（浙江版 5年高考3年模擬A版）2020年物理總復(fù)習(xí) 專題七 靜電場(chǎng)課件.ppt

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1、專題七 靜電場(chǎng),高考物理（浙江專用）,考點(diǎn)一電場(chǎng)力的性質(zhì) 考向基礎(chǔ) 一、電荷與電荷守恒定律 1.元電荷:最小的電荷量叫做元電荷,用e表示,e=1.6010-19 C,最早由美國(guó)物理學(xué)家密立根測(cè)得。所有帶電體的電荷量都是元電荷的整數(shù)倍。 2.點(diǎn)電荷 當(dāng)帶電體間的距離比它們自身的大小大得多,以至于帶電體的形,考點(diǎn)清單,狀、大小及電荷分布對(duì)它們之間相互作用力的影響可以忽略不計(jì)時(shí),這樣的帶電體就可以看做帶電的點(diǎn),叫做點(diǎn)電荷。點(diǎn)電荷類似于力學(xué)中的質(zhì)點(diǎn),也是一種理想化的模型。 3.電荷守恒定律 (1)內(nèi)容:電荷既不能創(chuàng)生,也不能消滅,它只能從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體或從物體的一部分轉(zhuǎn)移到另一部分,在轉(zhuǎn)移的

2、過程中,電荷的總量保持不變。 (2)當(dāng)完全相同的帶電金屬球相接觸時(shí)電荷的分配規(guī)律:同種電荷總量平均分配,異種電荷先中和后平分。,二、靜電現(xiàn)象 1.三種起電方式的比較,2.靜電平衡 (1)導(dǎo)體中(包括表面)沒電荷定向移動(dòng)的狀態(tài)叫做靜電平衡狀態(tài)。 (2)處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體的特點(diǎn) a.內(nèi)部場(chǎng)強(qiáng)E=0,表面E的方向與該表面垂直。 b.表面和內(nèi)部各點(diǎn)電勢(shì)相等,即整個(gè)導(dǎo)體是一個(gè)等勢(shì)體,導(dǎo)體表面是一個(gè)等勢(shì)面。 c.導(dǎo)體內(nèi)部沒有未被抵消的凈電荷,電荷只分布在導(dǎo)體的外表面。 d.在導(dǎo)體外表面越尖銳的位置,電荷的密度越大,凹陷處幾乎沒有電荷。,3.靜電屏蔽 (1)兩種現(xiàn)象 現(xiàn)象1:由于靜電感應(yīng),導(dǎo)體外表面感應(yīng)

3、電荷的電場(chǎng)與外電場(chǎng)在導(dǎo)體內(nèi)部任一點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)的疊加結(jié)果為零,從而外部電場(chǎng)影響不到導(dǎo)體內(nèi)部,如圖所示。,現(xiàn)象2:由于靜電感應(yīng),接地導(dǎo)體殼內(nèi)表面感應(yīng)電荷的電場(chǎng)與殼內(nèi)電場(chǎng)在導(dǎo)體殼外表面以外空間的場(chǎng)強(qiáng)疊加結(jié)果為零,從而使接地的封閉導(dǎo)體殼內(nèi)部電場(chǎng)對(duì)殼外空間沒有影響,如圖所示。 (2)應(yīng)用:有的電學(xué)儀器和電子設(shè)備外面套有金屬罩,有的通信電纜的外面包有一層鉛皮等,都是用來(lái)防止外電場(chǎng)的干擾,起屏蔽作用的。,三、庫(kù)侖定律 1.內(nèi)容:真空中兩個(gè)靜止點(diǎn)電荷之間的相互作用力,跟它們的電荷量的乘積成正比,跟它們之間距離的二次方成反比,作用力的方向在兩 點(diǎn)電荷的連線上。 2.公式:F=k,式中的k=9109 Nm2/C2,叫

4、靜電力常量。 3.適用條件:點(diǎn)電荷;真空中。 四、電場(chǎng)、電場(chǎng)強(qiáng)度 1.電場(chǎng):電荷周圍存在的一種能用來(lái)傳遞電荷間相互作用的特殊物質(zhì)。電場(chǎng)對(duì)放入其中的電荷有力的作用。靜止電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)稱為 靜電場(chǎng)。,2.電場(chǎng)強(qiáng)度 (1)定義:放入電場(chǎng)中某點(diǎn)的電荷受的電場(chǎng)力F與它的電荷量q的比值。 (2)公式:E=。 思考:根據(jù)表達(dá)式E=,能說場(chǎng)強(qiáng)E與q成反比,與F成正比嗎?為什么? 答:不能。因電場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)大小決定于電場(chǎng)本身,而與試探電荷的受力和所帶電荷量無(wú)關(guān)。E=F/q為場(chǎng)強(qiáng)的定義式,非決定式。 (3)單位:N/C或V/m。 (4)矢量性:規(guī)定正電荷在電場(chǎng)中某點(diǎn)所受電場(chǎng)力的方向?yàn)樵擖c(diǎn)電場(chǎng)強(qiáng)度的方向。 (5)疊加性

5、:如果有幾個(gè)靜止電荷在空間同時(shí)產(chǎn)生電場(chǎng),那么空間某點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)是各場(chǎng)源電荷單獨(dú)存在時(shí)在該點(diǎn)所產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)的矢量和。,3.點(diǎn)電荷場(chǎng)強(qiáng)的計(jì)算式 (1)設(shè)在場(chǎng)源點(diǎn)電荷Q形成的電場(chǎng)中,有一點(diǎn)P與Q相距r,則P點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng) E=k。 (2)適用條件:真空中的點(diǎn)電荷形成的電場(chǎng)。,五、電場(chǎng)線 1.電場(chǎng)線及其特點(diǎn),2.幾種典型電場(chǎng)的電場(chǎng)線,考向突破 考向一庫(kù)侖定律 庫(kù)侖定律成立的條件及應(yīng)用 (1)庫(kù)侖定律適用于真空中、點(diǎn)電荷間的相互作用。 a.對(duì)于兩個(gè)均勻帶電絕緣球體,可以將其視為電荷集中于球心的點(diǎn)電荷,r為兩球心之間的距離。 b.對(duì)于兩個(gè)帶電金屬球,要考慮金屬球表面電荷的重新分布。 c.庫(kù)侖力的公式只在一定的范圍內(nèi)有

6、效,不能根據(jù)公式錯(cuò)誤地推論:當(dāng)r0時(shí),F。其實(shí),在這樣的條件下,兩個(gè)帶電體已經(jīng)不能再看做點(diǎn)電荷了。,(2)庫(kù)侖定律的應(yīng)用 對(duì)庫(kù)侖定律與力學(xué)的綜合應(yīng)用問題,解決此類問題的思路與解決力學(xué)問題的思路相同,即選取研究對(duì)象,受力分析,利用平衡條件或牛頓運(yùn)動(dòng)定 律列方程求解。 但需要注意庫(kù)侖力的特點(diǎn),特別是在動(dòng)態(tài)平衡問題、變速運(yùn)動(dòng)問題中,帶電體間距離發(fā)生變化時(shí),庫(kù)侖力也要發(fā)生變化,要分析力與運(yùn)動(dòng)的相互影響。,例1如圖所示,兩個(gè)半徑均為r的金屬球放在絕緣支架上,兩球面最近距離為r,帶等量異種電荷,電荷量為Q,電荷只分布在金屬球的表面上,兩球之間的靜電力(),A.等于kB.大于k C.小于kD.等于k,解析由

7、于兩金屬球帶等量異種電荷,電荷間相互吸引,因此電荷在金屬球上的分布不均勻,會(huì)向正對(duì)的一面集中,電荷間的平均距離就要比3r小。根據(jù)庫(kù)侖定律,靜電力一定大于k,故B對(duì),A、C錯(cuò)。電荷間相互 吸引,但不會(huì)使電荷全部集中在相距為r的兩點(diǎn)上,所以靜電力不等于k,D錯(cuò)。,答案B,考向二電場(chǎng)強(qiáng)度 1.電場(chǎng)強(qiáng)度三個(gè)計(jì)算公式的比較,2.電場(chǎng)強(qiáng)度的疊加問題 (1)等量同種電荷周圍電場(chǎng)的疊加(以正電荷為例,如圖所示) a.在A、B兩點(diǎn)連線上:中點(diǎn)O場(chǎng)強(qiáng)為零,從點(diǎn)O分別向點(diǎn)A或B,場(chǎng)強(qiáng)逐漸增大。 b.在中垂線MN上:O點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)為零,無(wú)窮遠(yuǎn)處場(chǎng)強(qiáng)也為零,其他各點(diǎn)不為零,在MN上從O到無(wú)窮遠(yuǎn)處場(chǎng)強(qiáng)先變大后變小。,(2)等量

8、異種電荷周圍電場(chǎng)的疊加(如圖所示) a.在A、B兩點(diǎn)的連線上:中點(diǎn)O的場(chǎng)強(qiáng)最小,越靠近A或B場(chǎng)強(qiáng)越大。 b.在中垂線MN上:中點(diǎn)O的場(chǎng)強(qiáng)最大,由O點(diǎn)到無(wú)窮遠(yuǎn)處場(chǎng)強(qiáng)逐漸變小。 (3)分析電場(chǎng)疊加問題的一般步驟 a.確定要分析計(jì)算的位置; b.分析該處存在的幾個(gè)分電場(chǎng),先計(jì)算出各個(gè)分電場(chǎng)強(qiáng)度的大小并判斷 其方向; c.利用平行四邊形定則作出矢量圖,根據(jù)矢量圖求解。,例2(2017浙江嵊州高級(jí)中學(xué)期中)兩個(gè)等量點(diǎn)電荷P、Q在真空中產(chǎn)生的電場(chǎng)的電場(chǎng)線(方向未畫出)如圖所示,一電子在A、B兩點(diǎn)所受的電場(chǎng)力分別為FA和FB,則它們的大小關(guān)系為() A.FA=FB B.FAFB D.無(wú)法確定,解析從圖中可以

9、看出,A點(diǎn)處電場(chǎng)線比B點(diǎn)處密,因此A點(diǎn)處場(chǎng)強(qiáng)比B點(diǎn)處強(qiáng),根據(jù)F=Eq可知,電子在A點(diǎn)處所受電場(chǎng)力大,故A、B、D錯(cuò)誤,C正確。故選C。,答案C,考點(diǎn)二電場(chǎng)能的性質(zhì) 考向基礎(chǔ) 一、靜電力做功與電勢(shì)能的變化 1.靜電力做功的特點(diǎn) (1)在電場(chǎng)中移動(dòng)電荷時(shí)靜電力做功與路徑無(wú)關(guān),只與初末位置有關(guān),可見靜電力做功與重力做功相似。 (2)在勻強(qiáng)電場(chǎng)中,靜電力做的功W=Eqd,其中d為沿電場(chǎng)線方向的距離。 2.靜電力做功與電勢(shì)能變化的關(guān)系 電場(chǎng)力對(duì)電荷做正功,電荷的電勢(shì)能減少(電勢(shì)能轉(zhuǎn)化為其他形式的能),即電場(chǎng)力做的功在數(shù)值上等于電勢(shì)能的減少,即WAB=EpA-EpB;電荷 克服電場(chǎng)力做功,電荷的電勢(shì)能增加

10、。,二、等勢(shì)面 1.定義:電場(chǎng)中電勢(shì)相等的各點(diǎn)組成的面。 2.特點(diǎn) (1)等勢(shì)面一定與電場(chǎng)線垂直,即跟場(chǎng)強(qiáng)的方向垂直。 (2)在同一等勢(shì)面上移動(dòng)電荷時(shí)電場(chǎng)力不做功。 (3)電場(chǎng)線總是從電勢(shì)高的等勢(shì)面指向電勢(shì)低的等勢(shì)面。 (4)等差等勢(shì)面越密的地方電場(chǎng)強(qiáng)度越大;反之,電場(chǎng)強(qiáng)度越小。,3.幾種常見的典型電場(chǎng)的等勢(shì)面比較,考向突破 考向一電勢(shì)能、電勢(shì)和電勢(shì)差 1.電場(chǎng)強(qiáng)度、電勢(shì)、電勢(shì)差、電勢(shì)能的比較,注意電勢(shì)、電勢(shì)差、電勢(shì)能、電場(chǎng)力的功、電荷量等物理量均為標(biāo)量,它們的正負(fù)意義不全相同,要注意比較區(qū)別,而矢量的正負(fù)一定表示方向。 2.電場(chǎng)線、等勢(shì)面、運(yùn)動(dòng)軌跡等綜合問題分析要點(diǎn) (1)帶電粒子所受合力(

11、往往僅為電場(chǎng)力) 指向軌跡曲線的凹側(cè)。 (2)某點(diǎn)速度方向?yàn)檐壽E上該點(diǎn)的切線方向。 (3)電場(chǎng)線或等差等勢(shì)面密集的地方場(chǎng)強(qiáng)大。 (4)電場(chǎng)線垂直于等勢(shì)面。 (5)電場(chǎng)力做正功,電勢(shì)能減小;電場(chǎng)力做負(fù)功,電勢(shì)能增大。 (6)有時(shí)還要用到牛頓第二定律、動(dòng)能定理等知識(shí)。,3.電場(chǎng)中的功能關(guān)系 (1)靜電力做功量度電勢(shì)能的減少量:靜電力做正功,電勢(shì)能減少;靜電力做負(fù)功,電勢(shì)能增加。 (2)只有靜電力做功,電勢(shì)能和動(dòng)能之和保持不變。 (3)只有靜電力和重力做功,電勢(shì)能、重力勢(shì)能、動(dòng)能三者之和保持不變,即電勢(shì)能和機(jī)械能之和保持不變。 (4)除靜電力以外的力對(duì)帶電體做的功等于帶電體電勢(shì)能、動(dòng)能之和的變化,此

12、時(shí)一般用動(dòng)能定理來(lái)進(jìn)行計(jì)算。,例3如圖所示,空間有一水平勻強(qiáng)電場(chǎng),在豎直平面內(nèi)有初速度為v0的帶電微粒,沿圖中虛線由A運(yùn)動(dòng)到B,其能量變化情況是() A.動(dòng)能減少,重力勢(shì)能增加,電勢(shì)能減少 B.動(dòng)能減少,重力勢(shì)能增加,電勢(shì)能增加 C.動(dòng)能不變,重力勢(shì)能增加,電勢(shì)能減少 D.動(dòng)能增加,重力勢(shì)能增加,電勢(shì)能減少,解析由于帶電微粒做直線運(yùn)動(dòng),其受力如圖所示 其所受合外力的方向應(yīng)為速度的反方向,故微粒做減速運(yùn)動(dòng),動(dòng)能減少,重力做負(fù)功,重力勢(shì)能增加,電場(chǎng)力做負(fù)功,電勢(shì)能增加,故選項(xiàng)B正確。,答案B,考向二電勢(shì)差與電場(chǎng)強(qiáng)度的關(guān)系 1.電場(chǎng)強(qiáng)度與電勢(shì)差的對(duì)比 (1)勻強(qiáng)電場(chǎng)中的電場(chǎng)強(qiáng)度 E 與電場(chǎng)中兩點(diǎn)間的

13、電勢(shì)差 U、兩點(diǎn)沿電場(chǎng)方向的距離 d 均無(wú)關(guān)。 (2)勻強(qiáng)電場(chǎng)的電場(chǎng)強(qiáng)度在數(shù)值上等于沿電場(chǎng)方向每單位距離上的電勢(shì)差。 (3)對(duì)于非勻強(qiáng)電場(chǎng),公式U=Ed不成立,但是可以根據(jù)此公式進(jìn)行定性分析。 2.電場(chǎng)強(qiáng)度與電勢(shì)的對(duì)比 (1)電場(chǎng)強(qiáng)度反映電場(chǎng)的力的性質(zhì),電勢(shì)反映電場(chǎng)的能的性質(zhì),都由電場(chǎng)本身的性質(zhì)決定,與試探電荷無(wú)關(guān)。,(2)電場(chǎng)強(qiáng)度是矢量,不具有相對(duì)性,電勢(shì)是標(biāo)量,具有相對(duì)性。 (3)電勢(shì)高低與電場(chǎng)強(qiáng)度的大小沒有必然的聯(lián)系,某點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度為零,電勢(shì)不一定為零,反之亦然。 (4)電場(chǎng)強(qiáng)度的方向是電勢(shì)降落最顯著的方向。 3.如圖所示,在勻強(qiáng)電場(chǎng)中,對(duì)于不與電場(chǎng)線垂直的同一條 直線上或幾條相互平行的

14、直線上兩點(diǎn)間的電勢(shì)差有: =。,例4(多選)如圖所示,正四棱柱EFIJ-KHLZ所在空間中存在一個(gè)勻強(qiáng)電場(chǎng),其中E、F、I、Z四點(diǎn)電勢(shì)已知,E=5 V,F=8 V,I=12 V,Z=6 V,則下列說法正確的是() A.H點(diǎn)的電勢(shì)為5 V B.電場(chǎng)強(qiáng)度方向一定與I、K兩點(diǎn)的連線垂直 C.E、K兩點(diǎn)間電勢(shì)差與I、L兩點(diǎn)間電勢(shì)差相等 D.把2 C的正電荷從F點(diǎn)移到Z點(diǎn),無(wú)論經(jīng)過何種路徑,都需要克服電場(chǎng)力做功4 J,解析根據(jù)U=Ed可以知道勻強(qiáng)電場(chǎng)中平行且等距的線段兩端的電勢(shì)差相同,圖中線段FI和線段KZ平行且等距,所以可以計(jì)算得K點(diǎn)的電勢(shì)為2 V,線段EF和線段KH平行且等距,同理可以計(jì)算出H點(diǎn)的電

15、勢(shì)為5 V,A正確;I、K兩點(diǎn)的電勢(shì)不同,所以其連線并不在同一等勢(shì)面上,不與場(chǎng)強(qiáng)方向垂直,B錯(cuò);線段EK和線段IL平行且等距,所以線段兩端的電勢(shì)差相等,C正確;根據(jù)W=qU可以計(jì)算得到電場(chǎng)力做的功W=2(8-6) J=4 J,所以電場(chǎng)力做了4 J的正功,D錯(cuò)。,答案AC,考點(diǎn)三電容器、帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng) 考向基礎(chǔ) 一、電容器電容 1.電容器 (1)定義:任何兩個(gè)相互靠近又彼此絕緣的導(dǎo)體都可以看成一個(gè)電容器。 (2)電荷量:電容器所帶的電荷量是指其中一個(gè)極板所帶電荷量的絕對(duì)值,電容器帶電時(shí),兩極板總是帶等量異種電荷。 (3)功能:儲(chǔ)存電荷和電能。 (4)額定電壓:電容器長(zhǎng)時(shí)間正常工作所能加的

16、最大電壓。 (5)擊穿電壓:電容器所能允許加的極限電壓稱為擊穿電壓,額定電壓比擊穿電壓低。,2.電容 (1)定義:電容器所帶的電荷量Q與電容器兩極板間電勢(shì)差U的比值叫做電容器的電容。 (2)表達(dá)式:C=。 (3)單位:法拉(F),常用單位有微法(F)、皮法(pF),1 F=106 F=1012 pF。 (4)物理意義:電容是表示電容器容納電荷的本領(lǐng)的物理量。 (5)平行板電容器電容的決定式:C=。 3.常見電容器 (1)種類:固定電容器、可變電容器、半可變電容器、電解電容器。其,中電解電容器有正負(fù)極之分,接入電路時(shí)正極接高電勢(shì),該類電容器不能直接接入交流電路。 (2)符號(hào)(如圖所示) 4.平行

17、板電容器的兩極板間為勻強(qiáng)電場(chǎng),電場(chǎng)強(qiáng)度E=。,二、帶電粒子在勻強(qiáng)電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng) 1.帶電粒子沿與電場(chǎng)線平行的方向進(jìn)入勻強(qiáng)電場(chǎng),受到的電場(chǎng)力與運(yùn)動(dòng)方向在同一條直線上,做勻加速或勻減速直線運(yùn)動(dòng)。做勻加速直線運(yùn)動(dòng)時(shí),若帶電粒子的初速度為零,則mv2=qU,則v=,若帶電粒子的初 速度不為零,則由動(dòng)能定理可得:mv2-m=qU。 2.帶電粒子以速度v垂直于電場(chǎng)線方向飛入勻強(qiáng)電場(chǎng),受到恒定的與初速度方向垂直的電場(chǎng)力作用而做勻變速曲線運(yùn)動(dòng)。垂直于場(chǎng)強(qiáng)方向做勻速直線運(yùn)動(dòng),平行于場(chǎng)強(qiáng)方向做初速度為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng)。,考向突破 考向一電容器的電容 平行板電容器內(nèi)部E、U、Q變化問題 (1)首先要區(qū)分兩種基本情況

18、 電容器兩極板電勢(shì)差U保持不變; 電容器的帶電荷量Q保持不變。 (2)賴以進(jìn)行討論的物理依據(jù)主要有三個(gè) 平行板電容器的電容C與板間距d、正對(duì)面積S、電介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)r間的關(guān)系為C=; 平行板電容器內(nèi)部是勻強(qiáng)電場(chǎng),所以場(chǎng)強(qiáng)E=或E=; 電容器所帶的電荷量Q=CU。,例5如圖所示,平行板a、b組成的電容器與電池E連接,平行板電容器P處固定放置一帶負(fù)電的點(diǎn)電荷,平行板b接地。現(xiàn)將電容器的b板向下稍微移動(dòng),則() A.點(diǎn)電荷所受電場(chǎng)力增大 B.點(diǎn)電荷在P處的電勢(shì)能減少 C.P點(diǎn)電勢(shì)減小 D.電容器的帶電荷量增加,解析b板下移后,電容減小,極板間電壓不變,由Q=UC知,極板帶電荷量減少,D錯(cuò)誤;極板

19、間電壓不變,板間距增大導(dǎo)致內(nèi)部場(chǎng)強(qiáng)減小,點(diǎn)電荷受電場(chǎng)力減小,A錯(cuò)誤;根據(jù)U=Ed,場(chǎng)強(qiáng)E的減小導(dǎo)致P處與上極板間電勢(shì)差減小,P處的電勢(shì)升高,由于點(diǎn)電荷帶負(fù)電,點(diǎn)電荷在P點(diǎn)電勢(shì)能減少,B正確,C錯(cuò)誤。,答案B,點(diǎn)撥明確題中物理量的變化順序,利用控制變量法分析各量的變化情況。,考向二帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng) 帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)規(guī)律 (1)平衡(靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)) 條件:F合=0或qE=mg(僅受電場(chǎng)力和重力時(shí))。 (2)加速 以初速度v0射入電場(chǎng)中的帶電粒子,經(jīng)電場(chǎng)力做功加速至v,由qU=mv2- m得v=。 當(dāng)v0很小或v0=0時(shí),上式簡(jiǎn)化為v=。 即粒子被加速后速度的大小跟粒子的質(zhì)量m、電

20、荷量q、加速過程始末位置的電勢(shì)差U有關(guān),跟電場(chǎng)是否均勻、粒子運(yùn)動(dòng)的路徑無(wú)關(guān)。,(3)偏轉(zhuǎn) 以初速度v0垂直場(chǎng)強(qiáng)方向射入勻強(qiáng)電場(chǎng)中的帶電粒子,受恒定電場(chǎng)力作用,做類平拋運(yùn)動(dòng)(如圖)。 加速度a= 運(yùn)動(dòng)時(shí)間t= 側(cè)移量y=at2=,偏角正切值tan = 出射速度vt=(vx=v0,vy=at)。 兩個(gè)有用的結(jié)論 a.垂直于電場(chǎng)方向射入(即沿x軸射入)的帶電粒子在射出電場(chǎng)時(shí)速度的反向延長(zhǎng)線交于x軸上的一點(diǎn),該點(diǎn)與射入點(diǎn)間的距離為帶電粒子在x軸方向上位移的一半(帶電粒子就好像是從“中點(diǎn)”射出似的)。 b.靜止的帶電粒子經(jīng)同一電場(chǎng)加速(加速電壓為U1),再垂直射入同一偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)(偏轉(zhuǎn)電壓為U2),射出時(shí)粒

21、子的偏轉(zhuǎn)角度和側(cè)移量與粒子的q、m無(wú)關(guān):y=,tan =。,例6(2018浙江諸暨中學(xué)階段性考試)質(zhì)量為510-6 kg的帶電粒子以2 m/s的速度從水平放置的平行金屬板A、B中央沿水平方向飛入板間,如圖所示。已知板長(zhǎng)L=10 cm,間距d=2 cm,當(dāng)所加電壓UAB=1 000 V時(shí),帶電粒子恰好沿直線穿過板間,g=10 m/s2。 (1)該粒子帶什么電?電荷量q為多少? (2)若大量分布均勻的該帶電粒子從A、B之間飛入,速度依然為2 m/s且沿水平方向,最后發(fā)現(xiàn)有一半粒子打在A板上,一半粒子飛出電場(chǎng)。求所加電壓UAB。,解析(1)由于帶電粒子受到的電場(chǎng)力向上,而場(chǎng)強(qiáng)方向向下,所以粒子帶負(fù)電

22、,由平衡條件得:q=mg 代入數(shù)據(jù)解得:q=110-9 C (2)由題意,從A、B正中間射入電場(chǎng)的粒子恰好從A板右端飛出時(shí) L=vt,=at2 由牛頓第二定律得:a= 聯(lián)立以上幾式得:UAB=1 800 V,答案(1)負(fù)電110-9 C(2)1 800 V,方法1電場(chǎng)中電勢(shì)高低的判斷方法 1.據(jù)電場(chǎng)線的方向判斷:電場(chǎng)線由電勢(shì)高的等勢(shì)面指向電勢(shì)低的等勢(shì)面。 2.據(jù)電場(chǎng)力做功公式來(lái)判斷:由WAB=qUAB得UAB=,將WAB和q帶符號(hào)代 入,據(jù)UAB的正負(fù)判斷A、B兩點(diǎn)電勢(shì)的高低,當(dāng)UAB0時(shí),AB;當(dāng)UAB0時(shí),AB。 3.根據(jù)電勢(shì)能判斷:正電荷在電勢(shì)高處電勢(shì)能較大;負(fù)電荷在電勢(shì)低處電勢(shì)能較大。

23、,方法技巧,例1如圖所示,電子在一條電場(chǎng)線上從a點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到b點(diǎn),電勢(shì)能增加,試判定a、b兩點(diǎn)電勢(shì)高低。,解析解法一利用電場(chǎng)線方向來(lái)判斷 由于電勢(shì)能增加,電場(chǎng)力一定做負(fù)功,即電場(chǎng)力方向和電荷運(yùn)動(dòng)方向相反,從b指向a,而負(fù)電荷受電場(chǎng)力的方向和場(chǎng)強(qiáng)方向相反,場(chǎng)強(qiáng)方向應(yīng)是由a指向b,因此電場(chǎng)線的方向是從a指向b。 沿著電場(chǎng)線的方向電勢(shì)越來(lái)越低,a點(diǎn)電勢(shì)比b點(diǎn)電勢(shì)高。,解法二利用電場(chǎng)力做功公式來(lái)判斷 由于電勢(shì)能增加,電場(chǎng)力一定做負(fù)功,即Wab為負(fù)值,而q是負(fù)電荷,即q為負(fù)值。 由Wab=q(a-b)得ab。 解法三利用電勢(shì)能判斷 對(duì)正電荷,q為正值,在電勢(shì)越高的地方電勢(shì)能越大,而對(duì)負(fù)電荷,q為負(fù)值,在電勢(shì)

24、越高的地方電勢(shì)能越小,而本題已知條件是負(fù)電荷在a點(diǎn)電勢(shì)能較小,故a點(diǎn)電勢(shì)高。,答案ab,方法2電場(chǎng)力做功的計(jì)算方法 1.應(yīng)用W=Fl cos 計(jì)算 在勻強(qiáng)電場(chǎng)中,電場(chǎng)力F=Eq為恒力,電場(chǎng)力做的功等于電場(chǎng)力乘電場(chǎng)力方向上的位移,與運(yùn)動(dòng)路徑無(wú)關(guān)。 2.應(yīng)用公式W=qUAB計(jì)算 (1)正負(fù)號(hào)運(yùn)算法:按照符號(hào)規(guī)定把電荷量q和移動(dòng)過程的始、末位置的電勢(shì)差UAB的值代入公式W=qUAB計(jì)算。 (2)絕對(duì)值運(yùn)算法:公式中的q和UAB都取絕對(duì)值,即公式變?yōu)?W=。,正、負(fù)功判斷:當(dāng)正(或負(fù))電荷從電勢(shì)較高的點(diǎn)移動(dòng)到電勢(shì)較低的點(diǎn)時(shí),電場(chǎng)力做正功(或電場(chǎng)力做負(fù)功);當(dāng)正(或負(fù))電荷從電勢(shì)較低的點(diǎn)移動(dòng) 到電勢(shì)較高

25、的點(diǎn)時(shí),電場(chǎng)力做負(fù)功(或電場(chǎng)力做正功)。 3.根據(jù)電勢(shì)能的變化與電場(chǎng)力做功的關(guān)系計(jì)算 電場(chǎng)力做了多少功,就有多少電勢(shì)能和其他形式的能發(fā)生相互轉(zhuǎn)化。,例2(多選)圖中虛線為勻強(qiáng)電場(chǎng)中與場(chǎng)強(qiáng)方向垂直的等間距平行直線,兩粒子M、N質(zhì)量相等,所帶電荷量的絕對(duì)值也相等。現(xiàn)將M、N從虛線上的O點(diǎn)以相同速率射出,兩粒子在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的軌跡分別如圖中兩條實(shí)線所示。點(diǎn)a、b、c為實(shí)線與虛線的交點(diǎn),已知O點(diǎn)電勢(shì)高于c點(diǎn)電勢(shì)。若不計(jì)重力,則(),A.M帶負(fù)電荷,N帶正電荷 B.N在a點(diǎn)的速度與M在c點(diǎn)的速度大小相同 C.N在從O點(diǎn)運(yùn)動(dòng)至a點(diǎn)的過程中克服電場(chǎng)力做功 D.M在從O點(diǎn)運(yùn)動(dòng)至b點(diǎn)的過程中,電場(chǎng)力對(duì)它做的功等于

26、零,解析由O點(diǎn)電勢(shì)高于c點(diǎn)電勢(shì)知,場(chǎng)強(qiáng)方向垂直虛線向下,由兩粒子運(yùn)動(dòng)軌跡的彎曲方向知N粒子所受電場(chǎng)力方向向上,M粒子所受電場(chǎng)力方向向下,故M粒子帶正電、N粒子帶負(fù)電,A錯(cuò)誤。因?yàn)閁aO=UOc,且M、N粒子質(zhì)量相等,電荷量的絕對(duì)值相等,由動(dòng)能定理易知B正確。因O點(diǎn)電勢(shì)低于a點(diǎn)電勢(shì),且N粒子帶負(fù)電,故N粒子運(yùn)動(dòng)中電勢(shì)能減少,電場(chǎng)力做正功,C錯(cuò)誤。O、b兩點(diǎn)位于同一等勢(shì)線上,D正確。,答案BD,方法3電勢(shì)能大小的比較方法 1.做功判斷法 電場(chǎng)力做正功,電荷(無(wú)論是正電荷還是負(fù)電荷)從電勢(shì)能較大的地方移向電勢(shì)能較小的地方;反之,如果電荷克服電場(chǎng)力做功,那么電荷從電勢(shì)能較小的地方移向電勢(shì)能較大的地方。

27、 2.由公式Ep=q判斷 設(shè)AB (1)若q0,則qAqB,即EpAEpB (2)若q0,則qAqB,即EpAEpB 可總結(jié)為正電荷在電勢(shì)高處電勢(shì)能大,負(fù)電荷在電勢(shì)低處電勢(shì)能大。,3.電場(chǎng)線法 (1)正電荷順著電場(chǎng)線的方向移動(dòng)時(shí),電勢(shì)能逐漸減小;逆著電場(chǎng)線的方向移動(dòng)時(shí),電勢(shì)能逐漸增大。 (2)負(fù)電荷順著電場(chǎng)線的方向移動(dòng)時(shí),電勢(shì)能逐漸增大;逆著電場(chǎng)線的方向移動(dòng)時(shí),電勢(shì)能逐漸減小。,例3(2017浙江臺(tái)州質(zhì)量評(píng)估,9)如圖所示,在光滑絕緣水平面上固定一正點(diǎn)電荷Q,一帶負(fù)電的試探電荷在水平面上沿橢圓軌道繞它運(yùn)動(dòng)。若正點(diǎn)電荷正好處在橢圓的一個(gè)焦點(diǎn)上,A、B、C分別是橢圓上的三點(diǎn),且A、B分別位于橢圓長(zhǎng)

28、軸的兩端,則() A.B點(diǎn)的電勢(shì)大于A點(diǎn)的電勢(shì) B.試探電荷在此運(yùn)動(dòng)過程中,機(jī)械能守恒 C.試探電荷在A點(diǎn)的速度大于在B點(diǎn)的速度 D.試探電荷在A點(diǎn)的電勢(shì)能小于在C點(diǎn)的電勢(shì)能,解析B點(diǎn)關(guān)于點(diǎn)電荷Q有一對(duì)稱點(diǎn)B(如圖),根據(jù)點(diǎn)電荷的電場(chǎng)分布可知,B和B處的電勢(shì)相同,場(chǎng)強(qiáng)大小相等、方向相反。因?yàn)檠仉妶?chǎng)線方向電勢(shì)降低,因此A點(diǎn)電勢(shì)比B、C點(diǎn)低,負(fù)電荷在A點(diǎn)的電勢(shì)能更大,因此動(dòng)能更小,A對(duì),C、D錯(cuò)。此橢圓并不是一個(gè)等勢(shì)面,所以運(yùn)動(dòng)過程中電場(chǎng)力做功,機(jī)械能不守恒,B錯(cuò)。故選A。,答案A,方法4用等效法處理帶電粒子在電場(chǎng)、重力場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng) 等效思維方法是將一個(gè)復(fù)雜的物理問題,等效為一個(gè)熟知的物理模型或問題

29、的方法。 帶電粒子在勻強(qiáng)電場(chǎng)和重力場(chǎng)組成的復(fù)合場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng)的問題,是一類重要而典型的問題。對(duì)于這類問題,若采用常規(guī)方法求解,過程復(fù)雜,運(yùn)算量大。若采用“等效法”求解,則能避開復(fù)雜的運(yùn)算,過程比較簡(jiǎn)捷。先求出重力與電場(chǎng)力的合力,將這個(gè)合力視為一個(gè)“等效重力”,將a=視為“等效重力加速度”。再將物體在重力場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)規(guī)律 遷移到等效重力場(chǎng)中分析求解即可。,例4如圖所示,絕緣光滑軌道AB部分為傾角為30的斜面,AC部分為豎直平面上半徑為R的圓弧軌道,斜面與圓弧軌道相切。整個(gè)裝置處于場(chǎng)強(qiáng)為E、方向水平向右的勻強(qiáng)電場(chǎng)中?，F(xiàn)有一個(gè)質(zhì)量為m的帶正電小球,電荷量為q=,要使小球能安全通過圓弧軌道,在O點(diǎn)的初速

30、度應(yīng) 滿足什么條件?,解題思路要使小球能安全通過圓弧軌道,那么臨界狀態(tài)是什么情況?由“等效重力”找到“等效最高點(diǎn)”,問題就迎刃而解了。,解析小球先在斜面上運(yùn)動(dòng),受重力、電場(chǎng)力、支持力,然后在圓弧軌道上運(yùn)動(dòng),受重力、電場(chǎng)力、軌道作用力,如圖所示,類比重力場(chǎng),將電場(chǎng)力與重力的合力視為等效重力mg,大小為mg=, tan =,得=30,等效重力的方向與斜面垂直指向右下方,小球在 斜面上勻速運(yùn)動(dòng)。 因要使小球能安全通過圓弧軌道,在圓弧軌道的“等效最高點(diǎn)”(D點(diǎn))滿足“等效重力”剛好提供向心力,即有:mg=,因=30與斜面的傾 角相等,由幾何關(guān)系知AD=2R,令小球以最小初速度v0運(yùn)動(dòng),由動(dòng)能定理知:,

31、-2mgR=m-m 解得v0=,因此要使小球安全通過圓弧軌道,初速度應(yīng)滿足v 。,答案v,方法5用能量觀點(diǎn)處理帶電體在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)的方法 對(duì)于受變力作用的帶電體的運(yùn)動(dòng),必須借助于能量觀點(diǎn)來(lái)處理。即使是恒力作用的問題,用能量觀點(diǎn)處理也常常比較簡(jiǎn)捷。 1.用動(dòng)能定理處理 思維順序一般為: (1)弄清研究對(duì)象,明確所研究的物理過程; (2)分析物體在所研究過程中的受力情況,弄清哪些力做功,做正功還是負(fù)功; (3)弄清所研究過程的始、末狀態(tài)(主要指動(dòng)能); (4)根據(jù)W=Ek列出方程求解。,2.用能量守恒定律處理 列式的方法常有兩種: (1)根據(jù)初、末狀態(tài)的能量相等列方程; (2)根據(jù)某些能量的減少量

32、等于另一些能量的增加量列方程。,例5兩個(gè)固定的等量異號(hào)點(diǎn)電荷所產(chǎn)生電場(chǎng)的等勢(shì)面如圖中虛線所示,一帶負(fù)電的粒子以某一速度從圖中A點(diǎn)沿圖示方向進(jìn)入電場(chǎng)在紙面內(nèi)飛行,最后離開電場(chǎng),粒子只受靜電力作用,則粒子在電場(chǎng)中(),A.做直線運(yùn)動(dòng),電勢(shì)能先變小后變大 B.做直線運(yùn)動(dòng),電勢(shì)能先變大后變小 C.做曲線運(yùn)動(dòng),電勢(shì)能先變小后變大 D.做曲線運(yùn)動(dòng),電勢(shì)能先變大后變小,解析由題圖等勢(shì)面可知兩固定的等量異號(hào)點(diǎn)電荷的電場(chǎng)分布如圖所示。帶負(fù)電的粒子在等量異號(hào)點(diǎn)電荷所產(chǎn)生電場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡如圖所示,則粒子在電場(chǎng)中做曲線運(yùn)動(dòng)。電場(chǎng)力對(duì)帶負(fù)電的粒子先做正功后做負(fù)功,電勢(shì)能先變小后變大,故C正確。,答案C,方法6帶電粒

33、子在交變電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的處理方法與技巧 這類問題涉及力學(xué)和電場(chǎng)知識(shí)的綜合運(yùn)用,但實(shí)際上是一個(gè)力學(xué)問題,解答這類問題,仍要從受力分析(力的大小、方向的變化特點(diǎn))和運(yùn)動(dòng)分析(運(yùn)動(dòng)狀態(tài)及形式)入手,應(yīng)用力學(xué)的基本規(guī)律定性、定量討論,注意思維方法和技巧的靈活運(yùn)用。 1.借助圖像,展示物理過程 物理圖像是表達(dá)物理過程、規(guī)律的基本工具之一,用圖像反映物理過程、規(guī)律,具有直觀、形象、簡(jiǎn)潔明了的特點(diǎn),帶電粒子在交變電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí),受電場(chǎng)力作用,其加速度、速度等均做周期性變化,借助圖像來(lái)描述它在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)情況,可直觀展示物理過程,從而獲得啟迪,快捷地分析求解。,2.巧取分運(yùn)動(dòng),化繁為簡(jiǎn) 對(duì)一個(gè)復(fù)雜的運(yùn)動(dòng),為研究方便可以把它看成是由幾個(gè)比較簡(jiǎn)單的運(yùn)動(dòng)組合而成的,前者叫做合運(yùn)動(dòng),后者叫做分運(yùn)動(dòng)。某個(gè)方向的分運(yùn)動(dòng)不會(huì)因其他分運(yùn)動(dòng)的存在而受到影響,這就是運(yùn)動(dòng)的獨(dú)立性原理,應(yīng)用這一原理可以簡(jiǎn)捷分析某些帶電粒子在交變電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的問題。,解析設(shè)粒子的速度方向、位移方向向右為正。依題意得,粒子的速度方向時(shí)而為負(fù),時(shí)而為正,最終打在A板上時(shí)位移為負(fù),速度方向?yàn)樨?fù)。 作出t0=0、時(shí)粒子運(yùn)動(dòng)的速度圖像如圖所示。 由于速度圖線與時(shí)間軸所圍面積表示粒子通過的位移,則由圖像可知0,T時(shí)情況類似。因粒子最終打在A板上,則要求粒子在每個(gè)周期內(nèi)的總位移應(yīng)小于零,對(duì)照各選項(xiàng)可知只有B正確。,答案B,