高中物理人教版選修3-1 第一章 靜電場章末回顧

歡迎進入物理課堂 第一章靜電場章末回顧 知識體系 重點 難點突破如果空間幾個電場疊加 則空間某點的電場強度為各電場在該點電場強度的矢量和 應據矢量合成法則 平行四邊形定則合成 當各場強方向在同一直線上時 選定正方向后作代數運算合成 一 電場強度及其疊加例1 2004 全國 如圖所示 在正六邊形的a c兩個頂點上各放一帶正電的點電荷 電量的大小都是q1 在b d兩個頂點上 各放一帶負電的點電荷 電量的大小都是q2 q1 q2 已知六邊形中心O點處的場強可用圖中的四條有向線段中的一條來表示 它是哪一條 A E1B E2C E3D E4 解析 由于O點為正六邊形的中心 故O點到a b c d各點距離都相等 設為r 由點電荷的場強公式 可得Ea 與Ec的大小相等 方向如圖所示 Eb 大小與Ed相等且都比Ea小 方向如圖所示 由O點的示意圖 先后合成Ea Eb Ec Ed 再判斷O點場強 O點合場強可能為E2 故選B 答案 B 二 電場力做功的計算1 根據電勢能的變化與電場力做功的關系計算 電場力做了多少功 就有多少電勢能和其他形式的能發(fā)生相互轉化 2 應用公式W qUAB計算 1 正負號運算法 按照符號規(guī)定把電量q和移動過程的始 終兩點的電勢能差UAB的值代入公式W qUAB 符號規(guī)定是 所移動的電荷若為正電荷 q取正值 若為負電荷 q取負值 若移動過程的始點電勢 A高于終點電勢 B UAB取正值 若始點電勢 A低于終點電勢 B UAB取負值 2 絕對值運算法 公式中的q和UAB都取絕對值 即公式變?yōu)閃 q UAB 正 負功判斷 當正 或負 電荷從電勢較高的點移動到電勢較低的點時 是電場力做正功 或電場力做負功 當正 或負 電荷從電勢較低的點移到電勢較高的點時 是電場力做負功 或電場力做正功 例2 一個質量為m 帶有 q的電荷量的小物體 可在水平軌道Ox軸上運動 軸的O端有一個與軌道相垂直的固定墻面 軌道處于勻強電場中 場強大小為E 方向沿Ox軸正向 如下圖所示 小物體以初速度v0從x0處沿Ox軌道運動 運動時受到大小不變的摩擦力F作用 且F qE 設小物體與墻壁碰撞時不損失機械能 且電荷量保持不變 求它停止運動前通過的總路程s 解析 本題是全國高考試題 它較好地考查了學生綜合運用力學和電學知識分析問題 解決問題的能力 本題最簡捷的方法是取小物體為研究對象用動能定理求解 首先要明確小物塊經多次與墻壁相碰之后 應最終停止在原點O處 在整個過程中涉及電場力的功和摩擦力F的功 電場力做功的特點只與始 末位置有關 與往復運動的路徑無關 而摩擦力在整個過程中始終做負功 其所做功與全部所運動的路程s有直接關系 弄清這些基本特點 求解將很容易 解法1 依動能定理 W Ek即W電 WF 0 mv20 W電 WF分別是電場力的功和摩擦力的功 W電 Eqx0 WF Fs 故mv20 Eqx0 Fs s 解法2 用能量守恒定律求解 設小物塊共走過路程s 克服摩擦力做功的值為Fs 這也就是轉變?yōu)閮饶艿哪芰?動能 電勢能減少 E qEx0 mv20內能增加 E Fs E E 解得 名師點撥 帶電體在電場中的運動牽扯到動能變化時通常用動能定理求解比較方便 在分析問題時分清物理過程是非常關鍵的 三 電場中圓周運動的問題例3 半徑為r的絕緣光滑圓環(huán)固定在豎直平面內 環(huán)上套有一質量為m 帶正電的珠子 空間存在水平向右的勻強電場 如圖所示 珠子所受靜電力是其重力的倍 將珠子從環(huán)上最低位置A點由靜止釋放 則 1 珠子所能獲得的最大動能是多大 2 珠子對環(huán)的最大壓力是多大 解析 1 因 所以qE mg的合力F合與豎直方向夾角tan 即 37 則珠子由A點靜止釋放后從A到B過程中做加速運動 如下圖所示 B點動能最大 由動能定理得qErsin mgr 1 cos Ek 解得B點動能即最大動能Ek mgr 名師點撥 涉及勻強電場中的圓周運動問題時 把重力和電場力用一個合力代替會使問題大為簡化 至于具體計算做功值時 分別求每個分力的功往往又比求合力的功簡單 應靈活應用 高考試題精析例1 2008 全國理綜卷 一平行板電容器的兩個極板水平放置 兩極板間有一帶電量不變的小油滴 油滴在極板間運動時所受空氣阻力的大小與其速率成正比 若兩極板間電壓為零 經一段時間后 油滴以速率v勻速下降 若兩極板間的電壓為U 經一段時間后 油滴以速率v勻速上升 若兩極板間電壓為 U 油滴做勻速運動時速度的大小 方向將是 A 2v 向下B 2v 向上C 3v 向下D 3v 向上解析 由電容器兩極板間電壓為0 油滴以速度v勻速下降時 油滴受力如圖1所示 則有 mg Ff1 Ff1 kv 若極板間電壓為U時 受力如圖2所示 則有 F電 Ff2 mg Ff2 kv 若極板間電壓為 U時 油滴受力如圖3所示F電 mg Ff3 Ff3 kv 由 聯立可解得 v 3v 且方向向下 故選C 答案 C 例2 2009 全國理綜卷 如圖所示 一電場的電場線分布關于y軸 沿豎直方向 對稱 O M N是y軸上的三個點 且OM MN P點在y軸右側 MP ON 則 A M點的電勢比P點的電勢高B 將負電荷由O點移動到P點 電場力做正功C M N兩點間的電勢差大于O M兩點間的電勢差D 在O點靜止釋放一帶正電粒子 該粒子將沿y軸做直線運動 解析 過M P N做等勢線 可得到過P點的等勢線通過M N之間 因順著電場線電勢降低 則有 M P N 故A正確 將負電荷由O點移到P點 因UOP 0 所以W qUOP 0 則負電荷做負功 故B錯誤 由U Ed可知 MN間的平均場強小于OM間的平均場強 故MN兩點間的電勢差小于OM兩點間的電勢差 C錯誤 根據電場線的分布特點會發(fā)現 電場線關于y軸兩邊對稱 故y軸上的場強方向在y軸上 所以在O點靜止釋放一帶正電粒子 其所受電場力沿y軸正方向 則該粒子將沿y軸做直線運動 故D正確 答案 AD 例3 2010 全國理綜新課標 靜電除塵器是目前普遍采用的一種高效除塵器 其除塵模型的收塵板是很長的條形金屬板 圖中直線ab為該收塵板的橫截面 工作時收塵板帶正電 其左側的電場線分布如圖所示 粉塵帶負電 在電場力作用下向收塵板運動 最后落在收塵板上 若用粗黑曲線表示原來靜止于P點的帶電粉塵顆粒的運動軌跡 下列4幅圖中可能正確的是 忽略重力和空氣阻力 解析 本題考查帶電粒子在電場中的運動 意在考查考生對曲線運動的特點的理解與應用能力 因為電場中各點的場強方向為電場線的切線方向 所以條形金屬板所產生的電場并非勻強電場 即帶電粒子在電場中所受電場力方向與大小都將發(fā)生變化 故帶電粒子在電場中不可能沿電場線運動 C選項錯誤 因帶電粒子在電場中將做曲線運動 由曲線運動的特點 所受合外力要指向圓弧內側可知 帶負電的粉塵運動軌跡可能為A圖 答案 A 同學們 來學校和回家的路上要注意安全 同學們 來學校和回家的路上要注意安全