全國通用版2022年高考物理專題復(fù)習(xí)專題8電澄件

專題八電

場

考情解讀課標要求1.通過實驗,了解靜電現(xiàn)象.能用原子結(jié)構(gòu)模型和電荷守恒的知識分析靜電現(xiàn)象.2.知道點電荷模型.知道兩個點電荷間相互作用的規(guī)律.體會探究庫侖定律過程中的科學(xué)思想和方法.3.知道電場是一種物質(zhì).了解電場強度,體會用物理量之比定義新物理量的方法.會用電場線描述電場.4.了解生產(chǎn)生活中關(guān)于靜電的利用與防護.

考情解讀5.知道靜電場中的電荷具有電勢能.了解電勢能、電勢和電勢差的含義.知道勻強電場中電勢差與電場強度的關(guān)系.能分析帶電粒子在電場中的運動情況,能解釋相關(guān)的物理現(xiàn)象.6.觀察常見的電容器,了解電容器的電容,觀察電容器的充、放電現(xiàn)象.能舉例說明電容器的應(yīng)用.

考情解讀命題探究1.命題分析:本專題是高考考查的重點和熱點內(nèi)容,主要考查電場的描述、電場力的性質(zhì)和電場能的性質(zhì)、平行板電容器及其動態(tài)分析、帶電粒子在電場及復(fù)合場中的運動等知識點.2.趨勢分析:試題涉及知識內(nèi)容多,考查角度靈活多變,往往與科學(xué)技術(shù)相聯(lián)系,問題綜合抽象,對物理建模能力及數(shù)學(xué)應(yīng)用能力要求較高.

考情解讀核心素養(yǎng)聚焦物理觀念:1.理解電場強度、電勢、電勢差、電勢能、電場線、等勢面、電容器及電容等基本概念;2.掌握庫侖定律、平行板電容器的電容及帶電粒子在電場中運動等基本規(guī)律;3.理解場的物質(zhì)性,運用場的觀念分析靜電場中的相互作用問題.科學(xué)思維:1.運用重力場與靜電場對比的方法研究靜電場;2.運用點電荷、電場線、等勢面等模型研究靜電場;3.運用力和運動、功和能等規(guī)律求解靜電場相關(guān)問題.

考情解讀科學(xué)探究:1.體會庫侖扭秤實驗設(shè)計思想;2.通過實驗了解靜電現(xiàn)象,研究平行板電容器的電容及充、放電現(xiàn)象.科學(xué)態(tài)度與責任:應(yīng)用本專題所學(xué)內(nèi)容解決生活中的相關(guān)靜電問題,培養(yǎng)學(xué)習(xí)物理的興趣.

考情解讀核心考點考題取樣考法考向1.電場力的性質(zhì)2019全國Ⅰ,T152019北京,T17考查庫侖定律、電場力作用下的平衡利用點電荷的特點判斷場強及電勢大小2.電場能的性質(zhì)2020全國Ⅱ,T202019天津,T32019江蘇,T9考查帶電圓環(huán)內(nèi)特定點的場強和電勢考查帶電粒子在電場中的功能關(guān)系問題考查點電荷電場,電場力做功等

考情解讀核心考點考題取樣考法考向3.電容器及帶電粒子在電場中的運動2020全國Ⅰ,T252019全國Ⅲ,T242018北京,T19考查帶電粒子在有界勻強電場中的勻變速運動考查帶電粒子在勻強電場內(nèi)的運動問題考查與平行板電容器、電容有關(guān)的實驗

考點1電場力的性質(zhì)

考點

必備知識通關(guān)1.電荷守恒定律電荷既不會創(chuàng)生,也不會消滅,只能從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體,或者從物體的一部分轉(zhuǎn)移到另一部分;在轉(zhuǎn)移過程中,電荷總量保持不變.2.靜電現(xiàn)象(1)使物體帶電的方法:①摩擦起電;②接觸起電;③感應(yīng)起電.(2)靜電平衡:導(dǎo)體中(包括表面)沒有電荷定向移動的狀態(tài)叫做靜電平衡狀態(tài).

考點

必備知識通關(guān)學(xué)習(xí)·理解

處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體的特點①內(nèi)部場強E=0.表面場強的方向與該表面垂直.②表面和內(nèi)部各點電勢相等,即整個導(dǎo)體是一個等勢體,導(dǎo)體表面是一個等勢面.③導(dǎo)體內(nèi)部沒有電荷,電荷只分布在導(dǎo)體的外表面.④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.

考點

必備知識通關(guān)(3)靜電屏蔽①內(nèi)屏蔽:由于靜電感應(yīng),導(dǎo)體外表面感應(yīng)電荷的電場與外電場在導(dǎo)體內(nèi)部任一點的場強的疊加結(jié)果為零,從而外部電場影響不到導(dǎo)體內(nèi)部,如圖所示.②外屏蔽:由于靜電感應(yīng),接地導(dǎo)體殼內(nèi)表面感應(yīng)電荷的電場與殼內(nèi)電場在導(dǎo)體殼外表面以外空間疊加后為零,從而使接地的封閉導(dǎo)體殼內(nèi)部電場對殼外空間沒有影響,如圖所示.

考點

必備知識通關(guān)

考點

必備知識通關(guān)學(xué)習(xí)·理解①對于兩個均勻帶電絕緣球體,可以將其視為電荷集中于球心的點電荷,r為兩球心之間的距離.②對于兩個帶電金屬球,要考慮金屬球表面電荷的重新分布.③庫侖力在r=10-15~10-9m的范圍內(nèi)均有效,但不能根據(jù)公式錯誤地推論:當r→0時,F→∞.其實,在這樣的條件下,兩個帶電體已經(jīng)不能再看作點電荷了.4.電場強度(1)性質(zhì)

考點

必備知識通關(guān)矢量性電場強度E是表示電場力的性質(zhì)的一個物理量.規(guī)定正電荷在電場中某點所受靜電力的方向為該點場強的方向.唯一性電場中某一點的電場強度E是唯一的,它的大小和方向與放入該點的試探電荷q無關(guān),它取決于形成電場的電荷(場源電荷)及該點所處的空間位置.疊加性如果有幾個靜止點電荷在空間中同時產(chǎn)生電場,那么空間某點的場強是各場源電荷單獨存在時在該點所產(chǎn)生的場強的矢量和.

考點

必備知識通關(guān)(2)三個計算公式

公式適用條件說明定義式任何電場.某點的場強為確定值,其大小及方向與試探電荷q無關(guān).決定式真空中點電荷的電場.E由場源電荷Q和場源電荷到某點的距離r決定.關(guān)系式勻強電場.d是沿電場方向的距離.

考點

必備知識通關(guān)5.電場線(1)電場線是假想的,實際電場中不存在;(2)電場線始于正電荷(或無窮遠),終于無窮遠(或負電荷);(3)電場線不相交也不相切,靜電場的電場線不閉合;(4)電場線與等勢面處處垂直,且由電勢高的等勢面指向電勢低的等勢面(即沿電場線方向電勢逐漸降低);(5)電場線的疏密情況反映電場的強弱;(6)電場線不表示電荷在電場中運動的軌跡.6.等量異種點電荷與等量同種點電荷的電場分布比較

考點

必備知識通關(guān)

兩點電荷連線的中垂線上兩點電荷的連線之間等量異種點電荷如圖所示,由于場強大小E1=E2,中垂線上各點的場強方向均由正電荷的一邊指向負電荷的一邊,且與中垂線垂直.O點場強最大,從O點沿中垂線向兩邊E1、E2變小,且兩場強間的夾角變大,所以場強E逐漸減小,直到無窮遠處減小為零;中垂線上任意一點a與該點關(guān)于O點對稱的點b的場強大小相等、方向相同.連線之間各點的場強方向由正電荷沿兩電荷的連線指向負電荷.O點的場強最小,從O點沿兩電荷的連線向兩電荷靠近的過程中,場強逐漸增大;兩電荷的連線之間,任意一點c與該點關(guān)于O點對稱的點d的場強大小相等、方向相同.

考點

必備知識通關(guān)

兩點電荷連線的中垂線上兩點電荷的連線之間等量同種點電荷如圖所示,O點和無窮遠處的場強均為零,所以在中垂線上,由O點開始到無窮遠處的過程中,場強開始為零,后增大,又逐漸減小,到無窮遠處時減小為零;中垂線上任意一點a與該點關(guān)于O點對稱的點b的場強大小相等、方向相反.連線之間各點(除O點)場強的方向由該點指向O點,由O點向兩電荷靠近的過程中,場強由零逐漸變大;兩電荷連線之間,任意一點c與該點關(guān)于O點對稱的點d的場強大小相等、方向相反.

考法

解題能力提升考法1庫侖力作用下電荷的平衡問題

考法

解題能力提升

考法

解題能力提升方法解讀1.理解掌握靜電力疊加原理(1)多個點電荷對某一點電荷的作用力,等于各點電荷單獨對這個點電荷的作用力的矢量和.這個結(jié)論通常叫做靜電力疊加原理.(2)靜電力具有力的一切性質(zhì),靜電力疊加原理實際就是力的疊加原理的一種具體表現(xiàn).(3)靜電力的合成與分解滿足平行四邊形定則,如圖所示.2.電荷平衡問題的解題思路

考法

解題能力提升

考法

解題能力提升3.在同一直線上三個自由點電荷的平衡問題(1)條件:每個點電荷受到的兩個庫侖力必須大小相等,方向相反.(2)規(guī)律:

考法

解題能力提升

考法

解題能力提升考法2庫侖力作用下的動力學(xué)問題示例2真空中A、B兩個點電荷相距L,質(zhì)量分別為m和2m,它們由靜止開始運動(不計重力),開始時A的加速度大小為a,經(jīng)過一段時間,B的加速度大小也為a,且速率為v,那么此時A、B兩點電荷間的距離為

,點電荷A的速率為

.

考法

解題能力提升

考法

解題能力提升2.分析庫侖力作用下的帶電體的非平衡問題,其方法與力學(xué)中的相同,首先分析帶電體的運動和受到的所有力,再依據(jù)牛頓第二定律F=ma進行求解;對相互作用的系統(tǒng),要注意靈活使用整體法與隔離法,并先選用守恒的觀點分析問題,從動量、能量角度會使問題更簡便.

考法

解題能力提升考法3電場強度的理解及計算

考法

解題能力提升

考法

解題能力提升

考法

解題能力提升考法4電場線的理解及應(yīng)用示例4[2018天津,3,6分]如圖所示,實線表示某電場的電場線(方向未標出),虛線是一帶負電的粒子只在電場力作用下的運動軌跡,設(shè)M點和N點的電勢分別為φM、φN,粒子在M和N時加速度大小分別為aM、aN,速度大小分別為vM、vN,電勢能分別為EpM、EpN.下列判斷正確的是A.vM<vN,aM<aN

B.vM<vN,φM<φNC.φM<φN,EpM<EpN

D.aM<aN,EpM<EpN

考法

解題能力提升解析：由粒子軌跡彎曲方向及電場線分布情況可知,粒子所受電場力方向沿電場線切線方向且向右,設(shè)粒子由M向N運動,則速度方向沿軌跡切線方向,電場力方向與粒子速度方向的夾角為鈍角,電場力做負功,電勢能增大,動能減小,所以vM>vN,EpM<EpN,A、B項錯誤;電場線疏密程度表示電場強度大小,故粒子在M點所受電場力的大小小于在N點所受電場力的大小,由牛頓第二定律可知,aM<aN,D項正確;由于電場線方向如圖所示,所以M點電勢較N點的高,C項錯誤.

考法

解題能力提升辨析比較電場線與帶電粒子在電場中的運動軌跡的比較

電場線運動軌跡客觀性電場中并不存在,為了形象地描述電場而引入的假想曲線.帶電粒子在電場中實際運動的軌跡.切線意義電場線上每點的切線方向為該點的場強方向,也就是正電荷在該點受電場力產(chǎn)生加速度的方向(與負電荷受力方向相反).軌跡上每點的切線方向為粒子在該點的速度方向,不一定與加速度的方向一致.

考法

解題能力提升歸納總結(jié)1.根據(jù)帶電粒子的軌跡及其彎曲方向,判斷出受力方向和速度方向.注意：(1)做曲線運動的粒子所受合力的方向一定指向運動軌跡凹的一側(cè);(2)速度方向沿軌跡的切線方向.2.根據(jù)受力方向,判斷出電場線(場強)方向或粒子電性.3.根據(jù)電場線的分布情況,判斷電場力大小,進而由牛頓第二定律判斷出粒子加速度和速度的變化情況.4.根據(jù)功能關(guān)系或能量守恒定律求出粒子的能量變化情況.注意：電場線密集的地方粒子的加速度大,電場線稀疏的地方粒子的加速度小.

高分幫

高分幫

高分幫

高分幫

高分幫

高分幫

高分幫

高分幫

高分幫示例6[對稱法]ab是長為l的均勻帶電細桿,P1、P2是位于ab所在直線上的兩點,位置如圖所示.ab上電荷產(chǎn)生的靜電場在P1處的場強大小為E1,在P2處的場強大小為E2,則以下說法正確的是A.兩處的電場方向相同,E1>E2B.兩處的電場方向相反,E1>E2C.兩處的電場方向相同,E1<E2D.兩處的電場方向相反,E1<E2

高分幫解析：如圖所示,由于細桿均勻帶電,根據(jù)對稱性可知,q1、q2在P1處的合場強為零,q3、q4在P1處的合場強大小為E1,在P2處的合場強大小為E'1,且E'1=E1,q1、q2在P2處的合場強大小為E'2,方向與E'1相同,所以P2處的場強大小為E2=E'1+E'2=E1+E'2>E1;又因為q1、q2、q3、q4電性相同,所以P1、P2兩處場強方向相反.故選項D正確.

高分幫易錯警示利用對稱性求解時,本題很容易出現(xiàn)如下兩種錯誤.【錯解1】由電場的疊加原理可以判斷出E2>E1.由于細桿可能帶正電,也可能帶負電,故E1與E2的方向可能相同,也可能相反.故選項C、D正確.【錯因分析1】一些學(xué)生一想到細桿帶電可正可負,就立即認為電場方向有多解,于是不深入分析就錯選C、D項.實際上無論細桿是帶正電還是帶負電,E1和E2的方向都是相反的.【錯解2】把細桿分成四等份,每等份電荷量設(shè)為q1、q2、q3、q4,且q1=q2=q3=q4.由于P1在細桿內(nèi)部,離q1、q2、q3、q4的距離要比P2離q1、q2、

高分幫

高分幫

高分幫

高分幫感悟反思對稱法和等效法可以避免復(fù)雜的運算和推導(dǎo),直接抓住問題的實質(zhì),有出奇制勝之效;補償法的目的就是通過補充條件建構(gòu)完整的物理模型;微元法和極值法對數(shù)學(xué)要求較高.在歷年高考試題中,多以前三種方法命題.

考點2電場能的性質(zhì)

考點

必備知識通關(guān)

考點

必備知識通關(guān)2.電場強度、電勢、電勢差、電勢能的比較

電場強度電勢電勢差電勢能意義描述電場的力的性質(zhì).描述電場的能的性質(zhì).描述電場做功的本領(lǐng).描述電荷在電場中的能量,電荷做功的本領(lǐng).定義式Ep=φq矢標性矢量,方向為放在電場中的正電荷所受電場力的方向.標量,但有正負,正、負只表示大小.標量,但有正負,正、負只表示電勢的高低.正電荷在正電勢位置有正電勢能,簡化為:正正得正;同理負正得負、負負得正.

考點

必備知識通關(guān)

電場強度電勢電勢差電勢能決定因素場強由電場本身決定,與試探電荷無關(guān).電勢由電場本身決定,與試探電荷無關(guān),其大小與參考點的選取有關(guān),有相對性.由電場本身的兩點間差異決定,與試探電荷無關(guān),與參考點選取無關(guān).由電荷量和該點電勢共同決定,與參考點選取有關(guān).單位N/CV(1V=1J/C)J

考點

必備知識通關(guān)

電場強度電勢電勢差電勢能關(guān)系(1)UAB=φA-φB;(2)WAB=-ΔEp;(3)場強為零的地方電勢不一定為零;(4)電勢為零的地方場強不一定為零;(5)零場強區(qū)域兩點間電勢差一定為零,電勢差為零的區(qū)域場強不一定為零;(6)場強為零,電勢能不一定為零,電勢為零,電勢能一定為零.

考點

必備知識通關(guān)

電場線等勢面物理意義形象地描述電場強度的大小和方向.形象地描述電場中各點電勢的高低.來源從正電荷(或無窮遠處)出發(fā),終止于無窮遠處(或負電荷).電場中電勢相同的各點構(gòu)成的面.圖線特點帶箭頭的不閉合的曲線,兩條電場線不相交、不相切.可以閉合,也可以不閉合,不同等勢面不相交.3.電場線與等勢面的區(qū)別與聯(lián)系

考點

必備知識通關(guān)

電場線等勢面描述電場曲線上某一點的切線方向為該點的場強方向,電場線的疏密表示場強大小.等勢面(由高到低)的垂線方向為場強方向,等差等勢面的疏密表示場強大小.做功情況電荷沿電場線移動時電場力必做功.電荷沿等勢面移動時電場力不做功.聯(lián)系(1)沿電場線方向電勢降低.(2)電場線與等勢面垂直.

考點

必備知識通關(guān)電場等勢面(實線)重要描述勻強電場垂直于電場線的一簇平面.正點電荷的電場以點電荷為球心的一簇球面.4.幾種典型電場中的電場線和等勢面

考點

必備知識通關(guān)電場等勢面(實線)重要描述等量異種點電荷的電場兩電荷連線中垂面上的電勢為零.等量同種正點電荷的電場兩電荷連線上中點電勢最低,而在其中垂線上,中點電勢最高.帶電導(dǎo)體的電場與導(dǎo)體形狀類似的等勢面,導(dǎo)體是等勢體.

考法

解題能力提升考法1電場能的性質(zhì)的理解與應(yīng)用示例1[2020全國Ⅲ,21,6分,多選]如圖,∠M是銳角三角形PMN最大的內(nèi)角,電荷量為q(q>0)的點電荷固定在P點.下列說法正確的是A.沿MN邊,從M點到N點,電場強度的大小逐漸增大B.沿MN邊,從M點到N點,電勢先增大后減小C.正電荷在M點的電勢能比其在N點的電勢能大D.將正電荷從M點移動到N點,電場力所做的總功為負

考法

解題能力提升易錯警示：在做題時對正電荷之間的電場力與運動位移的關(guān)系理解不到位,誤認為將正電荷從M點移動到N點,電場力先做正功后做負功,所做的總功為負,導(dǎo)致錯選D.

考法

解題能力提升

考法

解題能力提升歸納總結(jié)1.電勢高低的判斷方法判斷角度判斷方法依據(jù)電場線方向沿電場線方向電勢逐漸降低,沿場強方向電勢降低最快.依據(jù)電場力做功依據(jù)場源電荷的正負取無窮遠處電勢為零,正電荷周圍電勢為正值,負電荷周圍電勢為負值;靠近正電荷處電勢高,靠近負電荷處電勢低.依據(jù)電勢能的大小正電荷在電勢較高處電勢能大,負電荷在電勢較低處電勢能大.

考法

解題能力提升2.電勢能大小的判斷方法判斷角度判斷方法依據(jù)電場力做功電場力做正功,電勢能減小;電場力做負功,電勢能增加.依據(jù)電勢的高低正電荷在電勢高的地方電勢能大,負電荷在電勢低的地方電勢能大.依據(jù)公式由EpA=qφA,將q、φA的大小、正負號一起代入公式,EpA越大,電勢能越大.依據(jù)能量守恒在電場中,若只有電場力做功,電荷的動能和電勢能相互轉(zhuǎn)化,動能增加,電勢能減小,動能減少,電勢能增加.

考法

解題能力提升注意：電勢、電勢能的正、負表示高低,正的電勢、電勢能比負的電勢、電勢能高,而電勢差的正、負表示兩點電勢的相對高低.3.電場力做功的計算方法(1)定義法:W=Fs=qEd(適用于勻強電場,d為沿場強方向的距離).(2)電勢差法:WAB=qUAB(與路徑無關(guān),普遍適用).(3)電勢能變化法:WAB=-ΔEp=EpA-EpB(普遍適用).(4)動能定理法:W電場力+W其他力=ΔEk.注意：帶電粒子在電場中做曲線運動時,粒子的速度方向一定沿軌跡的切線方向;如果電場力方向與速度方向夾角小于90°,則電場力做正功;若其夾角大于90°,則電場力做負功.

考法

解題能力提升示例2[2019全國Ⅱ,20,6分,多選]靜電場中,一帶電粒子僅在電場力的作用下自M點由靜止開始運動,N為粒子運動軌跡上的另外一點,則A.運動過程中,粒子的速度大小可能先增大后減小B.在M、N兩點間,粒子的軌跡一定與某條電場線重合C.粒子在M點的電勢能不低于其在N點的電勢能D.粒子在N點所受電場力的方向一定與粒子軌跡在該點的切線平行考法2利用電場線、等勢面與粒子軌跡分析問題

考法

解題能力提升思維導(dǎo)引：本題選項中有限定條件“可能”“一定”,需要考慮各種情況,認真分析.只要題述情境的情況是可以發(fā)生的,則“可能”選項正確;只要題述情境的情況有可以不發(fā)生的,則“一定”選項錯誤.解析：在兩個同種點電荷產(chǎn)生的電場中,一帶同種電荷的粒子在兩電荷的連線上自M點由靜止開始運動,粒子的速度可能先增大后減小,選項A正確.帶電粒子僅在電場力作用下運動,若運動到N點的動能為零,則帶電粒子在N、M兩點的電勢能相等;僅在電場力作用下運動,帶電粒子的動能和電勢能之和保持不變,可知若粒子運動到N點時動能不為零,則粒子在N點的電勢能

考法

解題能力提升小于在M點的電勢能,即粒子在M點的電勢能不低于其在N點的電勢能,選項C正確.若靜電場的電場線不是直線,帶電粒子僅在電場力作用下的運動軌跡不會與電場線重合,選項B錯誤.若粒子運動軌跡為曲線,根據(jù)粒子做曲線運動的條件,可知粒子在N點所受電場力的方向一定不與粒子軌跡在該點的切線平行,選項D錯誤.

考法

解題能力提升

歸納總結(jié)

電場線、等勢面與軌跡問題的分析方法

考法

解題能力提升示例3[2017全國Ⅲ,21,6分,多選]一勻強電場的方向平行于xOy平面,平面內(nèi)a、b、c三點的位置如圖所示,三點的電勢分別為10V、17V、26V.下列說法正確的是A.電場強度的大小為2.5V/cmB.坐標原點處的電勢為1VC.電子在a點的電勢能比在b點的低7eVD.電子從b點運動到c點,電場力做功為9eV考法3“等分法”計算勻強電場中的電勢或電場強度

考法

解題能力提升

考法

解題能力提升

考法

解題能力提升2.用“等分法”計算勻強電場中的電勢在勻強電場中,已知幾點的電勢,求其他點的電勢時,可依據(jù)長度相等且相互平行的線段兩端點間的電勢差相等,用“等分法”進行求解.3.用“等分法”計算勻強電場的電場強度題目一般會給出勻強電場中幾個點的電勢,此時我們可以用“等分法”找到兩個等勢點,兩等勢點的連線就是等勢線,再沿電勢降低的方向畫出垂直等勢線的直線即電場線,最后求出電場強度.

考法

解題能力提升

考法4電場中能量轉(zhuǎn)化與守恒問題

考法

解題能力提升

考法

解題能力提升感悟反思

如果電荷在電場中只有重力和電場力做功,那么電荷所具有的動能、重力勢能和電勢能之和守恒.有Ek+Ep重+Ep電=c(常量)或ΔEk+ΔEp重+ΔEp電=0.

高分幫重難突破利用物理圖像分析求解電場問題電場中圖像問題是高考考查的熱點,高考中常以圖像為載體考查電場力的性質(zhì)與電場能的性質(zhì),考查理解圖像意義并應(yīng)用信息解決問題的能力.試題切入點在于根據(jù)題給條件,結(jié)合圖像信息,明確物理情境,構(gòu)建物理模型,并建立相關(guān)函數(shù)表達式求解問題.特別要注意把握如下幾種圖像:1.v-t圖像:根據(jù)v-t圖像的斜率變化(即加速度的變化)、速度變化,確定電荷所受電場力的大小與電場力的方向變化情況,進而確定電場的方向、電勢的高低及電勢能的變化.

高分幫2.φ-x圖像:(1)電場強度的大小等于φ-x圖線的斜率大小.(2)在φ-x圖像中可以直接判斷各點電勢的大小,并可根據(jù)電勢大小關(guān)系確定電場強度的方向.(3)在φ-x圖像中分析電荷移動時電勢能的變化,可用WAB=qUAB,進而分析WAB的正負,然后作出判斷.3.E-x圖像:(1)反映了電場強度隨位移變化的規(guī)律.(2)E>0表示場強沿x軸正方向,E<0表示場強沿x軸負方向.(3)圖線與x軸圍成的面積表示電勢差,面積大小表示電勢差大小,兩點的電勢高低根據(jù)電場方向判定.4.Ep-x圖像:(1)Ep-x圖像的斜率的絕對值表示電場力的大小.可以根據(jù)斜率絕對值的變化判斷出電場力大小的變化,從而可以判斷場強E的大小

高分幫變化.(2)圖像斜率的正、負表示電場力的方向,由斜率正、負的變化可以判斷電場力方向以及場強方向的變化.(3)由Ep-x圖像的總體變化情況可判定電場力做功情況.比如Ep增大,則F電一定做負功,反之做正功.

高分幫示例5

[v-t圖像]一正點電荷僅在電場力的作用下由靜止開始運動,其v-t圖像如圖所示,其中ta和tb是電荷運動至電場中a、b兩點的時刻,則下列說法正確的是A.a、b兩點電場強度的大小關(guān)系為Ea=EbB.a、b兩點電場強度的大小關(guān)系為Ea>EbC.該點電荷從a點運動到b點時,電場力做正功,電勢能減少D.a、b兩點電勢關(guān)系為φa<φb

高分幫解析：v-t圖像的切線斜率表示加速度,由v-t圖像可知,點電荷做加速度增大的加速運動,而其在電場中僅受電場力作用,可知電場力增大,說明電場強度增大,即有Ea<Eb,故A、B錯誤.點電荷從a點運動到b點,其動能增大,電場力做正功,電勢能一定減少,故C正確.由于點電荷帶正電,從a點運動到b點時,電勢能減少,可知φa>φb,故D錯誤.

高分幫

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高分幫示例6[φ-x圖像][2017江蘇,8,4分,多選]在x軸上有兩個點電荷q1、q2,其靜電場的電勢φ在x軸上分布如圖所示.下列說法正確的有A.q1和q2帶有異種電荷B.x1處的電場強度為零C.負電荷從x1移到x2,電勢能減小D.負電荷從x1移到x2,受到的電場力增大

高分幫

高分幫示例7

[E-x圖像]一靜電場在x軸方向上的電場強度E隨x的變化關(guān)系如圖所示,在x軸上有四點x1、x2、x3、x4,相鄰兩點間的距離相等,x軸正方向為場強正方向,一個帶正電的點電荷沿x軸運動,則點電荷A.在x2和x4兩點處電勢相等B.由x1運動到x4的過程中,加速度先增大后減小C.由x1運動到x4的過程中,電勢能先增大后減小D.從x2運動到x1,克服電場力做的功為W1,從x3運動到x2,克服電場力做的功為W2,則W1=W2

高分幫思維導(dǎo)引：(1)電場強度的正、負用來表示電場的方向,負值說明與正方向相反;(2)順著電場的方向,電勢降低,反之,電勢升高;(3)非勻強電場中比較距離相等的兩點間的電勢差可以借助E-x圖線與坐標軸所圍圖形的面積的絕對值表示電勢差的絕對值來求解.

高分幫解析：由圖可知x1到x4處的場強沿x軸負方向,則點電荷從x1到x4處逆著電場方向移動,電勢升高,故帶正電的點電荷電勢能一直增大,選項A、C錯誤;點電荷由x1運動到x4的過程中,由圖可以看出電場強度的絕對值先增大后減小,所以電場力先增大后減小,加速度也先增大后減小,選項B正確;E-x圖線與坐標軸所圍圖形的面積的絕對值表示電勢差的絕對值,由圖可知U32>U21,故W2>W1,選項D錯誤..

高分幫感悟反思

電場強度E是描述空間電場分布的重要物理量.根據(jù)給出的E-x圖像,能確定E的方向;根據(jù)E的大小變化,能確定電場的強弱分布;根據(jù)E的大小和方向,能判斷電場中各點電勢φ的高低.根據(jù)E和φ可判斷電荷在電場中的受力和運動情況及功能關(guān)系;另外E-x圖線與坐標軸所圍圖形的面積的絕對值表示電勢差的絕對值..

高分幫示例8[Ep-x圖像][多選]一電子只在電場力作用下沿x軸正方向運動,其電勢能Ep隨位移x變化的關(guān)系如圖所示,其中0~x1段是曲線,x1~x2段是平行于x軸的直線,x2~x3段是傾斜直線,下列說法正確的是A.從0到x1電勢逐漸降低

B.x2處的電勢比x3處高C.x1~x2段電場強度為零

D.x2~x3段的電場強度減小

高分幫

高分幫感悟反思

此類問題借助Ep-x關(guān)系圖像,在給出電勢能Ep在x軸上分布情況的基礎(chǔ)上進行設(shè)計.解決這類問題的方法主要有兩種:一是將圖像還原為熟悉的情境模型;二是直接從Ep-x圖像的切線斜率入手..

考點3電容器及帶電粒子在電場中的運動

考點

必備知識通關(guān)1.電容的兩個公式的比較

公式特點定義式,適用于一切電容器.決定式,適用于平行板電容器.意義反映容納電荷的本領(lǐng),對某一確定的電容器,Q∝U,即C不變.

考點

必備知識通關(guān)

考點

必備知識通關(guān)

考點

必備知識通關(guān)

考點

必備知識通關(guān)

考點

必備知識通關(guān)

考法

解題能力提升考法1平行板電容器的動態(tài)變化問題示例1[2016天津,4,6分]如圖所示,平行板電容器帶有等量異種電荷,與靜電計相連,靜電計金屬外殼和電容器下極板都接地.在兩極板間有一固定在P點的點電荷,以E表示兩板間的電場強度,Ep表示點電荷在P點的電勢能,θ表示靜電計指針的偏角.若保持下極板不動,將上極板向下移動一小段距離至圖中虛線位置,則A.θ增大,E增大

B.θ增大,Ep不變C.θ減小,Ep增大

D.θ減小,E不變

考法

解題能力提升解析：由題意及分析可知,當帶電荷量不變、極板正對面積不變時,兩極板之間的電場強度E不變.保持下極板不動,將上極板向下移動一小段距離至題圖中虛線位置,由U=Ed可知,兩極板之間的電勢差減小,靜電計指針的偏角θ減小,由于下極板接地(電勢為零),兩極板之間的電場強度不變,所以點電荷在P點的電勢能Ep不變.綜上所述,選項D正確.

考法

解題能力提升考法2帶電體在點電荷電場中的運動示例2[多選]如圖甲所示,一內(nèi)壁光滑的絕緣圓筒豎直放置,左側(cè)距離為L處有一固定的負電荷N,圓筒內(nèi)有一帶電小球,設(shè)小球與電荷的高度差為H,將小球無初速度地從高度為H0處釋放后,在下落至與N同一水平面的過程中,其動能Ek隨H的變化曲線如圖乙所示,則A.小球可能帶負電,也可能帶正電B.在H1~H2之間的某點,庫侖力豎直方向上的分力最大C.該過程中,小球所受合力先增大后減小再增大D.該過程中,小球的動能和電勢能之和不斷增加

考法

解題能力提升

考法

解題能力提升

考法

解題能力提升減小到零;在H2~0之間,小球所受的合力逐漸增大,故選項C錯誤.在該過程中,小球的動能和電勢能、重力勢能之和不變,由于小球的重力勢能在減小,所以小球的動能和電勢能之和在增加,故選項D正確.

考法

解題能力提升

考法

解題能力提升考法3電容器與力學(xué)知識的綜合應(yīng)用示例3[2018全國Ⅲ,21,6分,多選]如圖,一平行板電容器連接在直流電源上,電容器的極板水平;兩微粒a、b所帶電荷量大小相等、符號相反,使它們分別靜止于電容器的上、下極板附近,與極板距離相等.現(xiàn)同時釋放a、b,它們由靜止開始運動.在隨后的某時刻t,a、b經(jīng)過電容器兩極板間下半?yún)^(qū)域的同一水平面.a、b間的相互作用和重力可忽略.下列說法正確的是A.a的質(zhì)量比b的大B.在t時刻,a的動能比b的大C.在t時刻,a和b的電勢能相等D.在t時刻,a和b的動量大小相等

考法

解題能力提升

考法

解題能力提升的電場力(合外力)與b微粒受到的電場力(合外力)大小相等,根據(jù)動量定理,可知在t時刻,a微粒的動量大小等于b微粒的動量大小,D正確.

考法

解題能力提升歸納總結(jié)對平行板電容器與力學(xué)知識的綜合應(yīng)用問題的求解,關(guān)鍵是要把握好以下兩個方面:一是因電容器動態(tài)變化而引起的場強E、電壓U等物理量的變化;二是帶電粒子在平行板電容器中的力和運動的分析、功能關(guān)系的分析[在分析受力時注意電場力的大小和方向,分析做功時注意電場力做功,分析能量時注意電勢能的變化,并靈活運用相關(guān)物理規(guī)律求解].

考法

解題能力提升考法4帶電粒子在勻強電場中的運動示例4[2016北京,23,18分]如圖所示,電子由靜止開始經(jīng)加速電場加速后,沿平行于板面的方向射入偏轉(zhuǎn)電場,并從另一側(cè)射出.已知電子質(zhì)量為m,電荷量為e,加速電場電壓為U0.偏轉(zhuǎn)電場可看作勻強電場,極板間電壓為U,極板長度為L,板間距為d.(1)忽略電子所受重力,求電子射入偏轉(zhuǎn)電場時的初速度v0和從電場射出時沿垂直板面方向的偏轉(zhuǎn)距離Δy;(2)分析物理量的數(shù)量級,是解決物理問題的常用方法.在解決(1)問時忽略了

考法

解題能力提升電子所受重力,請利用下列數(shù)據(jù)分析說明其原因.已知U=2.0×102V,d=4.0×10-2m,m=9.1×10-31kg,e=1.6×10-19C,g=10m/s2.(3)極板間既有靜電場也有重力場.電勢反映了靜電場各點的能的性質(zhì),請寫出電勢φ的定義式.類比電勢的定義方法,在重力場中建立“重力勢”φG的概念,并簡要說明電勢和“重力勢”的共同特點.

考法

解題能力提升

考法

解題能力提升

考法

解題能力提升

考法

解題能力提升

考法

解題能力提升

考法

解題能力提升(3)處理特殊物理情境的加速、偏轉(zhuǎn)問題首先要構(gòu)建物理模型,將復(fù)雜的實際問題進行科學(xué)抽象,保留主要因素,略去次要因素,把實際問題理想化處理,聯(lián)想學(xué)過的相關(guān)知識,利用聯(lián)想、遷移、類比等方法,建立合適的物理模型.

考法

解題能力提升考法5帶電粒子在變化電場中的運動示例5如圖甲所示,M、N為正對豎直放置的平行金屬板,A、B為兩板間中線上的兩點.當M、N板間不加電壓時,一帶電小球從A點由靜止釋放經(jīng)時間T到達B點,此時速度為v.若兩板間加上如圖乙所示的交變電壓,t=0時,將帶電小球仍從A點由靜止釋放,小球運動過程中始終未接觸極板,則t=T時,小球A.在B點上方

B.恰好到達B點C.速度大于v

D.速度小于v

考法

解題能力提升

考法

解題能力提升歸納總結(jié)

帶電粒子在變化電場中的運動,通常只討論電壓的大小不變、方向周期性變化(如方波)且不計粒子重力的情形.在兩個相互平行的金屬板間加交變電壓時,在兩板中間便可獲得交變電場.分析求解注意如下幾點.1.當粒子平行于電場方向射入時,粒子做直線運動,其初速度和受力情況決定了粒子的運動情況,粒子可能做周期性的往返運動.2.當粒子垂直于電場方向射入時,沿初速度方向的分運動為勻速直線運動,沿電場方向的分運動具有周期性.

考法

解題能力提升3.研究帶電粒子在交變電場中的運動,關(guān)鍵是根據(jù)電場變化的特點,利用牛頓第二定律正確地判斷粒子的運動情況.根據(jù)電場的變化情況,分段求解帶電粒子運動的末速度、位移等.具體求解時基本思路和方法如下.1.從兩條線索出發(fā):一是力和運動的關(guān)系,根據(jù)牛頓第二定律及運動學(xué)規(guī)律分析;二是功能關(guān)系.2.因電場隨時間變化,交變電場中帶電粒子所受的電場力出現(xiàn)周期性變化,導(dǎo)致運動過程出現(xiàn)多個階段,分段分析是常見的解題思路.借助圖像能更全面直觀地把握運動過程,處理起來比較方便.

考法

解題能力提升考法6帶電體在“等效場”中的運動示例6[2019浙江4月選考,13,3分]用長為1.4m的輕質(zhì)柔軟絕緣細線,拴一質(zhì)量為1.0×10-2kg、電荷量為2.0×10-8C的小球,細線的上端固定于O點.現(xiàn)加一水平向右的勻強電場,平衡時細線與鉛垂線成37°角,如圖所示.現(xiàn)向左拉小球使細線水平且拉直,靜止釋放,則(sin37°=0.6)A.該勻強電場的場強為3.75×107N/CB.平衡時細線的拉力為0.17NC.經(jīng)過0.5s,小球的速度大小為6.25m/sD.小球第一次通過O點正下方時,速度大小為7m/s

考法