2022年高考物理一轮复习讲练测（新教材新高考）·2022年高考物理一轮复习讲练测（新教材新高考）专题7.2 电场能的性质【讲】

专题7．2　电场能的性质【讲】

一、讲核心素养

1．物理观念：电势能、电势、电势差。

知道静电场中的电荷具有电势能。了解电势能、电势和电势差的含义。

2．科学思维：电势差与电场强度的关系、电场中的图像。

（1）掌握匀强电场中电势差及其与电场强度的关系

（3）掌握利用图象分析静电场性质的方法，培养学生们通过“数形结合思想”分析问题的能力。

3．科学态度与责任：静电现象应用与安全。

了解生产生活中关于静电的利用与防护的实例。

二、讲必备知识

【知识点一】电势高低、电势能大小的判断

1．电势高低的判断

2．电势能大小的判断

（2020·全国卷Ⅲ，21）

【素养升华】本题考察的学科素养主要是物理观念及科学思维

【变式训练1】（2021·广东韶关质检）

【变式训练2】（2021·1月广东学业水平选择考适应性测试，4）

【知识点二】电势差与电场强度的关系

1．公式E＝$\frac{U}{d}$的三点注意

（1）只适用于匀强电场．

（2）d为某两点沿电场强度方向上的距离，或两点所在等势面之间的距离．

（3）电场强度的方向是电势降低最快的方向．2．纵向拓展

推论1：匀强电场中的任一线段AB的中点C的电势，φ_C＝$\frac{{\phi }_A+{\phi }_B}{2}$，如图甲所示．

推论2：匀强电场中若两线段AB∥CD，且AB＝CD，则U_AB＝U_CD（或φ_A－φ_B＝φ_C－φ_D），如图乙所示．

3．横向拓展

公式E＝$\frac{U}{d}$只能适用于匀强电场的定量计算，但在非匀强电场中，可以用该式进行定性判断．

（2021·福建福州市4月模拟）

【素养升华】本题考察的学科素养主要是科学思维。要求考生能正确理解电势差与电场强度的关系及电场线与等势面的关系。

【技巧方法】应用E＝$\frac{U}{d}$关系的解题思路

【变式训练1】（2021·山东青岛市上学期期末）

【变式训练2】（2021·福建漳州市第一次教学质检）

【知识点三】电场线、等势线（面）及带电粒子的运动轨迹问题

1．等势线总是和电场线垂直，已知电场线可以画出等势线，已知等势线也可以画出电场线．

2．几种典型电场的等势线（面）

电场	等势线（面）	重要描述
匀强电场		垂直于电场线的一簇平面
点电荷的电场		以点电荷为球心的一簇球面
等量异种点电荷的电场		连线的中垂线上电势处处为零
等量同种（正）点电荷的电场		连线上，中点的电势最低；中垂线上，中点的电势最高

（2021·江苏南通市5月第二次模拟）

【素养提升】本题考察的学科素养主要是科学思维。

【方法技巧】电场中“三线”问题的分析方法

（1）从轨迹的弯曲方向判断受力方向（轨迹向合外力方向弯曲），从而分析电场方向或电荷的正负。

（2）结合轨迹、速度方向与静电力的方向，确定静电力做功的正负，从而确定电势能、电势和电势差的变化等。

（3）根据动能定理或能量守恒定律判断动能的变化情况。

【变式训练1】（2021·黑龙江省实验中学高三下学期开学考试）

【变式训练2】（2021·广东揭阳市下学期第二次模拟）

三、讲关键能力------电场中的四类图象问题

几种常见图象的特点及规律

类型一　v－t图象

根据v－t图象的速度变化、斜率变化（即加速度大小的变化），可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。

（2021·山东泰安市4月多校联考）

【素养提升】本题考察的学科素养主要是物理观念及科学思维。

【要点提炼】1．由v­t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＝$\frac{F}{m}$＝$\frac{Eq}{m}$，判断场强E的大小变化。

3．根据v­t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。

【变式训练1】（2021·宁夏石嘴山市模拟）

类型二　φ－x图象

1．在φ－x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。

2．在φ－x图象中分析电荷移动时电势能的变化，可用W_AB＝qU_AB，进而分析W_AB的正负，然后作出判断。

3．在φ－x图象中可以判断电场类型，如下图所示，如果图线是曲线，则表示电场强度的大小是变化的，电场为非匀强电场；如果图线是倾斜的直线，则表示电场强度的大小是不变的，电场为匀强电场。

4．在φ－x图象中可知电场强度的方向，进而可以判断电荷在电场中的受力方向。

（2021·山东省等级考试第二次模拟）

【素养提升】本题考察的学科素养主要是物理观念及科学思维

【要点提炼】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W_AB＝qU_AB，进而分析W_AB的正负，然后作出判断。

【变式训练2】（2021·山西长治市3月模拟）

类型三　E－x图象

1．E－x图象反映了电场强度随位移变化的规律，E＞0表示电场强度沿x轴正方向；E＜0表示电场强度沿x轴负方向。

2．在给定了电场的E－x图象后，可以由图线确定电场强度、电势的变化情况，

E－x图线与x轴所围图形“面积”表示电势差（如下图所示），两点的电势高低根据电场方向判定。在与粒子运动相结合的题目中，可进一步确定粒子的电性、动能变化、电势能变化等情况。

3．在这类题目中，还可以由E－x图象画出对应的电场，利用这种已知电场的电场线分布、等势面分布或场源电荷来处理相关问题。

（2021·河南南阳市上学期期末）

【素养提升】本题考察的学科素养主要是物理观念及科学思维

【要点提炼】1．E­x图象反映了电场强度随位移变化的规律。

2．E­x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。

【变式训练3】（2021·福建厦门市五月质检）

类型四　E_p－x图象

1．反映了电势能随位移变化的规律。

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。

（2021·江西重点中学协作体第一次联考）

【素养提升】本题考察的学科素养主要是物理观念及科学思维。

【变式训练4】（2021·湖南衡阳市第一次联考）