2024年高二物理寒假提升（人教版）第2天 靜電場(chǎng)及其能量問題 (原卷版)

第2天靜電場(chǎng)及其能量問題（復(fù)習(xí)篇）目錄考點(diǎn)聚焦：核心考點(diǎn)+高考考點(diǎn)，有的放矢重點(diǎn)速記：知識(shí)點(diǎn)和關(guān)鍵點(diǎn)梳理，查漏補(bǔ)缺難點(diǎn)強(qiáng)化：難點(diǎn)內(nèi)容標(biāo)注與講解，能力提升學(xué)以致用：真題經(jīng)典題+提升專練，全面突破核心考點(diǎn)聚焦1、庫(kù)侖定律2、電場(chǎng)強(qiáng)度3、電勢(shì)和電勢(shì)能4、電勢(shì)差5、電勢(shì)差與電場(chǎng)強(qiáng)度6、電容器和電容7、帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)高考考點(diǎn)聚焦?？伎键c(diǎn)真題舉例電勢(shì)電勢(shì)能2021年高考全國(guó)乙卷電場(chǎng)強(qiáng)度電場(chǎng)力做功2022年高考全國(guó)乙卷電勢(shì)能、電勢(shì)、帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)2023年高考全國(guó)乙卷…………一、庫(kù)侖力作用下的平衡問題(1)四步解決庫(kù)侖力作用下的平衡問題：電場(chǎng)強(qiáng)度的疊加與計(jì)算1.電場(chǎng)強(qiáng)度的三個(gè)計(jì)算公式電場(chǎng)強(qiáng)度的疊加與計(jì)算的方法疊加法：多個(gè)點(diǎn)電荷在空間某處產(chǎn)生的電場(chǎng)強(qiáng)度為各電荷在該處所產(chǎn)生的電場(chǎng)強(qiáng)度的矢量和。對(duì)稱法：利用空間上對(duì)稱分布的電荷形成的電場(chǎng)具有對(duì)稱性的特點(diǎn)，使復(fù)雜電場(chǎng)的疊加計(jì)算問題大為簡(jiǎn)化。三、有關(guān)電場(chǎng)線的問題1.兩種等量點(diǎn)電荷的電場(chǎng)強(qiáng)度及電場(chǎng)線的比較比較等量異種點(diǎn)電荷等量同種點(diǎn)電荷電場(chǎng)線分布圖電荷連線上的電場(chǎng)強(qiáng)度沿連線先變小后變大O點(diǎn)最小,但不為零O點(diǎn)為零中垂線上的電場(chǎng)強(qiáng)度O點(diǎn)最大,向外逐漸減小O點(diǎn)最小,向外先變大后變小關(guān)于O點(diǎn)對(duì)稱位置的電場(chǎng)強(qiáng)度A與A'、B與B'、C與C'等大同向等大反向2.“電場(chǎng)線+運(yùn)動(dòng)軌跡”組合模型模型特點(diǎn):當(dāng)帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)軌跡是一條與電場(chǎng)線不重合的曲線時(shí),這種現(xiàn)象簡(jiǎn)稱為“拐彎現(xiàn)象”,其實(shí)質(zhì)為“運(yùn)動(dòng)與力”的關(guān)系。運(yùn)用牛頓運(yùn)動(dòng)定律的知識(shí)分析:(1)“運(yùn)動(dòng)與力兩線法”——畫出“速度線”(運(yùn)動(dòng)軌跡在某一位置的切線)與“力線”(在同一位置電場(chǎng)線的切線方向且指向軌跡的凹側(cè)),從二者的夾角情況來分析帶電粒子做曲線運(yùn)動(dòng)的情況。(2)“三不知時(shí)要假設(shè)”——電荷的正負(fù)、電場(chǎng)的方向、電荷運(yùn)動(dòng)的方向,是題目中相互制約的三個(gè)方面。若已知其中一個(gè),可分析判定各待求量;若三個(gè)都不知(三不知),則要用“假設(shè)法”進(jìn)行分析。3.電場(chǎng)線的應(yīng)用四、電勢(shì)高低及電勢(shì)能大小的判斷1．電勢(shì)高低的判斷“四法”判斷方法方法解讀電場(chǎng)線方向法沿電場(chǎng)線方向電勢(shì)逐漸降低場(chǎng)源電荷正負(fù)法取無窮遠(yuǎn)處電勢(shì)為零，正電荷周圍電勢(shì)為正值，負(fù)電荷周圍電勢(shì)為負(fù)值；越靠近正電荷處電勢(shì)越高，越靠近負(fù)電荷處電勢(shì)越低電勢(shì)能大小法同一正電荷的電勢(shì)能越大的位置處電勢(shì)越高，同一負(fù)電荷的電勢(shì)能越大的位置處電勢(shì)越低靜電力做功法根據(jù)UAB＝eq\f(WAB,q)，將WAB、q的正負(fù)號(hào)代入，由UAB的正負(fù)判斷φA、φB的高低2．電勢(shì)能的大小判斷“四法”判斷方法方法解讀公式法將電荷量、電勢(shì)及正負(fù)號(hào)一起代入公式EpA＝qφA計(jì)算，EpA＞0時(shí)值越大，電勢(shì)能越大；EpA＜0時(shí)絕對(duì)值越大，電勢(shì)能越小電勢(shì)高低法同一正電荷在電勢(shì)越高的地方電勢(shì)能越大；同一負(fù)電荷在電勢(shì)越低的地方電勢(shì)能越大靜電力做功法靜電力做正功，電勢(shì)能減??；靜電力做負(fù)功，電勢(shì)能增加能量守恒法在電場(chǎng)中，若只有靜電力做功時(shí)，電荷的動(dòng)能和電勢(shì)能相互轉(zhuǎn)化而且其和守恒，動(dòng)能增加，電勢(shì)能減??；反之，動(dòng)能減小，電勢(shì)能增加【例1】如圖所示，已知帶電小球A、B的電荷量分別為QA、QB，A球固定，B球用長(zhǎng)為L(zhǎng)的絕緣絲線懸掛在O點(diǎn)，靜止時(shí)A、B相距為d。若A球電荷量保持不變，B球緩慢漏電，不計(jì)兩小球半徑，則下列說法正確的是（）A．絲線對(duì)B球的拉力逐漸變小B．A球?qū)球的庫(kù)侖力逐漸變小C．當(dāng)AB間距離減為時(shí)，B球的電荷量減小為原來的D．當(dāng)AB間距離減為時(shí)，B球的電荷量減小為原來的【例2】均勻帶電球體在球的外部產(chǎn)生的電場(chǎng)與一個(gè)位于球心的、電荷量相等的點(diǎn)電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)相同。如圖所示，半徑為的球體上均勻分布著正電荷，在過球心的直線上有、、三個(gè)點(diǎn)，，。若以為直徑在球內(nèi)挖一球形空腔，球的體積公式為，則、兩點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度大小之比為（）A． B．C．D．【例3】（2022年高考全國(guó)乙卷）如圖，圓心為O的圓處于勻強(qiáng)電場(chǎng)中，電場(chǎng)方向與圓平面平行，ab和cd為圓的兩條直徑，。將一電荷量為q的正點(diǎn)電荷從a點(diǎn)移到b點(diǎn)，電場(chǎng)力做功為W（）；若將該電荷從d點(diǎn)移到c點(diǎn)，電場(chǎng)力做功也為W。下列說法正確的是（）A．a(chǎn)、c兩點(diǎn)的電勢(shì)相等B．電場(chǎng)強(qiáng)度方向由a指向dC．a(chǎn)、O兩點(diǎn)間的電勢(shì)差大于D．將該電荷從d點(diǎn)移到圓周上不同點(diǎn)時(shí)，電場(chǎng)力做功最大值為W一、單選題1.如圖所示，△ABC是邊長(zhǎng)為a的等邊三角形，O點(diǎn)是三角形的中心，在三角形的三個(gè)頂點(diǎn)分別固定三個(gè)電荷量均為q的點(diǎn)電荷（電性已在圖中標(biāo)出），若要使放置在O點(diǎn)處的電荷不受電場(chǎng)力的作用，則可在三角形所在平面內(nèi)加一勻強(qiáng)電場(chǎng)。靜電力常量為k，對(duì)于所加勻強(qiáng)電場(chǎng)的電場(chǎng)強(qiáng)度的大小和方向，下列說法正確的是（）A．大小為，方向由B指向O B．大小為，方向由O指向BC．大小為，方向由B指向O D．大小為，方向由O指向B2.如圖所示，實(shí)線表示某電場(chǎng)中的四個(gè)等勢(shì)面，它們的電勢(shì)分別為1、2、3和4，相鄰等勢(shì)面間的電勢(shì)差相等，一帶負(fù)電的粒子，重力不計(jì)，在該電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的軌跡如虛線所示，a、b、c、d是其運(yùn)動(dòng)軌跡與等勢(shì)面的四個(gè)交點(diǎn)，則可以判斷（）A．4等勢(shì)面上各點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)處處相同B．四個(gè)等勢(shì)面的電勢(shì)關(guān)系是C．粒子從a運(yùn)動(dòng)到d的過程中靜電力一直做負(fù)功D．粒子在a、b、c、d四點(diǎn)的速度大小關(guān)系是va＜vb＜vc＝vd3.如圖所示，真空中兩個(gè)靜止的點(diǎn)電荷電量的絕對(duì)值分別為q1、q2，激發(fā)的電場(chǎng)的電場(chǎng)線分布如圖，圖中P、Q兩點(diǎn)關(guān)于點(diǎn)電荷q1水平對(duì)稱，P、Q兩點(diǎn)的電勢(shì)分別為P、Q，一個(gè)帶電粒子（僅在電場(chǎng)力作用下）沿虛線軌跡從M移動(dòng)至N。下列說法正確的是（）A．B．C．q1、q2連線的延長(zhǎng)線上有一點(diǎn)電場(chǎng)強(qiáng)度為零，這一點(diǎn)在q1的左側(cè)D．在粒子從M移動(dòng)至N的過程中它的電勢(shì)能先變大后變小4．如圖所示，A、B、C、D是真空中正四面體的四個(gè)頂點(diǎn)，所有棱長(zhǎng)都為，則該正四面體處于勻強(qiáng)電場(chǎng)中，電場(chǎng)方向與三角形所在平面平行，已知A、B和C點(diǎn)的電勢(shì)分別為、和。該正四面體的外接球面上的電勢(shì)最低值、最高值分別為（）A．、 B．0、C．、 D．、多選題5.（2023·全國(guó)·統(tǒng)考高考真題）在O點(diǎn)處固定一個(gè)正點(diǎn)電荷，P點(diǎn)在O點(diǎn)右上方。從P點(diǎn)由靜止釋放一個(gè)帶負(fù)電的小球，小球僅在重力和該點(diǎn)電荷電場(chǎng)力作用下在豎直面內(nèi)運(yùn)動(dòng)，其一段軌跡如圖所示。M、N是軌跡上的兩點(diǎn)，OP>OM，OM=ON，則小球（

）

A．在運(yùn)動(dòng)過程中，電勢(shì)能先增加后減少B．在P點(diǎn)的電勢(shì)能大于在N點(diǎn)的電勢(shì)能C．在M點(diǎn)的機(jī)械能等于在N點(diǎn)的機(jī)械能D．從M點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到N點(diǎn)的過程中，電場(chǎng)力始終不做功6、如圖所示，實(shí)線為兩個(gè)點(diǎn)電荷、產(chǎn)生的電場(chǎng)的電場(chǎng)線，虛直線cd為、連線的垂直平分線，O為垂足，c、d兩點(diǎn)在垂直平分線上且關(guān)于、連線對(duì)稱。一電子只在電場(chǎng)力的作用下從a點(diǎn)沿虛曲線途經(jīng)O點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到b點(diǎn)。下列說法正確的是（）A．的電荷量小于的電荷量B．c、d兩點(diǎn)的電勢(shì)相同，場(chǎng)強(qiáng)相同C．電子過O點(diǎn)時(shí)的加速度大于過a點(diǎn)時(shí)的加速度D．電子在O點(diǎn)時(shí)的電勢(shì)能小于在a點(diǎn)時(shí)的電勢(shì)能三、解答題7．（2023·全國(guó)·統(tǒng)考高考真題）如圖，等邊位于豎直平面內(nèi)，AB邊水平，頂點(diǎn)C在AB邊上方，3個(gè)點(diǎn)電荷分別固定在三角形的三個(gè)頂點(diǎn)上。已知AB邊中點(diǎn)M處的電場(chǎng)強(qiáng)度方向豎直向下，BC邊中點(diǎn)N處的電場(chǎng)強(qiáng)度方向豎直向上，A點(diǎn)處點(diǎn)電荷的電荷量的絕對(duì)值為q，求（1）B點(diǎn)處點(diǎn)電荷的電荷量的絕對(duì)值并判斷3個(gè)點(diǎn)電荷的正負(fù)；（2）C點(diǎn)處點(diǎn)電荷的電荷量。

8．（2019上·山西·高三統(tǒng)考期末）如圖所示，ABCD是半徑為R的四分之三光滑絕緣圓形軌道，固定在豎直面內(nèi)。以軌道的圓心O為坐標(biāo)原點(diǎn)，沿水平直徑AC方向建立x軸，豎