高考物理大一轮复习 第7章 静电场 第2节 电场能的性质教学案

A.两点电荷一定为异种电荷 B.原点O处电场强度大小为

kQ2 3LC.负检验电荷在原点O处受到方向向右的电场力

D.负检验电荷由M点运动到N点的过程,电势能先减小后增大

B [由φ-x图象特点可知两点电荷均为正电荷,A错误;设坐标为-3L处的电荷的电荷量为Q′,x=L处电势最低,电场强度为零,则

kQ′kQ2-2=0,得Q′=4Q,故原点O?4L??2L?

4kQkQkQ处的电场强度大小为2-2=2,方向向右,负检验电荷在原点O处受到的电场力方

?3L??3L?3L向向左,B正确,C错误;由M点到N点电势先减小后增大,所以负检验电荷由M点运动到

N点的过程,电势能先增大后减小,D错误。]

[跟进训练]

2.(2019·重庆南开中学模拟)在x轴上关于原点对称的a、b两点处固定有两个电荷量相等的点电荷,如图E-x图象描绘了x轴上部分区域的电场强度(以x轴正方向为电场强度的正方向)。对于该电场中x轴上关于原点对称的c、d两点,下列结论正确的是( )

A.两点场强相同,c点电势更高 B.两点场强相同,d点电势更高

C.两点场强不同,两点电势相等,均比O点电势高 D.两点场强不同,两点电势相等,均比O点电势低

A [根据给出的E-x图象可知,a处为正电荷,b处为负电荷,根据点电荷产生的场强

kQE=2及电场的叠加原理可知,c、d两处场强相同,电场方向由c指向d,故c点电势高,

r选项A正确。]

Ep-x图象 1.反映了电势能随位移变化的规律。 11

2.图线的切线斜率大小等于电场力大小。

3.进一步判断电场强度、动能、加速度等随位移的变化情况。

[典例示法] (多选)(2019·云南师大附中质检)一带负电的粒子只在电场力作用下沿

x轴正向运动,其电势能Ep随位移x变化的关系如图所示,其中0~x2段是对称的曲线,x2~x3段是直线,则下列说法正确的是( )

A.x1处电场强度为零

B.x1、x2、x3处电势φ1、φ2、φ3的关系为φ1>φ2>φ3 C.粒子在0~x2段做匀变速运动,x2~x3段做匀速直线运动 D.x2~x3段是匀强电场

ABD [本题考查对电势能Ep随坐标x的变化曲线的理解及粒子运动情况的分析。根据Δφ电势能与电势的关系Ep=qφ和场强大小与电势的关系E=,得场强大小与电势能的关

Δx1ΔEp

系E=·,在x1处Ep-x图线切线斜率为零,则x1处电场强度为零,故A正确。粒子带

qΔx负电,q<0,根据电势能与电势的关系,则知电势能越大,粒子所在处的电势越低,所以有

φ1>φ2>φ3,故B正确。由题图看出在0~x1段图象切线的斜率不断减小,可知场强减小,

粒子所受的电场力减小,加速度减小,做非匀变速运动;x1~x2段图象切线的斜率不断增大,场强增大,粒子所受的电场力增大,做非匀变速运动;x2~x3段斜率不变,场强不变,即电场强度大小和方向均不变,是匀强电场,粒子所受的电场力不变,做匀变速直线运动,故C错误,D正确。]

[跟进训练]

3.(多选)(2019·山西孝义摸底)a、b、c是静电场中一直线上的三个点,从a点释放一个初速度为零的电子,电子仅在电场力的作用下,由a点经b点运动到c点,其电势能随该电子位置的变化关系如图所示,则( )

A.该电场可能是孤立的点电荷产生的

B.电子在a点加速度的值大于在b点加速度的值 C.电场中a点的电势大于b点的电势

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D.电子从a点到c点的过程中动能先增大后减小

BD [若该电场为孤立点电荷产生,则电子的电势能应当单调变化,选项A错误;图线在a点的斜率的绝对值大于b点,故电子在a点受到的电场力和加速度也大于b点,选项B正确;由图可知,Epa>Epc>Epb,电子带负电,根据电势与电势能关系及能量守恒定律,则有

φa<φc<φb,Eka

v-t图象 1.由v-t图象的斜率变化分析带电粒子的加速度a的大小变化。 2.根据牛顿第二定律a==

FEq,判断场强E的大小变化。 mm3.根据v-t图象分析带电粒子做加速运动还是减速运动,进而分析场强的方向。 4.进而由场强的大小和方向分析电场的其他性质,如电场线、等势面、电势、电势能的变化等。

[典例示法] 一带负电粒子在电场中仅受静电力作用沿x轴正方向做直线运动的v-t图象如图所示,起始点O为坐标原点,下列关于电势φ、粒子的动能Ek、电场强度E、粒子加速度a与位移x的关系图象中可能合理的是( )

A B C D

C [由v-t图象可知速度减小,且加速度逐渐减小,电场力做负功,动能逐渐减小,而电场强度E==,所以沿+x方向场强逐渐减小,则电势不是均匀减小,所以A、B、D错误,C可能合理。]

[跟进训练]

4.(多选)(2019·黑龙江庆安三中月考)如图甲所示,Q1、Q2为两个被固定的点电荷,a、

Fmaqqb是它们连线的延长线上的两点。现有一带正电的粒子只在电场力作用下以一定的初速度从a点开始经b点向远处运动,粒子经过a、b两点时的速度分别为va、vb,其速度—时间图象

如图乙所示,下列说法正确的是( )

甲 乙

A.粒子由a点到b点运动过程中加速度逐渐增大 B.b点的电场强度一定为零 C.Q1的电荷量一定小于Q2的电荷量

D.粒子由a点到b点向远处运动过程中,粒子的电势能先增大后减小

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BD [速度—时间图线上每一点的切线斜率表示瞬时加速度,从题中图象可见粒子由a点到b点运动过程中加速度逐渐减小,故A错误;粒子从a到b做加速度减小的变速运动,在b点时粒子运动的加速度为零,则粒子所受电场力为零,所以b点场强为零,故B正确;由于b点的场强为零,所以有kQ1Q2

=k,由于r2b

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