2024屆一輪復(fù)習(xí)新人教版 第八章靜電場 素養(yǎng)提升 學(xué)案

章末素養(yǎng)提升[科學(xué)小報]干燥是從含水物料中去除水分或其他揮發(fā)成分的操作,是古老而通用的耗能操作之一。從農(nóng)產(chǎn)品、食品、化工、陶瓷、醫(yī)藥、礦產(chǎn)加工到紙漿、木材加工、生物材料、保健品等,幾乎所有的產(chǎn)業(yè)都有干燥操作。目前,隨著干燥技術(shù)應(yīng)用日益廣泛,干燥面臨的問題也越來越多,越來越復(fù)雜,主要有:對干燥原理的研究不足;干燥產(chǎn)品的質(zhì)量低、能耗較高、熱效率低。高壓電場干燥技術(shù)便應(yīng)運而生高壓電場干燥技術(shù)是一項新型的干燥技術(shù),對現(xiàn)有的干燥技術(shù)有促進作用,設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單,可與多種干燥方式進行組合使用。高壓電場干燥技術(shù)利用離子束和物料中水分子內(nèi)部的相互作用和外部的吹動作用,靜電力使液體內(nèi)水分子做定向移動,電場作用力直接將表面層的水分子拉出來。在此過程中,水分子的無規(guī)則運動在靜電力作用下變成順著電場強度增大的方向做定向移動,物料溫度不升高,可以有效地保留液體物料中的有效成分不受損失。[原創(chuàng)新題1]如圖所示是利用高壓電場干燥中藥的儀器,在大導(dǎo)體板MN上鋪一薄層中藥材,針狀電極O和平板電極MN接高壓直流電源,其間產(chǎn)生非勻強電場E;水分子是極性分子,可以看成棒狀帶電體,一端帶正電荷,另一端帶等量負電荷;水分子在靜電力的作用下會加速從中藥材中分離出去,在鼓風機的作用下飛離電場區(qū)域從而達到快速干燥的目的。已知虛線ABCD是某一水分子從A處由靜止開始的運動軌跡,則下列說法正確的是(C)A.水分子在B處時,上端帶正電荷,下端帶負電荷B.水分子在B處受到的靜電力小于其在D處受到的靜電力C.水分子運動軌跡上A點和D點的電勢大小關(guān)系為D>AD.如果把高壓直流電源的正負極反接,水分子將不能向上運動解析:由正負電荷在電場中的受力特點可知,水分子在B處時,上端帶負電荷,下端帶正電荷,故A錯誤;B處電場線比D處更密,電場強度更大,水分子在B處受到的靜電力大于其在D處受到的靜電力,故B錯誤;沿電場線方向電勢逐漸降低,由圖可知水分子運動軌跡上A點和D點的電勢大小關(guān)系為D>A,故C正確;如果把高壓直流電源的正負極反接,產(chǎn)生的電場方向發(fā)生反轉(zhuǎn),但水分子是一端帶正電,另一端帶等量負電,故水分子的正負端發(fā)生反轉(zhuǎn),水分子還是從A處開始向上運動,故D錯誤。[原創(chuàng)新題2]在高壓電場烘干機的示意圖中,金屬板MN上鋪有潮濕的藥材,針狀電極O與MN之間接高壓直流電源,其間的等差等勢面分布如虛線所示。水分子是極性分子,可等效為棒狀帶電體,一端帶正電,另一端帶等量負電。水分子在強靜電力的作用下會從潮濕的藥材中加速分離出去,在鼓風機的作用下飛離電場區(qū)域從而加速干燥。圖中實線ABCD是某一水分子從A點由靜止開始運動的軌跡。下列說法正確的是(D)A.B點的電場強度大于D點的電場強度B.B點的電勢高于D點的電勢C.水分子經(jīng)過B點時的加速度方向與靜電力方向相同D.水分子由A點運動到D點的過程中,電勢能逐漸減少解析:根據(jù)等差等勢面的疏密可以反映電場強度的強弱,知B點的電場強度小于D點的電場強度,故A錯誤;由題圖可知,O點為正極,根據(jù)電場中過某點的電場線和等勢面相互垂直,可作出該電場的電場線,如圖所示,再根據(jù)沿電場線方向電勢逐漸降低知B點的電勢低于D點的電勢,故B錯誤;水分子在非勻強電場中受到靜電力和風力的共同作用,根據(jù)牛頓第二定律知,加速度方向與合外力方向相同,與靜電力方向不同,故C錯誤;水分子由A點運動到D點的過程中,靜電力一直做正功,電勢能逐漸減少,故D正確。帶電粒子的平衡1.(2021·湖北卷,11)(多選)如圖所示,一勻強電場E大小未知、方向水平向右。兩根長度均為L的絕緣輕繩分別將小球M和N懸掛在電場中,懸點均為O。兩小球質(zhì)量均為m、帶等量異號電荷,電荷量大小均為q(q>0)。平衡時兩輕繩與豎直方向的夾角均為θ=45°。若僅將兩小球的電荷量同時變?yōu)樵瓉淼?倍,兩小球仍在原位置平衡。已知靜電力常量為k,重力加速度大小為g,下列說法正確的是(BC)A.M帶正電荷 B.N帶正電荷C.q=Lmgk D.q=3L考題題型歸類:考查基本規(guī)律的應(yīng)用——庫侖定律、受力分析、帶電粒子的平衡特點?？疾榍擅钪?對兩小球的電荷量同時變化但兩小球仍在原位置平衡的理解。解析:由題圖可知,對小球M受力分析如圖a所示,對小球N受力分析如圖b所示,由受力分析圖可知小球M帶負電,小球N帶正電,故B正確,A錯誤;由幾何關(guān)系可知,兩小球之間的距離為r=2L,當兩小球的電荷量大小為q時,由力的平衡條件得mgtan45°=Eq-kq2r2,兩小球的電荷量大小同時變?yōu)樵瓉淼?倍后,由力的平衡條件得mgtan45°=E·2q-k(2.(2022·廣東卷,14)密立根通過觀測油滴的運動規(guī)律證明了電荷的量子性,因此獲得了1923年的諾貝爾獎。如圖是密立根油滴實驗的原理示意圖,兩個水平放置、相距為d的足夠大金屬極板,上極板中央有一小孔。通過小孔噴入一些小油滴,由于碰撞或摩擦,部分油滴帶上了電荷。有兩個質(zhì)量均為m0、位于同一豎直線上的球形小油滴A和B,在時間t內(nèi)都勻速下落了距離h1。此時給兩極板加上電壓U(上極板接正極),A繼續(xù)以原速度下落,B經(jīng)過一段時間后向上勻速運動。B在勻速運動時間t內(nèi)上升了距離h2(h2≠h1),隨后與A合并,形成一個球形新油滴,繼續(xù)在兩極板間運動直至勻速。已知球形油滴受到的空氣阻力大小為f=km1(1)比例系數(shù)k;(2)油滴A、B的帶電量和電性;B上升距離h2電勢能的變化量;(3)新油滴勻速運動速度的大小和方向。考題題型歸類:考查基本規(guī)律的應(yīng)用——庫侖定律、受力分析、帶電粒子的平衡特點。考查巧妙之處:聯(lián)系真實情境考查電場有關(guān)知識。解析:(1)兩小油滴勻速下落時,由題意得油滴的速度大小為v=h1由于勻速下落,則油滴的重力等于其所受的空氣阻力,即m0g=f=km0解得k=m0(2)給兩極板加上電壓,經(jīng)過一段時間后B向上勻速運動,而A仍以原速度下落,說明A不帶電,B帶負電B勻速上升的速度為v′=h2對B由平衡條件得qUd=m0g+km解得q=m0B上升距離為h2的過程,靜電力做的功為W=qEh2=qUdh2=m又W=-ΔEp,則B電勢能的變化量為-m0(3)假設(shè)新油滴最終向下勻速運動,其速度大小為v″,則新油滴所受空氣阻力向上,由平衡條件得2m0g=qUd+k·(2m0)解得v″=h1若h1>h2,則v″>0,新油滴向下運動;若h1<h2,則v″<0,新油滴向上運動。答案:(1)m0帶電粒子在電場中運動的功能關(guān)系應(yīng)用3.(2022·遼寧卷,10)(多選)如圖所示,帶電荷量為6Q(Q>0)的球1固定在傾角為30°光滑絕緣斜面上的a點,其正上方L處固定一電荷量為-Q的球2,斜面上距a點L處的b點有質(zhì)量為m的帶電球3,球3與一端固定的絕緣輕質(zhì)彈簧相連并在b點處于靜止狀態(tài)。此時彈簧的壓縮量為L2,球2、3間的靜電力大小為mgA.帶負電B.運動至a點的速度大小為gLC.運動至a點的加速度大小為2gD.運動至ab中點時對斜面的壓力大小為33考題題型歸類:考查基本規(guī)律的應(yīng)用——受力分析、動能定理。考查巧妙之處:對稱性應(yīng)用。解析:由題意可知三小球構(gòu)成一個等邊三角形,小球1和3之間的力大于小球2和3之間的力,彈簧處于壓縮狀態(tài),故小球1和3一定是斥力,小球1帶正電,故小球3帶正電,故A錯誤;小球3運動至a點時,彈簧的伸長量等于L2,根據(jù)對稱性可知,小球2對小球3做功為0,彈簧彈力做功為0,故根據(jù)動能定理有mgLsin30°=12mv2,解得v=gL,故B正確;小球3在b點時,設(shè)小球3的電荷量為q,有kqQL2=mg2,設(shè)彈簧的彈力為F,根據(jù)受力平