如图,四个完全相同的正点电荷固定在立方体ABCD-A′B′C′D′的四个顶点A、B、C、D,O、O′分别为正方形ABCD、A′B′C′D′的中心。下列说法正确的是A.同一点电荷从O点移动到A′点与从O点移动到B′点的过程中,电势能变化量相同
B.把一正点电荷从O点沿直线向B点移动的过程中,电场力一直做正功
C.把一电子从O点沿直线向O′点移动的过程中,电势能先减小后增大
D.若撤去A、C 两点的电荷,并把B点的正电荷换成电荷量相同的负电荷,把一质子从O点沿直线移动到O′点的过程中,电势能一直增大
【试题情境】
以立方体顶点放置等量正点电荷为模型,研究空间电场分布、电势变化与电场力做功、电势能变化问题,属于学习探索问题情境,重点考查点电荷电场叠加、电势与电势能变化规律。
【核心价值】
智育功能:通过空间电场的对称分析与叠加推理,训练电场、电势、电势能的综合分析能力,强化科学思维。
美育功能:体会立方体结构的空间对称美,感受点电荷电场叠加的规律美与逻辑严谨性。
【必备知识】
二级考点:点电荷电场强度、电场叠加原理、电势、电势能、电场力做功。
【关键能力】
理解能力、模型建构能力、推理论证能力。
【学科素养】
物理观念:建立电场的物质观、能量观与相互作用观,理解电场力做功与电势能变化的关系。
科学思维:利用立方体对称性进行电场与电势等效分析,通过科学推理判断电场力做功与电势能变化。
【考核目标】
本题主要考查物理学科核心素养中物理观念的电场能量观与相互作用观、科学思维的对称分析与逻辑推理;要求学生能利用空间对称性分析点电荷电场叠加,判断电势高低与电势能变化,解决立体电场中的电场力做功与能量变化问题。
2.(2023·北京·高考真题)如图所示,两个带等量正电的点电荷位于M、N两点上,E、F是MN连线中垂线上的两点,O为EF、MN的交点,EO=OF。一不计重力带负电的点电荷在E点由静止释放后()
A.做匀加速直线运动
B.在O点所受静电力最大
C.由E到O的时间等于由O到F的时间
D.由E到F的过程中电势能先增大后减小
【答案】C