0  120826  120834  120840  120844  120850  120852  120856  120862  120864  120870  120876  120880  120882  120886  120892  120894  120900  120904  120906  120910  120912  120916  120918  120920  120921  120922  120924  120925  120926  120928  120930  120934  120936  120940  120942  120946  120952  120954  120960  120964  120966  120970  120976  120982  120984  120990  120994  120996  121002  121006  121012  121020  447090 

2.(2013·天津·6)两个带等量正电的点电荷,固定在图15中PQ两点,MNPQ连线的中垂线,交PQO点,AMN上的一点.一带负电的试探电荷q,从A点由静止释放,只在静电力作用下运动,取无限远处的电势为零,则                ( )

图15

A.qAO的运动是匀加速直线运动

B.qAO运动的过程电势能逐渐减小

C.q运动到O点时的动能最大

D.q运动到O点时电势能为零

答案 BC

解析 qAO运动的过程中,电场力的方向始终由A指向O,但力的大小变化,所以电荷q做变加速直线运动,电场力做正功,q通过O点后在电场力的作用下做变减速运动,所以qO点时速度最大,动能最大,电势能最小,因无限远处的电势为零,则O点的电势φ≠0,所以qO点的电势能不为零,故选项B、C均正确,选项A、D错误.

模拟题组

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1.(2013·山东·19)如图14所示,在x轴上相距为L的两点固定两个等量异种点电荷+Q、-Q,虚线是以+Q所在点为圆心、为半径的圆,abcd是圆上的四个点,其中ac两点在x轴上,bd两点关于x轴对称.下列判断正确的是              ( )

图14

A.bd两点处的电势相同

B.四个点中c点处的电势最低

C.bd两点处的电场强度相同

D.将一试探电荷+q沿圆周由a点移至c点,+q的电势能减小

答案 ABD

解析 在两等量异种电荷产生的电场中,根据电场分布规律和电场的对称性可以判断,bd两点电势相同,均大于c点电势,bd两点场强大小相同但方向不同,选项A、B正确,C错误.将+q沿圆周由a点移至c点,+Q对其作用力不做功,-Q对其作用力做正功,所以+q的电势能减小,选项D正确.

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2.应对策略:

(1)vt图象:根据vt图象的速度变化、斜率变化(即加速度大小的变化),确定电荷所受电场力的方向与电场力的大小变化情况,进而确定电场的方向、电势的高低及电势能的变化.

(2)φx图象:①电场强度的大小等于φx图线的斜率大小,电场强度为零处,φx图线存在极值,其切线的斜率为零.②在φx图象中可以直接判断各点电势的大小,并可根据电势大小关系确定电场强度的方向.③在φx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,然后作出判断.

(3)Et图象:根据题中给出的Et图象,确定E的方向,再在草纸上画出对应电场线的方向,根据E的大小变化,确定电场的强弱分布.

例5 两个等量同种电荷固定于光滑水平面上,其连线中垂线上有ABC三点,如图12甲所示,一个电荷量为2 C,质量为1 kg的小物块从C点静止释放,其运动的vt图象如图乙所示,其中B点处为整条图线切线斜率最大的位置(图中标出了该切线).则下列说法正确的是                                                 ( )

甲     乙

图12

A.B点为中垂线上电场强度最大的点,场强E=2 V/m

B.由CA的过程中物块的电势能先减小后变大

C.由C点到A点的过程中,电势逐渐升高

D.AB两点电势差UAB=-5 V

解析 小物块在B点加速度最大,故B点场强最大,由vt图线知B点加速度为2 m/s2,据qEmaE=1 V/m,选项A错误;由CA的过程中小物块动能一直增大,电势能始终在减小,故电势逐渐降低,选项B、C错误;根据动能定理有qUABmvmv,解得UAB=-5 V,选项D正确.

答案 D

突破训练5 一带正电的检验电荷,仅在电场力作用下沿x轴从x=-∞向x=+∞运动,其速度v随位置x变化的图象如图13所示,xx1x=-x1处,图线切线的斜率绝对值相等且最大,则在x轴上                                          ( )

图13

A.xx1x=-x1两处,电场强度相同

B.xx1x=-x1两处,电场强度最大

C.x=0处电势最低

D.从xx1运动到x=+∞过程中,电荷的电势能逐渐减小

答案 BD

解析 在xx1x=-x1处斜率绝对值相等,则在两处的a大小相等,所以F大小相等.但由题图可知F方向相反,所以E的方向相反,A错误.在xx1x=-x1处斜率的绝对值最大,则在两处的a最大,FamqE,所以在两处的电场强度也最大,B正确.由图象可知在(-∞,0)上,F方向向左,则E的方向也向左,φ0应为最高,C错误.由图象可知在(0,+∞)上F方向向右,则E的方向也向右,电荷由x1运动到+∞时电场力做正功,电势能逐渐减小,故D正确.

高考题组

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1.主要类型:

(1)vt图象;(2)φx图象;(3)Et图象.

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30.静电场中涉及图象问题的处理方法和技巧

 

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3.无论能量如何变化,总是满足能量守恒定律.

突破训练4 如图11所示,虚线为匀强电场的等势线,一个带电小球以一定的速度射入该匀强电场后,运动轨迹如图所示,已知小球受到的重力不能忽略,则下列有关说法中正确的是                                                          ( )

图11

A.小球在b点的动能一定大于小球在a点的动能

B.若小球从a点向b点运动,则动能和电势能的和一定增加

C.若小球从b点向a点运动,则重力势能和电势能的和一定减小

D.根据图中信息不能确定小球在ab两点的电势能大小

答案 A

解析 由于等势线水平,则电场线一定沿竖直方向,根据曲线运动的轨迹与合外力的关系可知,小球受到的电场力一定向上,且合外力也竖直向上,由此可知若小球从a点向b点运动,合外力对小球做正功,故小球动能一定增加,若小球从b点向a点运动,合外力对小球做负功,故小球动能一定减少,则选项A正确;小球从a点向b点运动的过程中重力势能增加,根据能量守恒定律,可知动能和电势能的和一定减小,则选项B错误;同理可知小球从b点向a点运动过程中动能减小,则重力势能和电势能的和一定增加,则选项C错误;由于小球从a点向b点运动过程中,电场力一定做正功,则电势能一定减小,故小球在a点的电势能一定大于在b点的电势能,故选项D错误.

 

 

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2.要搞清几个功能关系:重力做功等于重力势能的变化,电场力做功等于电势能的变化,弹簧弹力做功等于弹性势能的变化,合外力做功等于动能的变化.

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1.电荷在电场中运动时,电场力做功将引起电势能与其他形式的能发生转化,电荷的机械能不再守恒.

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2.电场力做功的计算方法

(1)由公式WFlcos α计算,此公式只适用于匀强电场,可变形为:WqElcos α.

(2)由WqU来计算,此公式适用于任何形式的静电场.

(3)由动能定理来计算:W电场力W其他力=ΔEk.

(4)由电势能的变化来计算:WABEpAEpB.

例4 如图10所示,竖直向上的匀强电场中,绝缘轻质弹簧竖直立于水平地面上,上面放一质量为m的带正电小球,小球与弹簧不连接,施加外力F将小球向下压至某位置静止.现撤去F,小球从静止开始运动到离开弹簧的过程中,重力、电场力对小球所做的功分别为W1W2,小球离开弹簧时速度为v,不计空气阻力,则上述过程中( )

图10

A.小球与弹簧组成的系统机械能守恒

B.小球的重力势能增加-W1

C.小球的机械能增加W1mv2

D.小球的电势能减少W2

解析 本题考查势能大小的计算和机械能守恒定律.由于电场力做正功,故小球与弹簧组成的系统机械能增加,机械能不守恒,故A选项错误;重力做功是重力势能变化的量度,由题意知重力做负功,重力势能增加,故B选项正确;小球增加的机械能等于重力势能的增加量与小球动能的增加量之和,即-W1mv2,故C选项错误;根据电场力做功是电势能变化的量度,电场力做正功电势能减少,电场力做负功电势能增加,故D选项正确.

答案 BD

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1.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)除重力外,其他各力对物体做的功等于物体机械能的变化.

(4)所有力对物体所做功的代数和,等于物体动能的变化.

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