高考物理一輪總復(fù)習(xí) 專題六課件（打包4套）[新人教版].zip

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電荷周圍存在的一種特殊物質(zhì) 電場對放入其中的電荷有 靜止電荷產(chǎn)生的電場稱為 2 電場強(qiáng)度 力的作用 靜電場 1 定義 放入電場中某點(diǎn)的電荷所受的電場力F與它的電荷量的比值 2 公式 3 矢量性 電場強(qiáng)度是矢量 方向與 在該點(diǎn)受到的電場力的方向相同 4 電場中某點(diǎn)的電場強(qiáng)度由電場 決定 與檢驗(yàn)電 荷無關(guān) 本身 5 真空中點(diǎn)電荷電場強(qiáng)度的決定式 其中Q是形成電場的場源電荷 6 電場的疊加 某點(diǎn)的場強(qiáng)等于各個(gè)電荷單獨(dú)存在時(shí)在該點(diǎn)產(chǎn)生的場強(qiáng)的矢量和 正電荷 3 電場線 切線方向 疏密 1 電場線 在電場中畫出的一系列曲線 曲線上每一點(diǎn)的 都跟該點(diǎn)的場強(qiáng)方向一致 曲線的 表示電場的強(qiáng)弱 電場線不是實(shí)際存在的線 而是為了描述電場而假想的線 2 幾種典型的電場線 基礎(chǔ)檢測 2 2013年新課標(biāo)卷 如圖6 1 2所示 一半徑為R的圓盤上均勻分布著電荷量為Q的電荷 在垂直于圓盤且過圓心c的軸線上有a b d三個(gè)點(diǎn) a和b b和c c和d間的距離均為R 在a點(diǎn)處有一電荷量為q q 0 的固定點(diǎn)電荷 已知b點(diǎn)處的電場強(qiáng)度為零 則d點(diǎn)處電場強(qiáng)度的大小為 k為靜電力常量 圖6 1 2 答案 B 考點(diǎn)1 對庫侖定律的理解和應(yīng)用 重點(diǎn)歸納應(yīng)用庫侖定律的四條提醒 1 在用庫侖定律公式進(jìn)行計(jì)算時(shí) 無論是正電荷還是負(fù)電荷 均代入電量的絕對值計(jì)算庫侖力的大小 2 作用力的方向判斷根據(jù) 同性相斥 異性相吸 作用力的方向沿兩電荷連線方向 3 兩個(gè)點(diǎn)電荷間相互作用的庫侖力滿足牛頓第三定律 大小相等 方向相反 考點(diǎn)練透 1 2015年廣東惠州一調(diào) 兩個(gè)放在絕緣支架上的相同金屬球相距為d 球的半徑比d小得多 分別帶有q和 3q的電荷 相互引力為3F 現(xiàn)將這兩個(gè)金屬球接觸 然后分開 仍放回原處 則它們的相互作用力將變?yōu)?A F B 2F C 3F D 4F 答案 A 2 2015年江蘇金陵中學(xué)模擬 如圖6 1 3所示 半徑相同的兩個(gè)金屬球A B帶有相等的電荷量 相隔一定距離 兩球之間相互吸引力的大小是F 今讓第三個(gè)半徑相同的不帶電的金屬小球先后與A B兩球接觸后移開 這時(shí) A B兩球之間的相互 作用力的大小是 圖6 1 3 答案 A 考點(diǎn)2 對電場強(qiáng)度的理解 重點(diǎn)歸納1 對場強(qiáng)的三個(gè)表達(dá)式的正確理解 2 在求解電場強(qiáng)度問題時(shí) 應(yīng)分清所敘述的場強(qiáng)是合場強(qiáng)還是分場強(qiáng) 若求分場強(qiáng) 要注意選擇適當(dāng)?shù)墓竭M(jìn)行計(jì)算 求合場強(qiáng)時(shí) 應(yīng)先求出分場強(qiáng) 然后再根據(jù)矢量的合成法則 平行四邊形定則 進(jìn)行求解 典例剖析 例1 2015年湖北襄陽四校聯(lián)考 在電場中某點(diǎn)放上電荷量為2 10 8C的帶負(fù)電的試探電荷 它受到的電場力為6 10 2N 方向水平向右 若撤走上述試探電荷 在該點(diǎn)放上電荷量為4 10 8C的帶正電的試探電荷 其他條件不變 則該點(diǎn)的電場強(qiáng)度為 A 3 106N C 方向水平向右B 6 106N C 方向水平向左C 3 106N C 方向水平向左D 6 106N C 方向水平向右 思維點(diǎn)撥 本題可以根據(jù)電場強(qiáng)度的定義式進(jìn)行求解 某個(gè)位置的電場強(qiáng)度與試探電荷無關(guān) 3 106N C 負(fù)電荷受到的電場力方向和電場方向相反 故電場方向向左 因?yàn)殡妶鰪?qiáng)度和試探電荷無關(guān) 所以更換電荷后 該點(diǎn)的電場強(qiáng)度不變 故C正確 答案 C 考點(diǎn)練透 3 2015年山東卷 直角坐標(biāo)系xOy中 M N兩點(diǎn)位于x軸上 G H兩點(diǎn)坐標(biāo)如圖6 1 4所示 M N兩點(diǎn)各固定一負(fù)點(diǎn)電荷 一電量為Q的正點(diǎn)電荷置于O點(diǎn)時(shí) G點(diǎn)處的電場強(qiáng)度恰好為零 靜電力常量用k表示 若將該正點(diǎn)電荷移到G點(diǎn) 則H 點(diǎn)處場強(qiáng)的大小和方向分別為 圖6 1 4 答案 A 4 如圖6 1 5所示 在水平向右 大小為E的勻強(qiáng)電場中 在O點(diǎn)固定一電荷量為Q的正電荷 A B C D為以O(shè)為圓心 半徑為r的同一圓周上的四點(diǎn) B D連線與電場線平行 A C連線與電場線垂直 則 圖6 1 5 C D點(diǎn)的場強(qiáng)大小不可能為0D A C兩點(diǎn)的場強(qiáng)相同答案 A 考點(diǎn)3 電場線的特點(diǎn)及其應(yīng)用 重點(diǎn)歸納1 特點(diǎn) 1 不閉合 電場線起始于正電荷 或無窮遠(yuǎn)處 終止于無窮遠(yuǎn)處 或負(fù)電荷 即電場線不能形成閉合曲線 2 不中斷 不相交 在沒有電荷的空間 電場線不中斷 兩條電場線也不能相交 3 不是電荷在電場中的運(yùn)動(dòng)軌跡 只有當(dāng)電場線為直線 電荷僅受電場力的作用做初速度為零或初速度平行于電場線的運(yùn)動(dòng) 電荷的運(yùn)動(dòng)軌跡才與電場線重合 2 應(yīng)用 1 表示場強(qiáng)的方向 電場線上每一點(diǎn)的切線方向和該點(diǎn)的 場強(qiáng)方向一致 2 比較場強(qiáng)的大小 電場線的疏密程度反映了場強(qiáng)的大小即電場的強(qiáng)弱 同一幅電場線圖中 電場線越密的地方場強(qiáng)越大 電場線越疏的地方場強(qiáng)越弱 3 判斷電勢的高低 在靜電場中 順著電場線的方向電勢 越來越低 典例剖析例2 多選 2015年江蘇卷 兩個(gè)相同的負(fù)電荷和一個(gè)正電荷附近的電場線分布如圖6 1 6所示 c是兩負(fù)電荷連線的中點(diǎn) d點(diǎn)在正電荷的正上方 c d到正電荷的距離相等 則 圖6 1 6 A a點(diǎn)的電場強(qiáng)度比b點(diǎn)的大B a點(diǎn)的電勢比b點(diǎn)的高 C c點(diǎn)的電場強(qiáng)度比d點(diǎn)的大D c點(diǎn)的電勢比d點(diǎn)的低 解析 由圖知 a點(diǎn)處的電場線比b點(diǎn)處的電場線密集 c點(diǎn)處電場線比d點(diǎn)處電場線密集 所以A C正確 過a點(diǎn)畫等勢線 與b點(diǎn)所在電場線的交點(diǎn)在b點(diǎn)沿電場線的方向上 所以b點(diǎn)的電勢高于a點(diǎn)的電勢 故B錯(cuò)誤 同理可得d點(diǎn)電勢高于c點(diǎn)電勢 故D正確 答案 ACD 考點(diǎn)練透 5 2016年四川成都期中 如圖6 1 7所示 圖中實(shí)線是一簇未標(biāo)明方向的由點(diǎn)電荷產(chǎn)生的電場線 虛線是某帶電粒子通過該電場區(qū)域時(shí)的運(yùn)動(dòng)軌跡 a b是軌跡上的兩點(diǎn) 若帶電粒子 圖6 1 7 A 帶電粒子所帶電荷的正 負(fù) B 帶電粒子在a b兩點(diǎn)的受力方向 C 帶電粒子在a b兩點(diǎn)的加速度何處較大D 帶電粒子在a b兩點(diǎn)的速度何處較大答案 A 6 如圖6 1 8所示 Q1和Q2是兩個(gè)電荷量大小相等的點(diǎn)電荷 MN是兩電荷的連線 HG是兩電荷連線的 中垂線 O是垂足 下列說法正確的是 A 若兩電荷是異種電荷 則OM的中點(diǎn)與 ON的中點(diǎn)電勢一定相等 圖6 1 8 B 若兩電荷是異種電荷 則O點(diǎn)的電場強(qiáng)度大小 與MN上各點(diǎn)相比是最小的 而與HG上各點(diǎn)相比是最大的C 若兩電荷是同種電荷 則OM中點(diǎn)與ON中點(diǎn)處的電場強(qiáng)度一定相同D 若兩電荷是同種電荷 則O點(diǎn)的電場強(qiáng)度大小 與MN上各點(diǎn)相比是最小的 與HG上各點(diǎn)相比是最大的 解析 若兩電荷是異種電荷 則OM的中點(diǎn)與ON的中點(diǎn)電勢一定不相等 選項(xiàng)A錯(cuò)誤 若兩電荷是異種電荷 根據(jù)兩異種電荷電場特點(diǎn)可知 O點(diǎn)的電場強(qiáng)度大小 與MN上各點(diǎn)相比是最小的 而與HG上各點(diǎn)相比是最大的 選項(xiàng)B正確 若兩電荷是同種電荷 則OM中點(diǎn)與ON中點(diǎn)處的電場強(qiáng)度大小一定相同 方向一定相反 選項(xiàng)C錯(cuò)誤 若兩電荷是同種電荷 則O點(diǎn)的電場強(qiáng)度為零 與MN上各點(diǎn)相比是最小的 與HG上各點(diǎn)相比也是最小的 選項(xiàng)D錯(cuò)誤 答案 B 考點(diǎn)4 帶電體的力電綜合問題的分析方法 重點(diǎn)歸納1 解答思路 2 運(yùn)動(dòng)情況反映受力情況 1 物體保持靜止 F合 0 2 做直線運(yùn)動(dòng) 勻速直線運(yùn)動(dòng) F合 0 變速直線運(yùn)動(dòng) F合 0 且F合與速度方向總是共線 3 做曲線運(yùn)動(dòng) F合 0 F合與速度方向不在一條直線上 且總指向曲線凹的一側(cè) 4 加速運(yùn)動(dòng) F合與v的夾角為 0 90 減速運(yùn)動(dòng) 90 180 5 勻變速運(yùn)動(dòng) F合 恒量 典例剖析例3 2015年江蘇卷 如圖6 1 9所示 一帶正電的小球向右水平拋入范圍足夠大的勻強(qiáng)電場 電場方向水平向左 不計(jì) 空氣阻力 則小球 圖6 1 9 A 做直線運(yùn)動(dòng)C 速率先減小后增大 B 做曲線運(yùn)動(dòng)D 速率先增大后減小 解析 由題意知 小球受重力 電場力作用 合外力的方向與初速度的方向夾角為鈍角 故小球做曲線運(yùn)動(dòng) 所以A錯(cuò)誤 B正確 在運(yùn)動(dòng)的過程中合外力先做負(fù)功后做正功 所以C正確 D錯(cuò)誤 答案 BC 方法技巧 本題主要是對運(yùn)動(dòng)的分析 可以把小球的運(yùn)動(dòng)分解到水平和豎直兩個(gè)方面的直線運(yùn)動(dòng) 也可以看成是在一恒力作用下的斜拋運(yùn)動(dòng) 考點(diǎn)練透 7 多選 2015年四川卷 如圖6 1 10所示 半圓槽光滑 絕緣 固定 圓心是O 最低點(diǎn)是P 直徑MN水平 a b是兩個(gè)完全相同的帶正電小球 視為點(diǎn)電荷 b固定在M點(diǎn) a從N點(diǎn)靜止釋放 沿半圓槽運(yùn)動(dòng)經(jīng)過P點(diǎn)到達(dá)某點(diǎn)Q 圖中未畫出 時(shí)速度為零 則小球a 圖6 1 10 A 從N到Q的過程中 重力與庫侖力的合力先增大后減小B 從N到Q的過程中 速率先增大后減小C 從N到Q的過程中 電勢能一直增加 D 從P到Q的過程中 動(dòng)能減少量小于電勢能增加量 解析 a球從N點(diǎn)靜止釋放后 受重力mg b球的庫侖斥力FC和槽的彈力N作用 a球從N到Q的過程中 mg與FC的夾角 逐漸減小 不妨先假設(shè)FC的大小不變 隨著 的減小mg與FC的合力F將逐漸增大 況且 由庫侖定律和圖中幾何關(guān)系可知 隨著 的減小FC逐漸增大 因此F一直增加 故選項(xiàng)A錯(cuò)誤 在a球從N到Q的過程中 a b兩小球距離逐漸 變小 電場力一直做負(fù)功 電勢能一直增加 故選項(xiàng)C正確 顯然在從P到Q的過程中 根據(jù)能的轉(zhuǎn)化與守恒可知 其電勢能增加量等于其機(jī)械能的減少量 a球在Q點(diǎn)時(shí)的重力勢能大于其在P點(diǎn)時(shí)的重力勢能 因此該過程中動(dòng)能一定在減少 且其減少量一定等于其電勢能與重力勢能增加量之和 故選項(xiàng)D錯(cuò)誤 既然在從P到Q的過程中 a球的動(dòng)能在減小 因此其速率也在減小 而開始在N點(diǎn)時(shí)速率為0 開始向下運(yùn)動(dòng)段中 其速率必先增大 故選項(xiàng)B正確 答案 BC 8 2015年安徽江淮十校聯(lián)考 如圖6 1 11所示 一帶正電的長細(xì)直棒水平放置 帶電細(xì)直棒在其周圍產(chǎn)生方向向外輻射狀的電場 電場強(qiáng)度大小與到直棒的距離成反比 在直棒上方有一長為a的絕緣細(xì)線連接了兩個(gè)質(zhì)量均為m的小球A B A B所帶電荷量分別為 q和 4q A球距直棒的距離為a 兩個(gè)球恰好處于靜止?fàn)顟B(tài) 不計(jì)兩小球之間的靜電力作用 剪斷細(xì)線 若A球下落的最大速度為vm 求A球下落到速度最大 過程中 電場力對A球做的功 圖6 1 11 方法 等效法處理重力場和電場的問題 等效法是從效果等同出發(fā)來研究物理現(xiàn)象和過程的一種科學(xué)方法 等效法總是把復(fù)雜的物理現(xiàn)象和過程轉(zhuǎn)化為理想的 簡單的 等效的物理現(xiàn)象和過程來研究和處理 勻強(qiáng)電場有許多性質(zhì)與重力場非常相似 所以將電場與重力場加以比較 在力 能量 做功方面尋找它們的共性 靜電場和重力場一樣 都是保守內(nèi)力場 都具有力和能的性質(zhì) 并且兩種力做功都與路徑無關(guān) 只與始末的相對位置有關(guān) 因此 在解決靜電場問題時(shí) 采用等效法處理 可使問題簡單化 大多數(shù)復(fù)合場都是重力場與勻強(qiáng)電場的疊加場 在這樣物理情境的場中 遇到擺的問題時(shí) 采用等效法處理 即首先確定出等效重力場的平衡位置 切向合力為零的位置 其次求出等效重力和等效重力加速度 例4 如圖6 1 12所示 一條長為L的細(xì)線上端固定在O點(diǎn) 下端系一質(zhì)量為m的小球 將它置于很大的勻強(qiáng)電場中 電場強(qiáng)度為E 方向水平向右 已知小球在B點(diǎn)時(shí)受力平衡 細(xì)線與豎直方向的夾角為 求 圖6 1 12 1 當(dāng)細(xì)線與豎直方向的夾角多大時(shí) 才能使小球由靜止釋放后細(xì)線到豎直位置時(shí)小球速度恰好為零 2 當(dāng)細(xì)線與豎直方向成 角時(shí) 至少要給多大的初速度 才能使小球做完整的圓周運(yùn)動(dòng) 審題突破 小球受重力和電場力 這兩個(gè)力都是恒力 故可等效為受一個(gè)恒力 重力 其方向沿OB方向 解 1 小球在B點(diǎn)受力情況如圖6 1 13甲所示 由于小球是在電場與重力場的復(fù)合場中運(yùn)動(dòng) 等效重力加速度為g 小球在AC間運(yùn)動(dòng)類比為一個(gè)單擺的運(yùn)動(dòng) B為振動(dòng)的平衡位置 由對稱性知 AOC 2 甲 乙 圖6 1 13 2 細(xì)線系著小球在復(fù)合場中做圓周運(yùn)動(dòng) 其 最高 點(diǎn)為D 最低 點(diǎn)為B 如圖乙 題外拓展 如果題目要求繩所受的最大拉力 也一樣找到等效的最低點(diǎn) 然后根據(jù)合外力提供向心力解答 觸類旁通 2013年新課標(biāo)改編 如圖6 1 14所示 半徑為r的絕緣細(xì)圓環(huán)的環(huán)面固定在水平面上 場強(qiáng)為E的勻強(qiáng)電場與環(huán)面平行 一電量為 q 質(zhì)量為m的小球穿在環(huán)上 可沿環(huán)做無摩擦的圓周運(yùn)動(dòng) 若小球經(jīng)A點(diǎn)時(shí) 速度vA的方向恰與電場垂直 且 圓環(huán)與小球間沿水平方向無力的作用 試計(jì)算 圖6 1 14 1 小球運(yùn)動(dòng)達(dá)到最大速度的位置 半徑與豎直方向成的角 度 用字母表示 2 速度vA的大小 3 小球運(yùn)動(dòng)到與A點(diǎn)對稱的B點(diǎn)時(shí) 對環(huán)在水平方向的作 用力 小球在B點(diǎn)時(shí) 根據(jù)牛頓第二定律 在水平方向有 解以上兩式 得NB 6qE 由牛頓第三定律得小球在B點(diǎn)對環(huán)的水平作用力NB 6qE 方向水平向右 第2講電勢能電勢電勢差 一 電場力做功與電勢能 1 電場力做功 路徑 電勢差 電荷量 1 特點(diǎn) 電場力做功與電荷移動(dòng)的 無關(guān) 只取決于初 末位置的 和被移動(dòng)電荷的 2 電勢能 1 定義 電荷在電場中具有的勢能 等于靜電力把它從該點(diǎn)移動(dòng)到 位置時(shí)所做的功 2 矢標(biāo)性 電勢能是 但有正負(fù)之分 負(fù)值表明比零電勢能小 正值表示比零電勢能大 3 電勢能也具有相對性和系統(tǒng)性 一般以大地或無窮遠(yuǎn)處 為零勢能位置 零勢能 標(biāo)量 電勢能的減少量 4 電場力做功與電勢能變化的關(guān)系 電場力做的功等于 即WAB EpA EpB Ep 基礎(chǔ)檢測 1 多選 2016年浙江寧波期中 如圖6 2 1所示 虛線表示某電場中的三個(gè)等勢面 相鄰等勢面間的電勢差相等 一重力不計(jì) 帶負(fù)電的粒子從左側(cè)進(jìn)入電場 運(yùn)動(dòng)軌跡 與三個(gè)等勢面分別交于a b c三點(diǎn) 則 A a點(diǎn)的電勢比b點(diǎn)的電勢高B 粒子在c點(diǎn)時(shí)的加速度為零C 粒子從a到c電勢能不斷增加 圖6 2 1 D 粒子從a到b克服電場力做功大于從b到c克服電場力做功答案 AC 二 電勢 電勢差 等勢面1 電勢 1 定義 電荷在電場中某一點(diǎn)的電勢能與它的電荷量的比值 叫做這一點(diǎn)的電勢 2 定義式 3 矢標(biāo)性 電勢是 其大小有正負(fù)之分 其正 負(fù) 表示該點(diǎn)電勢比零電勢高 低 標(biāo)量 零電勢點(diǎn) 4 相對性 電勢具有相對性 同一點(diǎn)的電勢因 選取的不同而不同 2 電勢差 1 定義 電場中兩點(diǎn)間電勢的差值稱為這兩點(diǎn)的電勢差 2 表達(dá)式 UAB 3 影響因素 電勢差UAB與電場力做功WAB無關(guān) 與電場所帶電量q無關(guān) 它由電場本身的性質(zhì)決定 與初 末位置有關(guān) 與零電勢點(diǎn)的選取無關(guān) 4 與場強(qiáng)的關(guān)系 U Ed 適用條件 勻強(qiáng)電場 其中d為沿電場線方向的距離 3 等勢面 1 定義 電場中電勢相同的各點(diǎn)構(gòu)成的面 2 特點(diǎn) 等勢面一定與電場線垂直 即跟場強(qiáng)的方向垂直 在同一等勢面上移動(dòng)電荷時(shí)電場力不做功 電場線總是從電勢高的等勢面指向電勢低的等勢面 在空間中兩等勢面不相交 等差等勢面越密的地方電場強(qiáng)度 越疏的地方 電場強(qiáng)度 越大 越小 基礎(chǔ)檢測 2 2015年甘肅一模 如圖6 2 2所示 A B C D E F為正六邊形的六個(gè)頂點(diǎn) P Q M分別為AB ED AF的中點(diǎn) O為正六邊形的中心 現(xiàn)在六個(gè)頂點(diǎn)依次放入等量正負(fù)電荷 若取無窮遠(yuǎn)處電勢為零 以下說法中錯(cuò)誤的是 A P Q M各點(diǎn)具有相同的場強(qiáng)B P Q M各點(diǎn)電勢均為零C O點(diǎn)電勢與場強(qiáng)均為零D 將一負(fù)檢驗(yàn)電荷從P點(diǎn)沿直線PM移到M點(diǎn)的過程中 電勢能先減小后增大 圖6 2 2 解析 由題意可知 等量正負(fù)電荷 位于正六邊形的六個(gè)頂 根據(jù)點(diǎn)電荷電場強(qiáng)度公式 結(jié)合電場的疊加原理 可知P Q M各點(diǎn)場強(qiáng)大小相同 但方向不同 故A錯(cuò)誤 根據(jù)等量異種電荷中垂線的電勢為零 再由對稱性可以知 P Q M O各點(diǎn)電勢均為零 故B正確 根據(jù)圖可知 O點(diǎn)場強(qiáng)可看成三個(gè)負(fù)點(diǎn)電荷與三個(gè)正點(diǎn)電荷電場疊加而成 且電荷均相同 則電場強(qiáng)度為零 故C正確 P到M過程中 電勢由零升高 后又降為零 負(fù)電荷的電勢能先減小后增大 故D正確 故選A 答案 A 考點(diǎn)1 電勢高低和電勢能大小的判斷 重點(diǎn)歸納1 電勢高低的判斷 續(xù)表 2 電勢能大小的判斷 典例剖析 圖6 2 3 思維點(diǎn)撥 在勻強(qiáng)電場中 電場線是間隔相等的平行線 等勢面是垂直于電場線的平行平面 負(fù)電荷在高電勢處電勢能小 在低電勢處電勢能大 答案 B 備考策略 熟悉幾種典型電場的電場線分布特點(diǎn)及等勢面的空間分布特點(diǎn) 可迅速對電場強(qiáng)度和電勢的分布情況作出判斷 考點(diǎn)練透 1 2016年浙江嘉興期中改編 如圖6 2 4所示中虛線為電場中與場強(qiáng)方向垂直的等間距平行直線 兩粒子M N質(zhì)量相等 所帶電荷的絕對值也相等 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)電勢高于c點(diǎn) 若不 計(jì)重力 則 圖6 2 4 A M帶負(fù)電荷 N帶正電荷 B N在a點(diǎn)的電勢能與M在c點(diǎn)的電勢能數(shù)值相同C N在從O點(diǎn)運(yùn)動(dòng)至a點(diǎn)的過程中克服電場力做功 D M在從O點(diǎn)運(yùn)動(dòng)至b點(diǎn)的過程中 電場力對它做的功等 于零 答案 D 2 多選 如圖6 2 5所示 虛線a b c代表電場中三個(gè)等勢面 相鄰等勢面之間的電勢差相同 實(shí)線為一帶正電的質(zhì)點(diǎn)僅在電場力作用下通過該區(qū)域的運(yùn)動(dòng)軌跡 P Q是這條軌跡上 的兩點(diǎn) 由此可知 A 三個(gè)等勢面中 c等勢面電勢最高B 帶電質(zhì)點(diǎn)通過P點(diǎn)時(shí)電勢能較大C 帶電質(zhì)點(diǎn)通過Q點(diǎn)時(shí)動(dòng)能較大 圖6 2 5 D 帶電質(zhì)點(diǎn)通過P點(diǎn)時(shí)加速度較大答案 BCD 考點(diǎn)2 電場力做功和電場中的功能關(guān)系 重點(diǎn)歸納1 電場中的功能關(guān)系 1 若只有電場力做功 電勢能與動(dòng)能之和保持不變 2 若只有電場力和重力做功 電勢能 重力勢能 動(dòng)能之和保持不變 2 電場力做功的計(jì)算方法 1 由公式W FLcos 計(jì)算 此公式只適合于勻強(qiáng)電場中 可變形為 W qELcos 2 由W qU來計(jì)算 此公式適用于任何形式的靜電場 3 由動(dòng)能定理來計(jì)算 W電場力 W其他力 Ek 4 由電勢能的變化計(jì)算 W Ep1 Ep2 3 帶電粒子在電場中做曲線運(yùn)動(dòng)時(shí)正負(fù)功的判斷 電場力與速度方向間的夾角小于90 電場力做正功 夾 角大于90 電場力做負(fù)功 典例剖析例2 2015年陜西西安名校聯(lián)考 在光滑絕緣的水平桌面上 存在著方向水平向右的勻強(qiáng)電場 電場線如圖6 2 6中實(shí)線所示 一帶正電 初速度不為零的小球從桌面上的A點(diǎn)開始運(yùn)動(dòng) 到C點(diǎn)時(shí) 突然受到一個(gè)外加的水平恒力F作用而繼續(xù)運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn) 其運(yùn)動(dòng)軌跡如圖中虛線所示 v表示小球在C點(diǎn)的 速度 則下列判斷中正確的是 圖6 2 6 A 小球在A點(diǎn)的電勢能比在B點(diǎn)的電勢能小B 恒力F的方向可能水平向左 C 恒力F的方向可能與v方向相反D 在A B兩點(diǎn)小球的速率不可能相等 解析 小球由A運(yùn)動(dòng)到B 電場力做正功 電勢能減少 小球在A點(diǎn)的電勢能比在B點(diǎn)的電勢能大 A錯(cuò)誤 由運(yùn)動(dòng)軌跡可知 恒力F的方向可能水平向左 B正確 C錯(cuò)誤 若小球由A運(yùn)動(dòng)到B的過程中 電場力做功與克服恒力做功相等 則在A B兩點(diǎn)小球的速率相等 D錯(cuò)誤 答案 B 備考策略 判斷電場力做功的多少只要看電荷移動(dòng)的始末 位置的電勢差即可 與電荷移動(dòng)的路徑無關(guān) 考點(diǎn)練透 3 多選 2015年海南卷 如圖6 2 7所示 兩電荷量分別為Q Q 0 和 Q的點(diǎn)電荷對稱地放置在x軸上原點(diǎn)O的兩側(cè) a點(diǎn)位于x軸上O點(diǎn)與點(diǎn)電荷Q之間 b位于y軸O點(diǎn)上方 取無 窮遠(yuǎn)處的電勢為零 下列說法正確的是 A b點(diǎn)的電勢為零 電場強(qiáng)度也為零B 正的試探電荷在a點(diǎn)的電勢能大于零 所受電場力方向向右 圖6 2 7 C 將正的試探電荷從O點(diǎn)移到a點(diǎn) 必須克服電場力做功D 將同一正的試探電荷先后從O b點(diǎn)移到a點(diǎn) 后者電勢能的變化較大 解析 因?yàn)榈攘慨惙N電荷在其連線的中垂線上的電場方向?yàn)樗街赶蜇?fù)電荷 所以電場方向與中垂線方向垂直 故中垂線為等勢線 因?yàn)橹写咕€延伸到無窮遠(yuǎn)處 所以中垂線的電勢為零 故b點(diǎn)的電勢為零 但是電場強(qiáng)度不為零 A錯(cuò)誤 等量異種電荷連線上 電場方向由正電荷指向負(fù)電荷 方向水平向右 在中點(diǎn)O處電勢為零 O點(diǎn)左側(cè)電勢為正 右側(cè)電勢為負(fù) 又知道正電荷在正電勢處電勢能為正 故B正確 O點(diǎn)的電勢低于a點(diǎn)的電勢 電場力做負(fù)功 所以必須克服電場力做功 C正確 O點(diǎn)和b點(diǎn)的電勢相等 所以先后從O b點(diǎn)移到a點(diǎn) 電場力做功相等 電勢能變化相同 D錯(cuò)誤 答案 BC 4 多選 2014年山東青島質(zhì)檢 兩個(gè)固定的等量異種點(diǎn)電荷所形成電場的等勢面如圖6 2 8中虛線所示 一帶電粒子以某一速度從圖中a點(diǎn)進(jìn)入電場 其運(yùn)動(dòng)軌跡為圖中實(shí)線所示 若粒子只受靜電力作用 則下列關(guān)于帶電粒子的判斷正確的是 A 帶正電B 速度先變大后變小C 電勢能先變大后變小 圖6 2 8 D 經(jīng)過b點(diǎn)和d點(diǎn)時(shí)的速度大小相同答案 CD 易錯(cuò)點(diǎn) 帶電粒子運(yùn)動(dòng)軌跡分析問題 分析這類問題的一般方法是 先畫出入射點(diǎn)的軌跡切線 即畫出初速度v0的方向 再根據(jù)軌跡彎曲方向 確定電場力的方向 利用分析力學(xué)的方法來分析粒子的帶電性質(zhì) 電場力做功的正負(fù) 電勢能變化 動(dòng)能變化 電勢大小變化等問題 例3 2013年重慶卷 如圖6 2 9所示 高速運(yùn)動(dòng)的 粒子被位于O點(diǎn)的重原子核散射 實(shí)線表示 粒子運(yùn)動(dòng)的軌跡 M N和Q為軌跡上的三點(diǎn) N點(diǎn)離核最近 Q點(diǎn)比M點(diǎn)離核更遠(yuǎn) 則 A 粒子在M點(diǎn)的速率比在Q點(diǎn)的大B 三點(diǎn)中 粒子在N點(diǎn)的電勢能最大C 在重核產(chǎn)生的電場中 M點(diǎn)的電勢 比Q點(diǎn)的低 圖6 2 9 D 粒子從M點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到Q點(diǎn) 電場力對它做的總功為負(fù)功 解析 根據(jù)圖線彎曲的方向 可以判定粒子受力的方向大體向上 與粒子和O點(diǎn)的連線的方向相反 故靠近O點(diǎn)的過程電場力做負(fù)功 粒子的速度減小 遠(yuǎn)離的過程電場力做正功 粒子的速度增大 所以Q點(diǎn)的速度最大 N點(diǎn)的速度最小 故A錯(cuò)誤 只有電場力做功 各點(diǎn)的動(dòng)能與電勢能的和保持不變 N點(diǎn)的速度最小 故電勢能最大 故B正確 只有電場力做功 各點(diǎn)的動(dòng)能與電勢能的和保持不變 Q點(diǎn)的速度最大 故電勢能最小 粒子帶正電荷 所以Q點(diǎn)的電勢最低 故C錯(cuò)誤 粒子受力的方向大體向上 與粒子和O點(diǎn)的連線的方向相反 故靠近O點(diǎn)的過程電場力做負(fù)功 遠(yuǎn)離的過程電場力做正功 故D錯(cuò)誤 故選B 答案 B 觸類旁通 多選 如圖6 2 10所示 虛經(jīng)a b c代表電場中三個(gè)等勢面 相鄰等勢面之間的電勢差相同 實(shí)線為一帶正電的質(zhì)點(diǎn)僅在電場力作用下通過該區(qū)域的運(yùn)動(dòng)軌跡 P Q是這條軌跡上 的兩點(diǎn) 由此可知 A 三個(gè)等勢面中 c等勢面電勢最高B 帶電質(zhì)點(diǎn)通過P點(diǎn)時(shí)電勢能較大C 帶電質(zhì)點(diǎn)通過Q點(diǎn)時(shí)動(dòng)能較大 圖6 2 10 D 帶電質(zhì)點(diǎn)通過P點(diǎn)時(shí)加速度較大答案 BCD 第3講電容器與電容帶電粒子在電場中的運(yùn)動(dòng) 一 電容 平行板電容器1 電容 1 定義 電容器所帶的電荷量與兩極板間電勢差的比值 2 公式 C 3 物理意義 電容是描述電容器容納電荷本領(lǐng)大小的物理量 它的大小與電容器本身的結(jié)構(gòu)有關(guān) 與U Q無關(guān) 4 電容器的充 放電充電 使電容器帶電的過程 充電后電容器兩板帶上等量的異種電荷 電容器中儲存電場能 放電 使充電后的電容器失去電荷的過程 放電過程中電 場能轉(zhuǎn)化為其他形式的能 106 1012 5 單位 1法拉 F 微法 F 皮法 pF 2 平行板電容器的電容 正對面積 距離 1 影響因素 平行板電容器的電容與兩極板的 成正比 與兩極板的 成反比 并跟板間插入的電介質(zhì)有關(guān) 2 公式 C 二 帶電粒子在電場中的運(yùn)動(dòng)1 帶電粒子在電場中的直線運(yùn)動(dòng) 1 運(yùn)動(dòng)狀態(tài)分析 帶電粒子沿與電場線平行的方向進(jìn)入勻強(qiáng)電場 受到的電場力與運(yùn)動(dòng)方向在同一條直線上 做勻變速直線運(yùn)動(dòng) 2 用功能觀點(diǎn)分析 電場力對帶電粒子所做的功等于粒子 動(dòng)能的變化 即qU 2 帶電粒子的偏轉(zhuǎn)分析 1 運(yùn)動(dòng)狀態(tài) 帶電粒子受到恒定的與初速度方向垂直的電 場力作用而做類平拋運(yùn)動(dòng) 2 處理方法 類似于平拋運(yùn)動(dòng)的處理方法 如圖6 3 1所示 圖6 3 1 勻速直線 勻加速直線 基礎(chǔ)檢測 2015年海南卷 如圖6 3 2所示 一充電后的平行板電容器的兩極板相距l(xiāng) 在正極板附近有一質(zhì)量為M 電荷量為q q 0 的粒子 在負(fù)極板附近有另一質(zhì)量為m 電荷量為 q的粒子 在電場力的作用下 兩粒子同時(shí)從靜止開始運(yùn)動(dòng) 已知兩粒子同若兩粒子間相互作用力可忽略 不計(jì)重力 則 M m為 圖6 3 2 A 3 2 B 2 1 C 5 2 D 3 1 答案 A 考點(diǎn)1 平行板電容器的動(dòng)態(tài)分析 重點(diǎn)歸納 第一類動(dòng)態(tài)變化 電容器兩極板間電壓不變 第二類動(dòng)態(tài)變化 電容器所帶電荷量不變 考點(diǎn)練透 1 2014年海南卷 如圖6 3 3所示 一平行板電容器的兩極板與一電壓恒定的電源相連 極板水平放置 極板間距為d 在下極板上疊放一厚度為l的金屬板 其上部空間有一帶電粒子P靜止在電容器中 當(dāng)把金屬板從電容器中快速抽出后 粒 子P開始運(yùn)動(dòng) 重力加速度為g 粒子運(yùn)動(dòng)加速度為 圖6 3 3 答案 A 2 2014年天津卷 如圖6 3 4所示 電路中R1 R2均為可變電阻 電源內(nèi)阻不能忽略 平行板電容器C的極板水平放置 閉合電鍵S 電路達(dá)到穩(wěn)定時(shí) 帶電油滴懸浮在兩板之間靜止不動(dòng) 如果僅改變下列某一個(gè)條件 油滴仍能靜止不動(dòng)的是 A 增大R1的阻值B 增大R2的阻值C 增大兩板間的距離 圖6 3 4 D 斷開電鍵S答案 B 考點(diǎn)2 帶電粒子在電場中的加速運(yùn)動(dòng)分析 重點(diǎn)歸納 2 帶電粒子在電場中運(yùn)動(dòng)時(shí)是否考慮重力的處理方法 1 基本粒子 如電子 質(zhì)子 粒子 離子等 除有說明或有明確的暗示以外 一般都不考慮重力 但并不忽略質(zhì)量 2 帶電顆粒 如液滴 油滴 塵埃 小球等 除有說明或 有明確的暗示以外 一般都要考慮重力 典例剖析例1 多選 如圖6 3 5所示 M N是在真空中豎直放置的兩塊平行金屬板 板間有勻強(qiáng)電場 質(zhì)量為m 電荷量為 q的帶電粒子 以初速度v0由小孔進(jìn)入電場 當(dāng)M N間電壓為U時(shí) 粒子剛好能到達(dá)N板 如果要使這個(gè)帶電粒子能到達(dá)M B 使M N間電壓提高到原來的2倍C 使M N間電壓提高到原來的4倍 圖6 3 5 答案 BD 考點(diǎn)練透 3 2016年重慶第一中學(xué)月考 如圖6 3 6甲所示 傾角為 30 的光滑固定斜桿底端固定一個(gè)帶負(fù)電 電量為Q 2 10 4C的小球A 將一可視為質(zhì)點(diǎn)的帶電小球B從斜桿的底端 a點(diǎn) 與A靠得很近 但未接觸 靜止釋放 小球沿斜面向上滑動(dòng)過程中速度v隨位移s的變化圖象如圖乙所示 已知重力加速度g 10m s2 靜電力常量 k 9 109N m2 C2 求 2 小球B在b點(diǎn)時(shí)速度到達(dá)最大 求a b兩點(diǎn)的電勢差 甲 乙 圖6 3 6 4 2014年安徽卷 如圖6 3 7所示 充電后的平行板電容器水平放置 電容為C 極板間距離為d 上極板正中有一小孔 質(zhì)量為m 電荷量為 q的小球從小孔正上方高h(yuǎn)處由靜止開始下落 穿過小孔到達(dá)下極板處速度恰為零 空氣阻力忽略不計(jì) 極板間電場可視為勻強(qiáng)電場 重力加速度為g 求 1 小球到達(dá)小孔處的速度 2 極板間電場強(qiáng)度大小和電容器所帶電荷量 3 小球從開始下落運(yùn)動(dòng)到下極板處的時(shí)間 圖6 3 7 考點(diǎn)3 帶電粒子在電場中的偏轉(zhuǎn)問題 重點(diǎn)歸納1 粒子的偏轉(zhuǎn)角問題 1 已知帶電粒子情況及初速度 如圖6 3 8所示 設(shè)帶電粒子質(zhì)量為m 帶電荷量為q 以初速度v0垂直于電場線方向射入勻強(qiáng)偏轉(zhuǎn)電場 偏轉(zhuǎn)電壓為U1 若粒子飛出電場時(shí)偏 圖6 3 8 結(jié)論 動(dòng)能一定時(shí)tan 與q成正比 電荷量相同時(shí)tan 與動(dòng)能成反比 2 已知加速電壓U0 若不同的帶電粒子是從靜止經(jīng)過同一加速電壓U0加速后進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場的 則由動(dòng)能定理有 結(jié)論 粒子的偏轉(zhuǎn)角與粒子的q m無關(guān) 僅取決于加速電場和偏轉(zhuǎn)電場 2 粒子的偏轉(zhuǎn)量問題 2 若不同的帶電粒子是從靜止經(jīng)同一加速電壓U0加速后 進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場的 得 結(jié)論 粒子的偏轉(zhuǎn)距離與粒子的q m無關(guān) 僅取決于加速電場和偏轉(zhuǎn)電場 典例剖析 1 電子經(jīng)過偏轉(zhuǎn)電極后發(fā)生的偏移y 2 若偏轉(zhuǎn)電極的邊緣到熒光屏的距離D 15cm 求電子打在熒光屏上產(chǎn)生的光 點(diǎn)偏離中心O的距離Y 圖6 3 9 例2 如圖6 3 9所示 一示波管偏轉(zhuǎn)電極板的長度L 3cm 兩板間的電場是均勻的 E 1 2 104V m E的方向垂直管軸 一個(gè)電子以初速度v0 2 0 107m s沿管軸注入 已知電子質(zhì)量m 9 0 10 31kg 電荷量q 1 6 10 19C 求 思維點(diǎn)撥 將粒子的運(yùn)動(dòng)分為兩部分 第一部分是在偏轉(zhuǎn)場中的類平拋運(yùn)動(dòng) 第二部分是出了偏轉(zhuǎn)電場后的勻速直線運(yùn)動(dòng) 代入數(shù)據(jù) 解得2 64 10 2m 備考策略 利用類平拋運(yùn)動(dòng)的規(guī)律 將復(fù)雜的曲線運(yùn)動(dòng)分解為兩個(gè)簡單的直線運(yùn)動(dòng) 所以Y y Dtan 考點(diǎn)練透 5 2014年山東卷 如圖6 3 10所示 場強(qiáng)大小為E 方向豎直向下的勻強(qiáng)電場中有一矩形區(qū)域abcd 水平邊ab長為s 豎直邊ad長為h 質(zhì)量均為m 帶電量分別為 q和 q的兩粒子 由a c兩點(diǎn)先后沿ab和cd方向以速率v0進(jìn)入矩形區(qū) 兩粒子不同時(shí)出現(xiàn)在電場中 不計(jì)重力 若兩粒子軌跡恰好相切 則v0 等于 圖6 3 10 答案 B 6 2015年湖南四校聯(lián)考 如圖6 3 11所示 水平放置的平行板電容器 兩板間距為d 8cm 板長為l 25cm 接在直流電源上 有一帶電液滴以v0 0 5m s的初速度從板間的正中央水平射入 恰好做勻速直線運(yùn)動(dòng) 當(dāng)它運(yùn)動(dòng)到P處時(shí)迅速將 1 將下板向上提起后 液滴的加速度大小 2 液滴從射入電場開始計(jì)時(shí) 勻速運(yùn)動(dòng)到P 點(diǎn)所用時(shí)間為多少 g取10m s2 圖6 3 11 方法 帶電粒子在交變電場中的運(yùn)動(dòng) 1 常見的交變電場常見的產(chǎn)生交變電場的電壓波形有方形波 鋸齒波 正弦波等 2 常見的試題類型此類題型一般有三種情況 1 粒子做單向直線運(yùn)動(dòng) 一般用牛頓運(yùn)動(dòng)定律求解 2 粒子做往返運(yùn)動(dòng) 一般分段研究 3 粒子做偏轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) 一般根據(jù)交變電場特點(diǎn)分段研究 3 解答帶電粒子在交變電場中運(yùn)動(dòng)的思維方法 1 注重全面分析 分析受力特點(diǎn)和運(yùn)動(dòng)規(guī)律 抓住粒子的運(yùn)動(dòng)具有周期性和在空間上具有對稱性的特征 求解粒子運(yùn)動(dòng)過程中的速度 位移 做功或確定與物理過程相關(guān)的邊界條件 2 分析時(shí)從兩條思路出發(fā) 一是力和運(yùn)動(dòng)的關(guān)系 根據(jù)牛 頓第二定律及運(yùn)動(dòng)學(xué)規(guī)律分析 二是功能關(guān)系 3 注意對稱性和周期性變化關(guān)系的應(yīng)用 例3 如圖6 3 12所示 真空中相距d 5cm的兩塊平行金屬板A B與電源連接 圖中未畫出 其中B板接地 電勢為零 A板電勢變化的規(guī)律如圖6 3 13所示 將一個(gè)質(zhì)量為2 10 27kg 電量q 1 6 10 19C的帶電粒子從緊臨B板處釋 放 不計(jì)重力 圖6 3 12 圖6 3 13 專題提升六電場中 三類 典型圖象 突破一 電場中粒子運(yùn)動(dòng)的v t圖象 當(dāng)帶電粒子只在電場力作用下運(yùn)動(dòng)時(shí) 如果給出了粒子運(yùn)動(dòng)的速度圖象 則從速度圖象上能確定粒子運(yùn)動(dòng)的加速度方向 加速度大小變化情況 進(jìn)而可將粒子運(yùn)動(dòng)中經(jīng)歷的各點(diǎn)的場強(qiáng)方向 場強(qiáng)大小 電勢高低及電勢能的變化等情況判定出來 甲 乙 圖Z6 1 解析 由圖乙可知 粒子做加速度減小 速度增大的直線運(yùn)動(dòng) 故可知從a到b電場強(qiáng)度減小 粒子動(dòng)能增大 電勢能減小 電場力方向由a指向b 電場線方向由b指向a b點(diǎn)電勢高于a點(diǎn)電勢 故B D正確 答案 BD 突破二 電場中的E x圖象 1 點(diǎn)電荷的E x圖象正點(diǎn)電荷及負(fù)點(diǎn)電荷的電場強(qiáng)度E隨坐標(biāo)x變化關(guān)系的圖象大致如圖Z6 2和圖Z6 3所示 圖Z6 2 圖Z6 3 2 兩個(gè)等量異種點(diǎn)電荷的E x圖象 1 兩電荷連線上的E x圖象如圖Z6 4所示 2 兩電荷連線的中垂線上的E y圖象如圖Z6 5所示 圖Z6 4 圖Z6 5 3 兩個(gè)等量同種點(diǎn)電荷的E x圖象 1 兩電荷連線上的E x圖象如圖Z6 6所示 2 兩電荷連線的中垂線上的E y圖象如圖Z6 7所示 圖Z6 6 圖Z6 7 例2 2013年上海卷 半徑為R 均勻帶正電荷的球體在空間產(chǎn)生球?qū)ΨQ的電場 場強(qiáng)大小沿半徑分布如圖Z6 8所示 圖中E0已知 E r曲線下O R部分的面積等于R 2R部分的面積 圖Z6 8 1 寫出E r曲線下面積的單位 量 該均勻帶電球所帶的電荷量Q為多大 3 求球心與球表面間的電勢差 U 4 質(zhì)量為m 電荷量為q的負(fù)電荷在球面處需具有多大的速度可以剛好運(yùn)動(dòng)到2R處 解 1 E r曲線下面積的單位為伏特 突破三 電場中的 x圖象 1 點(diǎn)電荷的 x圖象 取無限遠(yuǎn)處電勢為零 1 正點(diǎn)電荷的 x圖象如圖Z6 9所示 2 負(fù)點(diǎn)電荷的 x圖象如圖Z6 10所示 圖Z6 9 圖Z6 10 2 兩個(gè)等量異種電荷連線上的 x圖象如圖Z6 11所示 圖Z6 11 3 兩個(gè)等量同種電荷的 x圖象 1 兩正電荷連線上的 x圖象如圖Z6 12所示 1 兩正電荷連線的中垂線上的 y圖象如圖Z6 13所示 圖Z6 12 圖Z6 13 例3 多選 空間某一靜電場的電勢在x軸上分布如圖Z6 14所示 x軸上兩點(diǎn)B C的電場強(qiáng)度在x方向上的分量分 別是EBx ECx 下列說法正確的有 A EBx的大小大于ECx的大小B EBx的方向沿x軸正方向C 電荷在O點(diǎn)受到的電場力在x軸方向上的分量最大 圖Z6 14 D 負(fù)電荷沿x軸從B移到C的過程中 電場力先做正功 后做負(fù)功 答案 AD