第2講電場能的性質(zhì)情境導(dǎo)思為了避免雷擊損壞建筑,我們常在建筑頂部安裝避雷針,如圖所示,雷雨天帶有負(fù)電的烏云飄過一棟建筑物上空時(shí),在避雷針周圍形成電場,電場的等差等勢面a、b、c、d分布情況如圖所示,在等勢面中有A、B、C三點(diǎn)。(1)避雷針附近的電場是勻強(qiáng)電場嗎?A、B兩點(diǎn)電場強(qiáng)度哪個(gè)大?(2)a、b、c、d等勢面中的電勢哪個(gè)最低?(3)現(xiàn)有一帶負(fù)電的雨點(diǎn)從烏云中下落,電勢能如何變化?知識構(gòu)建小題試做1.(多選)關(guān)于靜電場,下列結(jié)論普遍成立的是(

)[A]電場強(qiáng)度大的地方電勢高,電場強(qiáng)度小的地方電勢低[B]電場中任意兩點(diǎn)之間的電勢差只與這兩點(diǎn)的場強(qiáng)有關(guān)[C]在負(fù)點(diǎn)電荷產(chǎn)生的靜電場中,場強(qiáng)方向都指向電勢降低最快的方向[D]沿電場線方向移動時(shí),電勢一定降低CD小題試做2.(多選)避雷針上方有雷雨云時(shí),避雷針附近的電場線分布如圖所示。圖中中央的豎直黑線AB代表了避雷針,CD為水平地面。MN是電場線上兩個(gè)點(diǎn),則(

)CD考點(diǎn)一描述電場能的性質(zhì)的物理量1.求靜電力做功的四種方法2.電勢能大小的判斷3.幾種常見的電場的等勢面的特點(diǎn)電場等勢面(虛線)圖樣特點(diǎn)勻強(qiáng)電場垂直于電場線的一簇平面點(diǎn)電荷的電場以點(diǎn)電荷為球心的一簇球面等量異種點(diǎn)電荷的電場兩電荷連線的中垂面為等勢面等量正點(diǎn)電荷的電場在電荷連線上,中點(diǎn)電勢最低;在中垂線上,中點(diǎn)電勢最高[例1]【對相關(guān)物理量的理解】(2024·湖北卷,8)(多選)關(guān)于電荷和靜電場,下列說法正確的是(

)[A]一個(gè)與外界沒有電荷交換的系統(tǒng),電荷的代數(shù)和保持不變[B]電場線與等勢面垂直,且由電勢低的等勢面指向電勢高的等勢面[C]點(diǎn)電荷僅在電場力作用下從靜止釋放,該點(diǎn)電荷的電勢能將減小[D]點(diǎn)電荷僅在電場力作用下從靜止釋放,將從高電勢的地方向低電勢的地方運(yùn)動AC【解析】根據(jù)電荷守恒定律可知一個(gè)與外界沒有電荷交換的系統(tǒng),這個(gè)系統(tǒng)的電荷總量是不變的,故A正確;根據(jù)電場線和等勢面的關(guān)系可知電場線與等勢面垂直,且由電勢高的等勢面指向電勢低的等勢面,故B錯(cuò)誤;點(diǎn)電荷僅在電場力作用下從靜止釋放,電場力做正功,電勢能減小,其中正電荷將從電勢高的地方向電勢低的地方運(yùn)動,負(fù)電荷將從電勢低的地方向電勢高的地方運(yùn)動,故C正確,D錯(cuò)誤。[例2]【相關(guān)物理量的分析】(2024·廣東卷,8)(多選)污水中的污泥絮體經(jīng)處理后帶負(fù)電,可利用電泳技術(shù)對其進(jìn)行沉淀去污,基本原理如圖所示,涂有絕緣層的金屬圓盤和金屬棒分別接電源正、負(fù)極,金屬圓盤置于底部,金屬棒插入污水中,形成如圖所示的電場分布,其中實(shí)線為電場線,虛線為等勢面。M點(diǎn)和N點(diǎn)在同一電場線上,M點(diǎn)和P點(diǎn)在同一等勢面上。下列說法正確的有(

)[A]M點(diǎn)的電勢比N點(diǎn)的低[B]N點(diǎn)的電場強(qiáng)度比P點(diǎn)的大[C]污泥絮體從M點(diǎn)移到N點(diǎn),電場力對其做正功[D]污泥絮體在N點(diǎn)的電勢能比其在P點(diǎn)的大AC【解析】根據(jù)沿著電場線方向電勢降低可知M點(diǎn)的電勢比N點(diǎn)的低,故A正確;根據(jù)電場線的疏密程度可知N點(diǎn)的電場強(qiáng)度比P點(diǎn)的小,故B錯(cuò)誤;污泥絮體帶負(fù)電,從M點(diǎn)移到N點(diǎn),電場力對其做正功,電勢能減小,故C正確;M點(diǎn)和P點(diǎn)在同一等勢面上,則污泥絮體在M點(diǎn)的電勢能與在P點(diǎn)的電勢能相等,結(jié)合C項(xiàng)分析可知污泥絮體在P點(diǎn)的電勢能比其在N點(diǎn)的大,故D錯(cuò)誤。B考點(diǎn)二電勢差與電場強(qiáng)度的關(guān)系1.勻強(qiáng)電場中電勢差與電場強(qiáng)度的關(guān)系(1)UAB=Ed,d為A、B兩點(diǎn)沿電場方向的距離。(2)沿電場強(qiáng)度方向電勢降落得最快。2.勻強(qiáng)電場中電勢關(guān)系的兩個(gè)重要結(jié)論(2)在勻強(qiáng)電場中,沿任意方向相互平行且相等的線段兩端點(diǎn)的電勢差相等。C方法點(diǎn)撥(2)結(jié)合電場線疏密判斷電勢差大小:在非勻強(qiáng)電場中,距離d相等的兩點(diǎn)間電場線分布越密,平均電場強(qiáng)度E越大,根據(jù)U=Ed知電勢差U越大,反之則電勢差U越小。BC[例6]【等分法求解勻強(qiáng)電場的電場強(qiáng)度】(2024·江蘇無錫期末)一勻強(qiáng)電場的方向平行于xOy平面,平面內(nèi)a、b、c三點(diǎn)的位置如圖所示,三點(diǎn)的電勢分別為10V、10V、22V。下列說法正確的是(

)[A]電場強(qiáng)度的大小為2V/cm[B]坐標(biāo)原點(diǎn)處的電勢為-1V[C]電子在a點(diǎn)的電勢能比在c點(diǎn)的低12eV[D]電子從b點(diǎn)運(yùn)動到c點(diǎn),靜電力做功為12eVD規(guī)律方法等分法確定電場線及電勢高低的解題思路考點(diǎn)三電場線、等勢線(面)與粒子的運(yùn)動軌跡問題帶電粒子在電場中運(yùn)動軌跡問題的分析方法[例7](2024·甘肅卷,9)(多選)某帶電體產(chǎn)生電場的等勢面分布如圖中實(shí)線所示,虛線是一帶電粒子僅在此電場作用下的運(yùn)動軌跡,M、N分別是運(yùn)動軌跡與等勢面b、a的交點(diǎn)。下列說法正確的是(

)[A]粒子帶負(fù)電荷[B]M點(diǎn)的電場強(qiáng)度比N點(diǎn)的小[C]粒子在運(yùn)動軌跡上存在動能最小的點(diǎn)[D]粒子在M點(diǎn)的電勢能大于在N點(diǎn)的電勢能BCD【解析】根據(jù)粒子所受靜電力指向曲線軌跡的凹側(cè),電場線的方向由高電勢指向低電勢,可知帶電粒子帶正電荷,故A錯(cuò)誤;因?yàn)镸點(diǎn)的電勢大于N點(diǎn)的電勢,故粒子在M點(diǎn)的電勢能大于在N點(diǎn)的電勢能,故D正確;由于帶電粒子僅在電場作用下運(yùn)動,電勢能與動能總和不變,故可知當(dāng)電勢能最大時(shí)動能最小,故粒子在運(yùn)動軌跡上到達(dá)最大電勢處時(shí)動能最小,故C正確;等差等勢面越密集的地方電場強(qiáng)度越大,故M點(diǎn)的電場強(qiáng)度比N點(diǎn)的小,故B正確。(滿分:42分)課時(shí)作業(yè)1.(4分)關(guān)于靜電場,下列說法正確的是(

)[A]將負(fù)電荷由電勢低的地方移到電勢高的地方,電勢能一定增加[B]無論是正電荷還是負(fù)電荷,從電場中某點(diǎn)移到無窮遠(yuǎn)處時(shí),靜電力做的正功越多,電荷在該點(diǎn)的電勢能越大[C]在同一個(gè)等勢面上的各點(diǎn),電場強(qiáng)度的大小必然是相等的[D]電勢降低的方向就是電場強(qiáng)度的方向?qū)c(diǎn)1.描述電場能的性質(zhì)的物理量基礎(chǔ)對點(diǎn)練B【解析】將負(fù)電荷由電勢低的地方移到電勢高的地方,電勢能一定減少,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;無論是正電荷還是負(fù)電荷,從電場中某點(diǎn)移到無窮遠(yuǎn)處時(shí),靜電力做的正功越多,電荷在該點(diǎn)的電勢能越大,選項(xiàng)B正確;在同一個(gè)等勢面上的各點(diǎn),電場強(qiáng)度的大小不一定相等,例如等量異種點(diǎn)電荷連線的中垂線上各點(diǎn),選項(xiàng)C錯(cuò)誤;沿電場強(qiáng)度的方向電勢一定降低,但是電勢降低的方向不一定是電場強(qiáng)度的方向,選項(xiàng)D錯(cuò)誤。C3.(6分)(2024·山西太原模擬)(多選)中國象棋的棋盤呈長方形,由九條豎線和十條橫線相交組成,共有九十個(gè)交叉點(diǎn),開局時(shí)紅方和黑方各子的位置如圖所示,現(xiàn)將電荷量為+q(q>0)和-q(q>0)的兩個(gè)點(diǎn)電荷分別固定在黑方的“將”位置和紅方的“帥”位置,兩點(diǎn)電荷在棋盤網(wǎng)格線所在的平面內(nèi),則(

)[A]棋盤左側(cè)紅方“炮”所在位置與棋盤右側(cè)黑方“砲”所在位置的電場強(qiáng)度相同[B]棋盤右側(cè)紅方“俥”所在位置與棋盤左側(cè)黑方“車”所在位置的電勢相同[C]一電子沿直線從紅方正中間“兵”所在位置運(yùn)動到黑方正中間“卒”所在位置,此過程中靜電力一直做正功[D]電子在棋盤左側(cè)紅方“傌”所在位置的電勢能小于在棋盤右側(cè)黑方“馬”所在位置的電勢能AC對點(diǎn)2.電勢差與電場強(qiáng)度的關(guān)系4.(4分)(2022·福建卷,3)平時(shí)我們所處的地球表面,實(shí)際上存在場強(qiáng)大小為100V/m的電場,可將其視為勻強(qiáng)電場,在地面立一金屬桿后空間中的等勢面如圖所示?？臻g中存在a、b、c三點(diǎn),其中a點(diǎn)位于金屬桿正上方,b、c等高。則下列說法正確的是(

)[A]b、c兩點(diǎn)的電勢差Ubc=0[B]a點(diǎn)場強(qiáng)大小大于100V/m[C]a點(diǎn)場強(qiáng)方向水平向右[D]a點(diǎn)的電勢低于c點(diǎn)BD6.(4分)(2024·河南鄭州一模)2023年3月,中國科學(xué)家通過冷凍電鏡技術(shù)解析了晶態(tài)冰中蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu),電子顯微鏡是冷凍電鏡中的關(guān)鍵部分,其中一種電子透鏡的電場分布如圖所示,虛線為等勢面,相鄰等勢面間電勢差相等,一電子僅在電場力作用下的運(yùn)動軌跡如圖中實(shí)線所示,a、b是軌跡上的兩點(diǎn),下列說法正確的是(

)[A]電子在b點(diǎn)受到的電場力方向豎直向下[B]電子在a點(diǎn)的加速度小于在b點(diǎn)的加速度[C]a點(diǎn)的電勢高于b點(diǎn)的電勢[D]電子在a點(diǎn)的電勢能小于在b點(diǎn)的電勢能B對點(diǎn)3.電場線、等勢線(面)與粒子的運(yùn)動軌跡問題A

綜合提升練8.(6分)(2025·云南高考適應(yīng)性考試)(多選)空間中有方向與紙面平行的勻強(qiáng)電場,其中紙面內(nèi)P、Q和R三點(diǎn)分別是等邊三角形abc三邊