滴在Q点的电势能比它在P点的大 D油滴在Q点的加速度大小比它在P点的小【答案】AB.【解析】：根据带负电的油滴在竖直面内的轨迹可知，油滴所受合外力一定向上，则所受电场力一定向上，且电场力大于重力，故匀强电场的方向竖直向下，Q点的电势比P点高，选项A正确；油滴从P点运动到Q点，根据动能定理，合外力做正功，动能增大，所以油滴在Q点的动能比它在P点的大，选项B正确；

11、油滴从P点运动到Q点，电场力做正功，电势能减小，油滴在Q点的电势能比它在P点的小，选项C错误；由于带电油滴所受的电场力和重力均为恒力，所以油滴在Q点的加速度和它在P点的加速度大小相等，选项D错误等势面的综合应用【例5】(多选)(2020云南模拟)如图所示，虚线a、b、c、d、e是电场中的一组平行等差等势面，实线是一带负电粒子仅在电场力作用下的运动轨迹，M、N、P、Q分别为运动轨迹与等势面的交点，下列判断正确的是()A粒子在电场中做匀变速运动 B图中等势面a的电势最高C粒子经过Q点的动能大于P点的动能 D粒子在M点的电势能比Q点的大【答案】AB【解析】根据题述，虚线a、b、c、d、e是电场中的一

12、组平行等差等势面，电场是匀强电场带电粒子在电场中运动所受电场力是恒力，由牛顿第二定律可知，粒子在电场中运动的加速度恒定，所以带电粒子做匀变速运动，A正确根据图中粒子运动轨迹的弯曲方向可知，粒子在电场中受力方向为向左，电场线方向向右，根据沿电场线方向电势逐渐降低可知，图中等势面a的电势最高，B正确在M、N、P、Q四点中，粒子经过Q点的电势能最大，粒子经过M点的电势能最小，根据仅在电场力作用下的带电粒子的电势能和动能之和保持不变，可知粒子经过Q点的动能小于P点的动能，C、D错误【变式1】(多选)(2018高考全国卷 )图中虚线a、b、c、d、f代表匀强电场内间距相等的一组等势面，已知平面b上的电势

13、为2 V一电子经过a时的动能为10 eV，从a到d的过程中克服电场力所做的功为6 eV.下列说法正确的是()A平面c上的电势为零 B该电子可能到达不了平面fC该电子经过平面d时，其电势能为4 eV D该电子经过平面b时的速率是经过d时的2倍【答案】AB.【解析】：电子在等势面b时的电势能为Eq2 eV，电子由a到d的过程电场力做负功，电势能增加6 eV，由于相邻两等势面之间的距离相等，故相邻两等势面之间的电势差相等，则电子由a到b、由b到c、由c到d、由d到f电势能均增加2 eV，则电子在等势面c的电势能为零，等势面c的电势为零，A正确；由以上分析可知，电子在等势面d的电势能应为2 eV，C错

14、误；电子在等势面b的动能为8 eV，电子在等势面d的动能为4 eV，由公式Ekmv2可知，该电子经过平面b时的速率为经过平面d时速率的倍，D错误；如果电子的速度与等势面不垂直，则电子在该匀强电场中做曲线运动，所以电子可能到达不了平面f就返回平面a，B正确【变式2】(2019湖南长沙模拟)如图所示，M、N、P三点位于直角三角形的三个顶点上，PMN30，MNP60，一负点电荷位于三角形的平面上，已知M点和N点的电势相等，P点的电势与MN中点F的电势相等，则下列说法正确的是 ()AM点和P点的电场强度相等 BN点和P点的电场强度相等C同一正电荷在M点时的电势能大于在P点时的电势能D同一正电荷在N点时

15、的电势能小于在P点时的电势能【答案】：C【解析】：由M点和N点的电势相等，P点的电势与F点的电势相等，则知负点电荷Q应位于MN连线的垂直平分线和PF连线的垂直平分线上，作图得到Q的位置如图可知P点离Q近，场强较大，故A错误；N点离Q较远，则N点的场强比P点的小，故B错误；正电荷从M点运动到P点，电场力做正功，电势能减小，则同一正电荷在M点的电势能大于在P点的电势能，故C正确；M点的电势和N点的电势相等，所以正电荷从N点运动到P点，电场力做正功，电势能减小，则同一正电荷在N点的电势能大于在P点的电势能，故D错误热点题型四静电场的图象问题几种常见图象的特点及规律v t图象根据v t图象中速度变化、

16、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 x图象(1)电场强度的大小等于 x图线的斜率大小，电场强度为零处， x图线存在极值，其切线的斜率为零；(2)在 x图象中可以直接判断各点电势的高低，并可根据电势高低关系确定电场强度的方向；(3)在 x图象中分析电荷移动时电势能的变化，可用WABqUAB，进而分析WAB的正负，然后做出判断Ex图象(1)反映了电场强度随位移变化的规律；(2)E0表示场强沿x轴正方向，E0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Epx图象(1)反映了电势能

17、随位移变化的规律；(2)图线的切线斜率大小等于电场力大小；(3)进一步判断场强、动能、加速度等随位移的变化情况vt图象【例6】(多选)(2020四川宜宾市第二次诊断)如图甲所示，光滑绝缘水平面上有一沿水平方向的电场，MN是其中的一条直线，线上有A、B、C三点，一带电荷量为2103 C、质量为1103 kg的小物块从A点由静止释放，沿MN做直线运动，其运动的vt图象如图乙所示，其中B点处的切线斜率最大(图中标出了该切线)，C点处的切线平行于t轴，运动过程中小物块电荷量保持不变，则下列说法中正确的是()AA、B两点电势差UAB4 VB小物块从B点到C点电场力做的功W102 JCB点为AC间电场强度

18、最大的点，场强大小E1 V/mD由A到C的过程中小物块的电势能先减小后变大【答案】BC【解析】从A到B由动能定理：qUABmv，解得UAB4 V，选项A错误；小物块从B点到C点电场力做的功WBCmvmv102 J，选项B正确；在B点的加速度最大，则所受的电场力最大，则由图象：a m/s22 m/s2；由Eqma，解得E1 V/m，选项C正确；由A到C的过程中小物块的动能一直增大，电场力一直做正功，则电势能一直减小，选项D错误【变式1】(多选)(2019安徽黄山模拟)光滑绝缘水平面上固定两个等量点电荷，它们连线的中垂线上有A、B、C三点，如图甲所示一质量m1 g的带正电小物块由A点静止释放，并以此时为计时起点，沿光滑水平面经过B、C两点(图中未画出)，其运动过程的vt图象如图乙所示，其