[考法综述] 本考点知识在高考中考查频度较高。单独命题考查电势、电势能的
性质,交汇命题考查电场的性质、电场中的功能关系、有关电场的图象问题等,难度较高,因此复习本考点知识时应掌握:
4个概念——电势、等势面、电势能、电势差
4种典型电场(势)线——匀强电场、点电荷电场、等量异种点电荷的电场、等量同种点电荷电场的电场(势)线
2个判断——电势高低的判断、电势能大小的判断 1个关系——电场中的功能关系及处理方法
4类图象——v-t图象、φ-x图象、E-t图象、E-x图象 命题法1 对电势、电势差、电势能、等势面的理解
典例1 (多选)如图所示,在xOy坐标系中,将一带负电的试探电荷q由y轴上的a点移至x轴上的b点时,需克服电场力做功W;若将q从a点移至x轴上的c点时,也需克服电场力做功W。那么此空间存在的静电场可能是( )
A.电场强度沿y轴负方向的匀强电场 B.电场强度沿x轴正方向的匀强电场
C.位于第Ⅰ象限某一位置的正点电荷形成的电场 D.位于y轴上的一对等量异种电荷形成的电场 [答案] ACD
[解析] 电荷由a到b过程中-qUab=-W,由a到c过程中-qUac=-W,说明b、c两点电势相等,且a点电势比b、c两点电势高,在图1、3、4中b、c两点电势均相等,且a点电势比b、c两点电势高,图2中b、c两点电势不相等。
所以,A、C、D正确,B项错误。
【解题法】 电场力做功与电势能、电势、电势差间的逻辑关系
电场力做功与电势能变化、电势、电势差等密切相关,要正确判断相关问题,就要理顺它们之间的逻辑关系:
只要知道了其中的一类信息,就可以利用以上关系图推知其他信息。 命题法2 匀强电场中电场强度与电势差的关系
典例2 (多选)如图所示,A、B、C是匀强电场中平行于电场线的某一平面上的三个点,各点的电势分别为φA=5 V,φB=2 V,φC=3 V,H、F三等分AB,G为AC的中点,在下列各示意图中,能正确表示该电场强度方向的是( )
[答案] BC
[解析] 匀强电场中将任一线段等分,则电势差等分。把AB等分为三段,AB间电压为3 V,则每等分电压为1 V,H点电势为4 V,F点电势为3 V,将FC相连,则FC为等势线,电场线垂直于FC,从高电势指向低电势,C正确;把AC相连,分为两份,AC电压为2 V,则G点电势为4 V,GH为等势线,电场线垂直于GH,从高电势指向低电势,B正确。
【解题法】 匀强电场中找等势点的方法
(1)在匀强电场中,电势沿直线是均匀变化的,即直线上距离相等的线段两端的电势差值相等。
(2)等分线段找等势点法:将电势最高点和电势最低点连接后根据需要平分成若干段,必能找到第三点电势的等势点,它们的连线即等势面(或等势线),与其垂直的线即为电场线。
典例3 (多选) 如图所示,A、B、C、D、E、F为匀强电场中一个边长为10 cm的正六边形的六个顶点,A、B、C三点电势分别为1 V、2 V、3 V,正六边形所在平面与电场线平行。下列说法正确的是( )
A.通过CD和AF的直线应为电场中的两条等势线 B.匀强电场的场强大小为10 V/m C.匀强电场的场强方向为由C指向A
D.将一个电子由E点移到D点,电子的电势能将减少1.6×10[答案] ACD
-19
J
[解析] A、B、C三点的电势分别为1 V、2 V、3 V,由于匀强电场中任一直线上的电势分布都是均匀的,连接AC,则AC中点G的电势为2 V,因此BE连线为一条等势线,因此平行于BE的CD、AF为等势线,选项A正确;正六边形边长为10 cm,则由几何关系知CGU203=53 cm,由E=求得E= V/m,选项B错误;电场线垂直于等势线且由高电势指向
d3
低电势,选项C正确;将一个电子从E点移到D点,电场力做功W=-eUED=1.6×10根据电场力做功与电势能变化的关系知,电势能减少1.6×10
-19
-19
J,
J,选项D正确。
【解题法】 确定匀强电场的方向及电势高低的方法
(1)分析三个点的电势大小关系,找出电势最高点与最低点连线上与第三点电势相等的点。
(2)连接等势点,画出等势线。
(3)根据电场线与等势线垂直画出电场线。根据沿电场线方向电势降低,确定电场方向,在电场线上标出箭头。
(4)根据U=Ed及UAB=φA-φB求所求点的电势。
命题法3 电场力做功与功能关系
典例4 (多选) 如图所示,真空中的匀强电场与水平方向成15°角,AB线段垂直匀强电场E,现有一质量为m、电荷量为+q的小球在A点以初速度大小v0,方向水平向右抛出,经时间t小球下落到C点(图中未画出)时速度大小仍为v0,则小球由A点运动到C点的过程中,下列说法不正确的是( )
A.电场力对小球做功为零 122
B.小球的机械能减少量为mgt
2C.小球的电势能减小
D.C一定位于AB所在直线的右侧