高中物理第一章静电场14电势能和电势学案选修31.docx
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高中物理第一章静电场14电势能和电势学案选修31.docx
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高中物理第一章静电场14电势能和电势学案选修31
第一章第四节电势能和电势
[学习
目标]
1.知道静电力做功的特点,掌握静电力做功与电势能变化的关系.
2.理解电势能、电势的概念,能根据电场线判断电势高低.
3.知道
什么是等势面,并能理解等势面的特点.
任务一
:
完成下列两个问题,总结并写出静电力做功特点。
1.如图1所示,试探电荷q在电场强度为E的匀强电场中,沿直线从
A移动到B,静
电力做的功为多少?
若q沿折线AMB从A点移动到B点,静电力做的功为多少?
图1
答案 静电力F=
qE,静电力与位移夹角为θ,静电力对试探电荷q做的功W=F·|AB|cosθ=qE·|AM|.在线段AM上静电力做的功W1=qE·|AM|,在线
段MB上静电力做的功W2=0,总功W=W1+W2=qE·|AM|.
2.若q沿任意曲线从A点移动到B点,静电力做的功为多少?
由此可得出什么结论.
答案 W=qE·|AM|.电荷在匀强电场中从不同路径由A运动到B,静电力做功相同.说明静电力做功与路径无关,只与初、末位置有关.
总结静电力做功的特点
1.静电力做功的特点:
静电力对
某电
荷所做的功,与该电荷的电荷量有关,与电荷经过的路径无关,与电场是否是匀强电场也无关.
2.静电力做功与重力做功相似,只要初、末位置确定了,移动电荷q
做的功就是确定值.
任务二:
仔细阅读课本,
完成下列问题。
类比重力做功与重力势能变化的关系,静电力做正功,电势能如何变化?
静电力做负功,电
势能如何变化?
静电力做功与
电势能变化有怎样的数量关系?
答案 静电力做正功
,电势能减少;静电力做负功,电势能增加.
静电力做功的值等于电势能的变化量,即:
WAB=EpA-EpB.
总结电势能特点:
1.电势能:
由于移动电荷时静电力做的功与移动的路径无关,电荷在电场中也具有势能,这种势能叫做电势能,可用Ep表示.
2.电场力做功是电势能变化的量度,用公式表示为WAB=EpA-EpB,即电场力做正功,电荷的电势能减少,电场力做负
功,电荷的电势能增加.
3.电荷在某点的电势能,等于把它从这点移动到零势能位置时静电力做的功.
4.电势能具有相对性.
电势能零点的规定:
通常把电荷在离场源电荷无限远处的电势能规定为零,或把电荷在大地表面上的电势能规定为零.
当正电荷顺着电场线运动时,静电力做什么功?
电势能是增加还是减少?
当负电荷顺着电场线运动时,静电力做什么功?
电势能是增加还是减少?
答案 正电荷顺着电场线运动时,静电力做正功,电势能减少.负电荷顺着电场线运动时,静电力做负功,电势能增加.
任务三:
阅读课本,完成下列问题。
1.如图2所示的匀强电场,场强为E,取O点为零势能点,A点距O点为l,AO连线与电场线的夹角为θ.电荷量分别为q和2q的试探电荷在A点的电势能为多少?
电势能与电荷量的比值各是多少?
图2
答案 由EpA-EpO=WAO=Eqlcosθ,知电荷量为q和2q的试探电荷在A点的电势能分别为
Eqlcosθ、2Eqlcosθ;电势能与电
荷量的比值相同,都为Elcosθ.
总结提高:
1.电荷在
电场中某一点的电势能与它的电荷量的比值,叫做这一点的电势.如果用φ表示电势,用Ep表示电荷q的电势能,则φ=
,单位为伏特,符号为V.
2.电势的标量性:
电势是标量,只有大小,没有方向,但有正负之分,电势为正表示比零电势高,电势为负表示比零电势低.
3.电势的相对性:
零电势点的选取原则:
一般选大地或无限远处为零电势点,只有选取了零电势点才能确定某点的电势大小.
4.电势是描述电场性质的物理量,决定于电场本身,与试探电荷无关.
5.判断电势高低的方法:
(1)利用电场线:
沿
着电场线方向电势逐渐降低(此为主要方法);
(2)利用公式φ=
判断,即在正电荷的电势能越大处,电势越高,负电荷电势能越大处,电势越低.
任
务四:
阅读课本,完成下列问题。
1.类比地图上的等高线,简述什么是等势面?
答案 电场中电势相等的点构成的面
.
2.为什么等势面一定跟电场线垂直?
答案 在同一等势面上移动电荷时,电势能不变,所以电场力不做功,即电场力方向与等势面垂直,如果不垂直,电场强度就有一个沿着等势面的分量,在等势面上移动电荷时静电力就要做功,所以等势面一定跟电场线垂直.
总结提高:
1.电场中电势相同的各点构成的面叫等势面.
2.等势面的特点:
(1)在同一等势面上移动电荷时,静电力不做功.
(2)电场线跟等势面垂直,并且由电势高的等势面指向电势低的等势面.
(3)等势面密的地方,电
场强度较强;等势面疏的地方,电场强度较弱.
(4)任意两个等势面不相交.
[延伸思考] 请大致画出点电荷、等量异号点电荷、等量同号点电荷和匀强电场的等势面.简述它们的特点?
答案
(1)点电荷的等势面:
点电荷的等势面是以点电荷为球心的一簇球面.
(2)等量异号点电荷的等势面:
等量异号点电荷的连线上,从正电荷到负电荷电势越来越低,中垂线
是一等势线.
(3)等量
同号点电荷的等势面:
等量正点电荷连线的中点电势最低,中垂线上该点的电势最高,从中点沿中垂线向两侧,电势越来越低.连线上和中垂线上关于中点的对称点等势.等量负点电荷连线的中点电势最高,中垂线上该点的电势最低.从
中点沿中垂线向两侧,电势
越来越高,连线上和中垂线上关于中点的对称点等势.
(4)匀强电场的等势面:
匀强电场的等势面是垂直于电场线的一簇平行等间距的平面.
说明:
等势面密集处电场线也密集.任意两个等势面不会相交.
高考理综物理模拟试卷
注意事项:
1.答题前,考生先将自己的姓名、准考证号填写清楚,将条形码准确粘贴在考生信息条形码粘贴区。
2.选择题必须使用2B铅笔填涂;非选择题必须使用0.5毫米黑色字迹的签字笔书写,字体工整、笔迹清楚。
3.请按照题号顺序在各题目的答题区域内作答,超出答题区域书写的答案无效;在草稿纸、试题卷上答题无效。
4.保持卡面清洁,不要折叠,不要弄破、弄皱,不准使用涂改液、修正带、刮纸刀。
一、单项选择题
1.一列简谐横波某时刻的波形如图所示.P为介质中的一个质点,波沿x轴的正方向传播。
下列说法正确的是
A.质点P此时刻的速度沿y轴的负方向
B.质点P此时刻的加速度沿y轴的正方向
C.再过半个周期时,质点P的位移为负值
D.经过一个周期,质点P通过的路程为2a
2.如图所示,斜面AD和BD与水平方向的夹角分别为60°和30°,两斜面的A端和B端在同一竖直面上,现让两个可视为质点的物块分别从两斜面的顶端同时由静止下滑,结果两物块同时滑到斜面底端D,设两物块与AD、BD面间的动摩擦因数分别为
和
,则
为()
A.
:
1B.1:
C.1:
3D.3:
1
3.如图,在倾角为θ的斜面顶端将三个小球M、N、P分别以
、v0、2v0的初速度沿水平方向抛出,N恰好落到斜面底端。
已知sinθ=
,不计空气阻力,重力加速度大小为g。
则M落到斜面时的速度大小与P落到地面时的速度大小之比为
A.13︰100B.1︰4C.1︰16D.
︰10
4.如图所示,匀强电场的电场强度方向与水平方向夹角为30°且斜向右上方,匀强磁场的方向垂直于纸面(图中未画出)。
一质量为m、电荷量为q的带电小球(可视为质点)以与水平方向成30°角斜向左上方的速度v做匀速直线运动,重力加速度为g。
则
A.匀强磁场的方向可能垂直于纸面向外
B.小球可能带正电荷
C.电场强度大小为
D.磁感应强度的大小为B=
5.关于能量和能源,下列说法正确的是()
A.在能源的利用过程中,由于能量在数量上并未减少,所以不需要节约能源
B.能量耗散说明能量在转化的过程中,其总量会不断减少
C.能量耗散现象说明,在能量转化的过程中,可利用的品质降低了
D.人类在不断地开发和利用新能源,所以能量可以被创造
6.最近,不少人喜欢踩着一种独轮车,穿梭街头。
这种独轮车全名叫电动平衡独轮车,其中间是一个窄窄的轮子,两侧各有一块踏板。
当人站在踏板上向右运动时,可简化为如图甲、乙所示的模型。
关于人在运动中踏板对人脚的摩擦力,下列说法正确的是
A.考虑空气阻力,当人以如图甲所示的状态向右匀速运动时,脚所受摩擦力向左
B.不计空气阻力,当人以如图甲所示的状态向右加速运动时,脚所受摩擦力向左
C.考虑空气阻力,当人以如图乙所示的状态向右匀速运动时,脚所受摩擦力可能为零
D.不计空气阻力,当人以如图乙所示的状态向右加速运动时,脚所受摩擦力不可能为零
二、多项选择题
7.下列说法正确的是_____。
A.液晶显示器是利用了液晶对光具有各向同性的特点
B.只要能减弱气体分子热运动的剧烈程度,气体的温度就可以降低
C.一定量100℃的水变成100℃的水蒸气,其分子之间的势能增加
D.用气体的摩尔体积和阿伏伽德罗常数就可以估算出气体分子的体积
E.一辆空载的卡车停于水平地面,在缓慢装沙的过程中,若车胎不漏气,胎内气体温度不变,不计分子间势能,则胎内气体向处界放热
8.以下对固体和液体的认识,正确的有________。
A.烧热的针尖接触涂有蜂蜡薄层的云母片背面,熔化的蜂蜡呈椭圆形,说明蜂蜡是晶体
B.液体与固体接触时,如果附着层内分子比液体内部分子稀疏,表现为不浸润
C.影响蒸发快慢以及人们对干爽与潮湿感受的因素是空气中水蒸气的压强与同一气温下水的饱和汽压的差距
D.液体汽化时吸收的热量等于液体分子克服分了引力而做的功
E.车轮在潮湿的地面上滚过后,车辙中会渗出水,属于毛细现象
9.如图所示,A、B、C、D为竖直平面内一正方形的四个顶点,已知A、B、C点分别固定电荷量为+q的点电荷,D点固定电荷量为-q的点电荷。
一根光滑、绝缘的细管MN竖直固定放置,且M端和N端恰好位于正方形AB边和CD边的中点处,现有一直径略小于细管内径的带正电的小球,从细管的M端由静止释放,则小球从M端下落到N端的过程中,下列说法正确的是
A.小球的速率先增大后减小
B.小球的速率一直增大
C.小球的电势能先增大后减小
D.细管对小球的弹力一直增大
10.如图所示,A、B、C、D为匀强电场中相邻的等势面,一个电子垂直经过等势面D时的动能为20eV,经过等势面C时的电势能为-10eV,到达等势面B时的速度恰好为零,已知相邻等势面间的距离为5cm,不计电子的重力,下列正确的是()
A.C等势面的电势为10V
B.匀强电场的场强为200V/m
C.电子再次经过D等势面时,动能为10eV
D.电子的运动是匀变速曲线运动
三、实验题
11.某同学做验证“力的平行四边形定则”实验,其装置如图甲所示,A为固定橡皮筋的图钉,OB、OC为细绳,O为橡皮筋与细绳的结点,图乙是根据实验数据画出的力的图示。
(1)图甲中弹簧秤B读数为________N;
(2)图乙中的F和F′两力中,方向一定沿AO方向的是________(选填F或F′);
(3)本实验采用的科学方法是________。
A.理想实验法B.等效替代法C.控制变量法D.建立物理模型法
12.王红同学到实验室做“测定电源电动势和内阻”的实验时,发现实验桌上还有一个定值电阻
.他设计了如图所示的电路来测量
的阻值,实验时用
、
、I分别表示电表V1、V2、A的读数,并将滑动变阻器的滑片P移动到不同位置时,记录了
、
、I的一系列值.
(1)他在同一坐标纸上分别作出
-I、
-I图线,则所作的直线斜率较大的是____
(2)定值电阻
的计算表达式是
=_____________(用测得的物理量表示),若实验中的所有操作和数据处理无错误,实验中测得
值_______(填“大于”、“等于”或“小于”)实际值。
(3)张超同学说:
“在王红同学所用的实验器材中,如果知道电流表的内阻
,就能少用一个电压表测出电动势、内阻以及
的值。
请你在虚线框中画出张超同学设想的电路图___________,并写出简单实验步骤和E、
、
三个物理量的计算式_________________________________。
四、解答题
13.如图甲所示,长为L=4.5m的薄木板M放在水平地面上,质量为m=lkg的小物块(可视为质点)放在木板的左端,开始时两者静止。
现用一水平向左的力F作用在木板M上,通过传感器测m、M两物体的加速度与外力F的变化关系如图乙所示。
已知两物体与地面之间的动摩擦因数相同,且最大静摩擦力等于滑动摩擦力,g=10m/s2。
求:
(1)m、M之间的动摩擦因数;
(2)M的质量及它与水平地面之间的动摩擦因数;
(3)若开始时对M施加水平向左的恒力F=29N,求:
t=4s时m到M右端的距离.
14.如图甲所示,一个重力不计的弹性绳水平放置,a、b、c是弹性绳上的三个质点。
现让质点a从t=0时刻开始在竖直面内做简谐运动,其位移随时间变化的振动方程为x=20sin(5πt)cm,形成的简谐波同时沿该直线向ab和ac方向传播。
在t1=0.8s时刻质点b恰好第一次到达正向最大位移处,a、b两质点平衡位置间的距离L1=1.4m,a、c两质点平衡位置间的距离L2=0.6m。
求:
①此横波的波长和波速;
②在图乙中画出质点c从t=0时刻开始位移随时间变化的振动图像(要求写出计算过程)。
【参考答案】
一、单项选择题
题号
1
2
3
4
5
6
答案
C
D
D
D
C
C
二、多项选择题
7.BCE
8.BCE
9.BD
10.AB
三、实验题
11.
(1)11.40
(2)F(3)B
12.U2-I的图线
大于
步骤见解析;①E=
②rA=
③R0=
四、解答题
13.
(1)
(2)4kg;
(3)
14.①
②
高考理综物理模拟试卷
注意事项:
1.答题前,考生先将自己的姓名、准考证号填写清楚,将条形码准确粘贴在考生信息条形码粘贴区。
2.选择题必须使用2B铅笔填涂;非选择题必须使用0.5毫米黑色字迹的签字笔书写,字体工整、笔迹清楚。
3.请按照题号顺序在各题目的答题区域内作答,超出答题区域书写的答案无效;在草稿纸、试题卷上答题无效。
4.保持卡面清洁,不要折叠,不要弄破、弄皱,不准使用涂改液、修正带、刮纸刀。
一、单项选择题
1.如图所示,B为线段AC的中点,如果在A处放一个+Q的点电荷,测得B处的场强EB=60N/C,则下列说法正确的
A.C处的场强大小为EC=30N/C
B.C处的场强大小为EC=20N/C
C.若要使EB=0,可在C处放一个-Q的点电荷
D.把q=10-9C的点电荷放在C点,则其所受电场力的大小为1.5×10-8N
2.如图甲所示,木块A和B用一个轻质弹簧连接,竖直放置在水平地面上,最初系统静止。
现用力缓慢拉木块A直到木块B刚好离开地面,测得木块B对地面的压力N相对应两木块之间的距离L,作出N-L图象如图乙,下列说法正确的是()
A.图象中
的数值等于木块B的重力
B.图象中
表示弹簧的自然长度
C.图线斜率的绝对值表示弹簧的劲度系数
D.图线与横轴间围成的三角形面积的数值等于地面对系统做的功
3.小车静止在光滑的水平导轨上,一个小球用细绳悬挂在车上由图中位置无初速释放,在小球下摆到最低点的过程中,下列说法正确的是()
A.绳对球的拉力不做功
B.球克服绳拉力做的功等于球减少的机械能
C.绳对车做的功等于球减少的动能
D.球减少的重力势能等于球增加的动能
4.蹦床是一项运动员利用从蹦床反弹中表现杂技技巧的竞技运动,一质量为50kg的运动员从1.8m高出自由下落到蹦床上,若从运动员接触蹦床到运动员陷至最低点经历了0.2s,则这段时间内蹦床对运动员的冲量大小为(取g=10m/s2,不计空气阻力)()
A.400N•sB.300N•sC.200N•sD.100N•s
5.下图表示一条放在磁场里的通电直导线,导线与磁场方向垂直,图中分别标明电流、磁感应强度和安培力这三个物理量的方向,关于三者方向的关系,下列选项中正确的是()
A.
B.
C.
D.
6.一个物体自由下落6s后落地,则在开始2s内和最后2s内通过的位移之比为()
A.1:
5B.3:
5C.3:
11D.1:
3
二、多项选择题
7.下列说法正确的是_______
A.物体温度降低,其内能一定减小
B.当水蒸气达到饱和状态时,仍然有水分子不断从液体中逸出
C.各种晶体的微观结构中,其原子(或分子、离子)都是按照一定的规则排列,具有空间上的周期性
D.一定质量的理想气体在体积不变时,分子每秒与器壁平均碰撞次数随着温度降低而减小
E.气体分子的体积大小等于气体的摩尔体积跟阿伏伽德罗常数的比值
8.图甲为=0时刻沿x轴方向传播的某简谐横波的波形图,a、b、c、d是横波上的四个质点;图乙是横波上质点b的振动图象,则下列说法正确的是___________
A.t=0时刻质点c的速度大小与质点d的速度大小相等
B.t=0时刻质点a的加速度大小比质点b的加速度大小小
C.从t=0时刻开始质点c比质点d先回到平衡位置
D.0~0.5s时间内质点c的运动路程和质点d的运动路程相等
E.0~2s时间内质点c、d的运动路程均为20cm
9.质点做直线运动的速度v~时间t图像如图所示,该质点()
A.在第1秒末速度方向发生了改变
B.在第2秒末加速度方向发生了改变
C.第1秒末和第3秒末的位置相同
D.在前4秒内发生的位移为零
10.如图所示,回旋加速器D形盒的半径为R,所加磁场的磁感应强度为B,被加速的质子从D形盒中央由静止出发,经交变电场加速后进入磁场.设质子在磁场中做匀速圆周运动的周期为T,若忽略质子在电场中的加速时间,则下列说法正确的是()
A.如果只增大交变电压U,则质子在加速器中运行时间将变短
B.如果只增大交变电压U,则电荷的最大动能会变大
C.质子在电场中加速的次数越多,其最大动能越大
D.交流电的周期应为T
三、实验题
11.水平地面上的木箱质量为20kg,用大小为100N的水平力推木箱,恰好能使木箱匀速前进;若用同样大小的力与水平方向成37°角向上拉木箱,如图所示,木箱的加速度为多大?
(取g=10m/s2,sin37=0.6,cos37°=0.8)
12.用如图所示的装置可以探究做匀速圆周运动的物体需要的向心力的大小与哪些因素有关。
(1)本实验采用的科学方法是______
A.控制变量法B.累积法C.微元法D.放大法
(2)图示情景正在探究的是______
A.向心力的大小与半径的关系B.向心力的大小与线速度大小的关系
C.向心力的大小与角速度大小的关系D.向心力的大小与物体质量的关系
(3)通过本实验可以得到的结果是______
A.在质量和半径一定的情况下,向心力的大小与角速度成正比
B.在质量和半径一定的情况下,向心力的大小与线速度的大小成正比
C.在半径和角速度一定的情况下,向心力的大小与质量成正比
D.在质量和角速度一定的情况下,向心力的大小与半径成反比。
四、解答题
13.如图所示,光滑导轨MN和PQ固定在竖直平面内,导轨间距为L,两端分别接有阻值均为R的定值电阻R1和R2。
两导轨间有一边长为
的正方形区域abcd,该区域内有磁感应强度大小为B,方向垂直纸面向里的匀强磁场。
一质量为m的金属杆与导轨相互垂直且接触良好,从ab处由静止释放,若金属杆离开磁场前已做匀速运动,其余电阻均不计。
重力加速度为g。
求:
(1)金属杆离开磁场时速度的大小;
(2)金属杆穿过整个磁场过程中电阻R1上产生的电热。
14.如图所示,足够长导轨倾斜放置,导轨平面与水平面夹角θ=370,导轨间距L=0.4m,其下端连接一个R=2Ω的定值电阻,其它电阻不计.两导轨间存在垂直于导轨平面向下的匀强磁场,磁感应强度B=0.5T。
一质量为m=0.02kg的导体棒ab垂直于导轨放置,导体棒与导轨间的动摩擦因数
,现将导体棒由静止释放,取重力加速度g=10m/s2,sin370=0.6,cos370=0.8.
(1)求ab棒下滑过程中电阻R消耗的最大功率;
(2)若导体棒从静止加速到v=1m/s的过程中,通过R的电量q=0.3C,求此过程中系统产生的总热量Q;
(3)若磁场方向变为竖直向下,大小不变,导轨光滑,求运动过程中的最大速度。
【参考答案】
一、单项选择题
题号
1
2
3
4
5
6
答案
D
C
B
A
D
A
二、多项选择题
7.BCD
8.ACE
9.CD
10.AD
三、实验题
11.5m/s2
12.
(1)A
(2)D(3)C
四、解答题
13.
(1)
.
(2)
14.
(1)
(2)
(3)
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