资源描述
专题八 电场,【高考帮物理】：专题八 电场,考情精解读,A.考点帮知识全通关,目录 CONTENTS,考纲要求,命题规律,命题分析预测,考点1 电场及力的性质,考点2 电场及能的性质,考点3 电容器及带电粒子在电场中的运动,方法1 库仑定律与力学规律的综合应用方法,方法2 求解电场强度的特殊思维方法,方法3 电场中功能问题的求解方法,方法4 电场中图象的应用方法,方法6 带电粒子在电场中运动的求解方法,B.方法帮题型全突破,C.考法帮考向全扫描,考向1 电场力的性质,考向2 电场能的性质,考向3 电容器及带电粒子在电场中的运动,物理 专题八：电场,方法5 电容器动态变化问题的分析方法,考情精解读,考纲要求 命题规律 命题分析预测,物理 专题八：电场,1.物质的电结构、电荷守恒 2.静电现象的解释 3.点电荷 4.库仑定律 5.静电场 6.电场强度、点电荷的场强 7.电场线 8.电势能、电势 9.电势差 10.匀强电场中电势差与电场强度的关系 11.带电粒子在匀强电场中的运动 12.示波管 13.常见电容器 14.电容器的电压、电荷量和电容的关系,考纲要求,命题规律,1.本专题是高考的重点和热点内容,主要考查电场的描述、电场力的性质和能的性质、平行板电容器及动态分析、带电粒子在电场及复合场中的运动等内容; 2.试题涉及知识内容多,考查角度灵活多变,往往与科学技术相联系,问题综合抽象,对物理建模能力及数学应用能力等要求较高,命题分析预测,A.考点帮知识全通关,考点1 电场及力的性质 考点2 电场及能的性质 考点3 电容器及带电粒子在电场中的运动,物理 专题八：电场,1.物质的电结构、电荷守恒 (1)物体带电的实质 物体是由物质组成的,物质是由原子构成的,而原子又是由原子核和核外电子构成的.我们知道,电子带负电,原子核带正电,原子核对核外电子有吸引作用. 由原子组成的物体,若带有等量的正、负电荷,则对外表现为不带电的状态,我们称该物体呈电中性. 呈电中性的物体失去电子则带正电,得到电子则带负电. 物体带电的实质就是电子的得失.,考点1电场及力的性质,(2)三种起电方式的比较,物理 专题八：电场,物理 专题八：电场,对于两个均匀带电绝缘球体,可以将其视为电荷集中于球心的点电荷,r为两球心之间的距离. 对于两个带电金属球,要考虑金属球表面电荷的重新分布. 库仑力在r=10-1510-9 m的范围内均有效,但不能根据公式错误地推论:当r0时,F.其实,在这样的条件下,两个带电体已经不能再看作点电荷了. (4)库仑定律与万有引力定律的比较,物理 专题八：电场,3.电场强度 (1)电场强度的性质,物理 专题八：电场,(2)电场强度的三个计算公式,4.电场线 (1)定义:在电场中画出一系列从正电荷或无穷远出发到无穷远或负电荷终止的曲线,使曲线上每一点的切线方向都跟该点的场强方向一致,这些曲线叫电场线. (2)匀强电场:如果电场中各点场强的大小相等,方向相同,这样的电场叫匀强电场.匀强电场的电场线是间距相等的平行线. (3)电场线的特点 电场线始于正电荷(或无穷远),终于无穷远(或负电荷); 电场线不闭合,也互不相交; 电场线与等势面处处垂直,且由电势高的等势面指向电势低的等势面. (4)等量异种点电荷与等量同种点电荷的电场分布列表比较如下:,物理 专题八：电场,物理 专题八：电场,物理 专题八：电场,续表,1.重力做功与静电力做功的比较,考点2电场及能的性质,2.电场强度与电势的区别和联系,物理 专题八：电场,续表,物理 专题八：电场,3.电势与电势差的区别和联系,物理 专题八：电场,4.重力场与静电场的比较,物理 专题八：电场,5.电场线与等势面的区别与联系,物理 专题八：电场,6.几种典型电场中的等势面,物理 专题八：电场,考点3电容器及带电粒子在电场中的运动,1.电容的两个公式的比较,物理 专题八：电场,物理 专题八：电场,物理 专题八：电场,物理 专题八：电场,B.方法帮题型全突破,方法1 库仑定律与力学规律的综合应用方法 方法2 求解电场强度的特殊思维方法 方法3 电场中功能问题的求解方法 方法4 电场中图象的应用方法 方法5 电容器动态变化问题的分析方法 方法6 带电粒子在电场中运动的求解方法,物理 专题八：电场,方法1 库仑定律与力学规律的综合应用方法,方法解读： 库仑定律给出了两个点电荷间作用力的大小和方向,库仑力是不同于重力、弹力和摩擦力的另一种性质的力,同样遵循力的合成与分解的平行四边形定则,产生的效果同样服从牛顿力学中的所有规律.因此,对于库仑定律与力学综合问题的分析,只要把库仑力当作一个服从库仑定律的普通力来对待就可以了,其分析的思路与方法完全是力学的思路与方法.这就是“电学问题,力学方法”. 1.库仑力作用下的平衡问题 (1)解题思路,方法1 库仑定律与力学规律的综合应用方法,方法1 库仑定律与力学规律的综合应用方法,2.库仑力作用下的非平衡问题 分析库仑力作用下的带电体的非平衡问题,其方法与力学中的相同,首先分析带电体受到的所有力,再依据牛顿第二定律F=ma进行求解;对相互作用的系统,要注意灵活使用整体法与隔离法,并首先选用守恒的观点从能量的角度分析问题.,物理 专题八：电场,数学 第四章：三角函数,物理 专题八：电场,数学 第四章：三角函数,物理 专题八：电场,数学 第四章：三角函数,物理 专题八：电场,特别提醒 由于两点电荷间距离改变,库仑力是变力,但所求解的是瞬时值或状态量.特别值得注意的是两点电荷尽管在库仑力的作用下做加速运动,但系统不受外力作用,所以系统动量守恒.因此这里应用动量守恒定律求解极为方便.要注重这种学科内综合应用能力的培养.,数学 第四章：三角函数,物理 专题八：电场,考法示例3如图所示,倾角为30的直角三角形底边长为2l,底边处在水平位置,斜边为光滑绝缘导轨.现在底边中点O处固定一正电荷Q,让一质量为m、电荷量为q的带负电的质点从斜面顶端A沿斜边滑下,滑到斜边的垂足D时速度为v. (1)在质点运动过程中不发生变化的是 动能;电势能与重力势能之和;动能和重力势能之和;动能、电势能、重力势能三者之和. A. B. C. D.,数学 第四章：三角函数,物理 专题八：电场,(2)质点的运动是 A.匀加速运动 B.匀减速运动 C.先匀加速后匀减速运动 D.加速度随时间变化的运动 (3)该质点滑到非常接近斜边底端C时,速率vC为多少?沿斜边方向的加速度aC为多少? 解析此题巧妙地将牛顿第二定律、能量的转化和守恒定律与电场力做功的特点结合起来,综合运用力学规律是解题的突破口. (1)只有重力做功,机械能守恒;只有电场力做功,动能和电势能总和不变.题中质点在运动过程中,只有重力和电场力做功,故动能、电势能、重力势能三者之和不变,选C. (2)由于质点运动过程中电场力先做正功后做负功,重力一直做正功,故质点应做加速度变化的运动,选D.,数学 第四章：三角函数,物理 专题八：电场,数学 第四章：三角函数,物理 专题八：电场,特别提醒 因为电场力做功和重力做功只与始末位置有关,与中间过程无关,因此本题用动能定理来解非常简单.特别是分析出C=D,所以电场力从D到C不做功.另外求解aC时要注意瞬时性和矢量性.,数学 第四章：三角函数,物理 专题八：电场,方法2 求解电场强度的特殊思维方法,方法1 匀变速直线运动规律的应用方法,方法2 求解电场强度的特殊思维方法,方法1 匀变速直线运动规律的应用方法,方法2 求解电场强度的特殊思维方法,方法1 匀变速直线运动规律的应用方法,5.极值法:物理学中的极值问题可分为物理型和数学型两类.物理型主要依据物理概念、定理、定律求解.数学型则是根据物理规律列出方程后,依据数学中求极值的知识求解. 除此之外还有量纲检验法和特殊值检验法等.,方法2 求解电场强度的特殊思维方法,数学 第四章：三角函数,物理 专题八：电场,数学 第四章：三角函数,物理 专题八：电场,题型 4利用对称思维方法求电场强度 考法示例5 ab是长为l的均匀带电细杆,P1、P2是位于ab所在直线上的两点,位置如图所示.ab上电荷产生的静电场在P1处的场强大小为E1,在P2处的场强大小为E2.则以下说法中正确的是 A.两处的电场方向相同,E1E2 B.两处的电场方向相反,E1E2 C.两处的电场方向相同,E1E2 D.两处的电场方向相反,E1E2,物理 专题八：电场,解析由于细杆均匀带电,则如图所示,根据对称性可知,q1、q2在P1处的合场强为0,但q3、q4在P1处的场强大小为E1,在P2处的场强大小为E1,且E1=E1,q1、q2在P2处的场强大小为E2,所以P2处的场强大小为E2=E1+E2=E1+E2E1;又因为q1、q2、q3、q4电性相同,所以P1、P2两处场强方向相反.故选项D正确. 答案D,物理 专题八：电场,物理 专题八：电场,题型 5应用微元法求电场强度 考法示例6如图所示,均匀带电圆环所带电荷量为Q,半径为R,圆心为O,P为垂直于圆环平面的对称轴上的一点,OP=L,试求P点的场强.,数学 第四章：三角函数,物理 专题八：电场,数学 第四章：三角函数,物理 专题八：电场,物理 专题八：电场,数学 第四章：三角函数,物理 专题八：电场,方法3 电场中功能问题的求解方法,方法解读： 分析求解有关电场的能的性质问题时,首先要理解电势、电势能、电势差、等势面等相关的物理概念;其次要掌握电场力做功的特点与电势能变化的关系,匀强电场中电势差与电场强度的关系;特别是运用能量观点分析处理相关问题.关键是把握如下要点: 1.电势高低的判断方法,方法3 电场中功能问题的求解方法,2.电势能大小的判断方法,方法3 电场中功能问题的求解方法,注意:电势、电势能的正、负表示高低,正的电势、电势能比负的电势、电势能高,而电势差的正、负表示两点电势的相对高低. 3.电场力做功的计算方法 (1)定义法:W=Fs=qEd(适用于匀强电场,d为沿场强方向的距离). (2)电势差法:WAB=qUAB(与路径无关,普遍适用). (3)电势能变化法:WAB=-Ep=EpA-EpB(普遍适用). (4)动能定理法:W电场力+W其他力=Ek(动能定理方程). 注意:带电粒子在电场中做曲线运动时,粒子的速度方向一定沿轨迹的切线方向,粒子所受合力的方向一定指向轨迹的凹侧;如果合力方向与速度方向夹角小于90,则电场力做正功;若其夹角大于90,则电场力做负功.,方法3 电场中功能问题的求解方法,4.功能关系的分析与应用方法 (1) 若只有电场力做功，电势能与动能之和保持不变； (2)若只有电场力和重力做功,电势能、重力势能、动能之和保持不变; (3)除重力之外,其他各力对物体所做的功等于物体机械能的变化; (4)合力对物体所做的功,等于物体动能的变化. 注意:解决电场力做功问题时应注意以下两点: (1)利用电场线的特点、等势面的特点来分析电场力做功情况. (2)应用公式WAB=qUAB计算时,WAB、q、UAB一般都要带正、负号计算.,题型 7电场中几个重要物理量的理解与判断 考法示例82014全国卷,21,6分多选如图,在正点电荷Q的电场中有M、N、P、F四点,M、N、P为直角三角形的三个顶点,F为MN的点,M=30.M、N、P、F四点处的电势分别用M、N、P、F表示.已知M=N,P=F,点电荷Q在M、N、P三点所在平面内,则 A.点电荷Q一定在MP的连线上 B.连接PF的线段一定在同一等势面上 C.将正试探电荷从P点搬运到N点,电场力做负功 D.P大于M,物理 专题八：电场,解析根据正点电荷的电场的特点可知,正点电荷的电场的等势面是以正点电荷为中心的同心球面,故分别作MN连线的中垂线和PF连线的中垂线,如图所示,根据图中几何关系可知,两条线交MP于A点,即正点电荷在A点,选项A正确,B错误;将正试探电荷从P点搬运到N点,电场力做正功,选项C错误;沿着电场线的方向电势逐渐降低,故PM,选项D正确. 答案 AD,数学 第四章：三角函数,物理 专题八：电场,方法提炼 本题考查了电场线、等势面的特点及电场力做功问题.求解的关键是明确点电荷的电场的电场线和等势面的分布规律,点电荷的等势面是一系列的同心圆,沿着电场线电势逐渐降低;再者要熟悉几何知识,对于圆,圆弧上任意两点的连线的中垂线一定通过圆心;找出场源电荷位置后,根据电势的变化情况判断电场力做功情况.,数学 第四章：三角函数,物理 专题八：电场,物理 专题八：电场,数学 第四章：三角函数,物理 专题八：电场,数学 第四章：三角函数,物理 专题八：电场,题型 8电场中功能关系问题的分析与求解 考法示例10匀强电场中的三点A、B、C是一个三角形的三个顶点,AB的长度为1 m,D为AB的中点,如图所示,已知电场线的方向平行于ABC所在平面,A、B、C三点的电势分别为14 V、6 V和2 V.设场强大小为E,一电荷量为110-6 C的正电荷从D点移到C点电场力所做的功为W,则 A.W=810-6 J,E8 V/m B.W=610-6 J,E6 V/m C.W=810-6 J,E8 V/m D.W=610-6 J,E6 V/m,物理 专题八：电场,物理 专题八：电场,方法4 电场中图象的应用方法,方法解读： 1.根据电场线的疏密判断电场强度的大小 电场线越密的地方场强越大,等势面也越密集;电场线越疏的地方场强越小,等势面也越稀疏.根据F=Eq可知,同一电荷在电场线密集处所受电场力大,产生的加速度也大,如图甲中EAEB. 注意:只凭一条电场线无法确定电场强度的大小,如图乙所示,EA可能大于、可能小于、也可能等于EB.,方法4 电场中图象的应用方法,2.根据电场线的切线判断电场强度的方向 电场线上各点的切线方向表示该点的场强方向. 3.利用电场线与等势面的关系判断电势的高低 沿着电场线的方向电势逐渐降低,场强的方向是电势降低最快的方向. 4.四种典型电场的场强与电势分布图象,方法4 电场中图象的应用方法,题型 9利用电场线和等势面判断问题 考法示例112016海南高考,10,3分多选如图,一带正电的点电荷固定于O点,两虚线圆均以O为圆心,两实线分别为带电粒子M和N先后在电场中运动的轨迹,a、b、c、d、e为轨迹和虚线圆的交点.不计重力.下列说法正确的是 A.M带负电荷,N带正电荷 B.M在b点的动能小于它在a点的动能 C.N在d点的电势能等于它在e点的电势能 D.N在从c点运动到d点的过程中克服电场力做功,物理 专题八：电场,解析做曲线运动的物体一定受到指向轨迹凹侧的合外力,故M带负电荷,N带正电荷,A项正确.对M根据Wab=Uab(-q)0,即N在从c点运动到d点的过程中电场力做正功,D项错误. 答案ABC 特别提醒 分析判断问题时,要明确如下两点:(1)带电粒子在电场中做曲线运动时,所受到的合外力一定指向轨迹曲线的凹侧;(2)在同一等势面上,电势能处处相等,电场对带电粒子不做功.要善于从力的角度和能量的角度分析判断问题.,物理 专题八：电场,考法示例12真空中,两个相距L的固定点电荷P、O所带的电荷量的绝对值分别为QP和QO,在它们共同形成的电场中,有一条电场线如图中实线所示,实线上的箭头表示电场线的方向,电场线上标出了M、N两点,其中过N点的切线与P、O连线平行,且NPONOP,则 A.P带负电,O带正电,且QPQO B.P、O连线的垂直平分面不是等势面 C.在M点由静止释放一带正电的检验电荷,该电荷有可能沿电场线运动到N点 D.带负电的检验电荷在M点的电势能大于在N点的电势能,物理 专题八：电场,解析由电场线方向可知,P带正电,O带负电,如图所示,两点电荷在N点合场强方向与P、O连线平行,由平行四边形定则和点电荷场强公式可知,QPQO,选项A错误;在P、O连线的垂直平分面上(除连线中点),放置一带正电的检验电荷,其受力方向不与该垂直平分面垂直,故垂直平分面不是等势面,选项B正确;因题图中所画的电场线是曲线,在M点由静止释放的带正电的检验电荷的运动轨迹不会跟这条电场线重合,选项C错误;带负电的检验电荷在电势高的地方电势能小,故选项D错误. 答案B,物理 专题八：电场,误区警示 本题中的电场是由两个不等量异种点电荷形成的.在求解时,一是易受等量异种点电荷形成的电场干扰,误以为P、O连线的中垂面是等势面;二是误以为初速度为零且仅受电场力作用的电荷的运动轨迹一定与电场线重合,或将电场线与电荷的运动轨迹混为一谈.,物理 专题八：电场,题型 10根据函数图象分析求解问题 考法示例132014安徽高考,17,6分一带电粒子在电场中仅受静电力作用,做初速度为零的直线运动.取该直线为x轴,起始点O为坐标原点,其电势能Ep与位移x的关系如图所示.下列图象中合理的是,物理 专题八：电场,物理 专题八：电场,考法示例14多选空间某一静电场的电势在x轴上的分布如图所示,x轴上两点B、C的电场强度在x轴方向上的分量分别是EBx、ECx,下列说法中正确的有 A.EBx的大小大于ECx的大小 B.EBx的方向沿x轴正方向 C.电荷在O点受到的电场力在x轴方向上的分量最大 D.负电荷沿x轴从B移到C的过程中,电场力先做正功,后做负功,物理 专题八：电场,物理 专题八：电场,素养提升 根据图象分析求解问题,关键是明确图象的物理意义.特别是综合v-t图象、-x图象、E-t图象或E-x图象分析问题时,要分清如下内容:,物理 专题八：电场,题型 11运用“等分法”求电势、画电场线 考法示例15如图所示,虚线方框内为一匀强电场区域,电场线与纸面平行,A、B、C为电场中的三个点,三点电势分别为A=12 V,B=6 V,C=-6 V.试在虚线框内作出该电场的示意图(即画出几条电场线),保留作图时所用的辅助线.若将一个电子从A点移到B点,电场力做多少电子伏的功?,物理 专题八：电场,解析 在匀强电场中,由U=Ed可知,沿AC方向上等距离的点之间电势差相等.作图方法:(1)用虚线连接A、C,并将其三等分,可知靠近A点的等分点D点与B点等电势,即D=B=6 V.(2)用虚线连接BD,BD即该电场中的等势线(如图所示).(3)沿AC方向电势降低,故电场线方向应垂直于BD斜向下.因为UAB=A-B=12 V-6 V=6 V,根据WAB=qUAB,所以WAB=eUAB=-6 eV. 答案见解析-6 eV 特别提醒 电场强度的方向是电势降落最快的方向,在匀强电场中,利用任何一条直线上(等势线除外)两点间的电势差与这两点间的距离成正比,把电势差几等分并找出等势线.利用电场线与等势线垂直,从而确定出电场的方向.,物理 专题八：电场,物理 专题八：电场,物理 专题八：电场,方法5 电容器动态变化问题的分析方法,方法解读： 1.平行板电容器动态变化问题的分析思路,方法5 电容器动态变化问题的分析方法,方法5 电容器动态变化问题的分析方法,(2)第二类动态变化,方法5 电容器动态变化问题的分析方法,3.重要二级结论的理解要点 (1)电容器两极板间的场强大小完全取决于极板上电荷分布的密度.极板上电荷的密度越大,两极板间电场线的分布越密集,场强越大. (2)若电荷量Q不变,当两极板正对面积S不变时,如果两极板间距离变化,场强不变,如图甲、乙所示;如果电荷量Q不变,当两极板正对面积变化时,电场的疏密程度发生了改变,如图丙所示,即电容器的电荷量不变,正对面积减小时,场强增大.,题型 12电容器动态变化问题的分析 考法示例172016天津高考,4,6分如图所示,平行板电容器带有等量异种电荷,与静电计相连,静电计金属外壳和电容器下极板都接地.在两极板间有一固定在P点的点电荷,以E表示两板间的电场强度,Ep表示点电荷在P点的电势能,表示静电计指针的偏角.若保持下极板不动,将上极板向下移动一小段距离至图中虚线位置,则 A.增大,E增大B.增大,Ep不变 C.减小,Ep增大 D.减小,E不变,物理 专题八：电场,物理 专题八：电场,考法示例18如图所示,平行板电容器与电动势为E的直流电源(内阻不计)连接,下极板接地.一带电油滴位于电容器中的P点且恰好处于平衡状态.现将平行板电容器的上极板竖直向上移动一小段距离,则 A.带电油滴将沿竖直方向向上运动 B.P点的电势将降低 C.带电油滴的电势能将减少 D.电容器的电容减小,而极板上所带的电荷量将增大,物理 专题八：电场,物理 专题八：电场,方法6 带电粒子在电场中运动的求解方法,方法解读： 1.掌握带电粒子在电容器中运动问题的求解方法 (1)通过电容器的变化分析平衡问题 充电后的平行板电容器,两板之间形成了匀强电场,带电粒子处在电容器中可以在重力、电场力等的共同作用下平衡或加速运动. 当影响平行板电容器的电容的因素发生变化时,会引起电场强度的变化,进而引起带电粒子所受电场力的变化.求解这类问题时,关键是判断电容器两板间场强的变化,依据前面的分析,可知两板间Q不变时,E不随d变化,E与S成反比;两板间U不变时,E与d成反比,但U可通过电路调节,计算时,要注意各个变化因素的比例关系.,方法6 带电粒子在电场中运动的求解方法,(2)通过电容器的变化分析电势和电势能 电容器的电容发生变化时,可能会引起电压、场强发生变化,进而可能会引起某点电势的变化和电荷在该点电势能的变化. 判断电容器某点电势的变化时,一般是通过该点与某一极板的电势差的变化来判断.电势能是电荷和电场所组成的系统共有的.电场中同一点放上不同的电荷,其电势能不同.正电荷在电势高处电势能大,而负电荷在电势高处电势能小. 2.处理带电粒子在电场中运动时应注意的问题 (1)受力分析时需要注意的两个方面 要掌握电场力的特点.例如,电场力的大小和方向不仅跟场强的大小和方向有关,还与带电粒子的电荷量和电性有关;在匀强电场中,同一带电粒子所受电场力是恒力;在非匀强电场中,同一带电粒子在不同位置所受电场力的大小和方向都可能不同.,方法6 带电粒子在电场中运动的求解方法,判断是否考虑重力. 基本粒子:如电子、质子、粒子、离子等,除有说明或明确的暗示以外,一般都不考虑重力(但并不忽略质量). 带电颗粒:如液滴、油滴、尘埃、小球等,除有说明或明确的暗示以外,一般都不能忽略重力. (2)求解时依据的两类规律方法 牛顿运动定律和运动学规律.先分析受力情况,再分析运动状态和运动过程(平衡、加速或减速,是直线运动还是曲线运动),对匀变速运动问题可用牛顿运动定律和运动学规律处理. 从功和能的角度分析.带电粒子在电场力作用下的加速、减速或偏转过程是其他形式的能和动能之间的转化过程,解这类问题时,可以使用动能定理或能量守恒定律.要善于把电学问题转化为力学问题,建立带电粒子在电场中加速和偏转的模型,能够从带电粒子的受力与运动的关系及功能关系两条途径进行分析与研究.,题型 13带电粒子在平行板电容器中的运动 考法示例19如图所示,平行板电容器的两个极板与水平地面成一角度,两极板与一直流电源相连.若一带电粒子恰能沿图中所示水平直线通过电容器,则在此过程中,该粒子 A.所受重力与电场力平衡B.电势能逐渐增加 C.动能逐渐增加 D.做匀变速直线运动,物理 专题八：电场,解析：粒子在电场中做直线运动,则所受合力方向与运动方向在同一直线上,由受力分析可知,重力竖直向下,电场力垂直极板向上,合力水平向左,故选项A错误;因电场力做负功,故电势能增加,选项B正确;合力做负功,故动能减小,选项C错误;因合力为定值且与运动方向在同一直线上,故选项D正确. 答案BD 特别提醒 本题虽然不确定电荷的电性,也不知道平行板电容器两板电势的高低,更不清楚场强的方向,但这些并不影响对问题的分析和判断.从力的角度和功能关系的角度分析问题才是求解此类问题的关键.,物理 专题八：电场,题型 13带电粒子在平行板电容器中的运动 考法示例20如图所示,平行金属板A、B水平正对放置,分别带等量异号电荷.一带电微粒水平射入板间,在重力和电场力共同作用下运动,轨迹如图中虚线所示,那么 A.若微粒带正电荷,则A板一定带正电荷 B.微粒从M点运动到N点电势能一定增加 C.微粒从M点运动到N点动能一定增加 D.微粒从M点运动到N点机械能一定增加,物理 专题八：电场,解析：由图示微粒运动轨迹可知,微粒向下运动,说明微粒受到的合力竖直向下,重力与电场力的合力竖直向下.如果微粒带正电,A板带正电荷,微粒受到的合力向下,微粒运动轨迹向下,但如果A板带负电荷且电场力小于重力,微粒受到的合力向下,微粒运动轨迹向下,则A板既可能带正电荷,也可能带负电荷,故A错误;如果微粒受到的电场力向下,微粒从M点运动到N点过程中电场力做正功,微粒电势能减小,如果微粒受到的电场力向上,则电势能增加,故B错误;微粒受到的合力向下,微粒从M点运动到N点过程中合力做正功,微粒的动能增加,故C正确;微粒从M点运动到N点过程动能增加,重力势能减小,机械能不一定增加,故D错误. 答案C,物理 专题八：电场,特别提醒 必须明确平行板电容器两板间为匀强电场,试题以带电微粒在复合场中的运动为情境命题,综合考查了受力分析、动能定理、功能关系等知识.求解本题应从运动轨迹着手,判断出微粒所受的合力方向竖直向下,但无法判断电场力的方向,运动过程中合力的方向与运动方向的夹角为锐角,合力做正功,微粒的动能增加.,物理 专题八：电场,物理 专题八：电场,物理 专题八：电场,物理 专题八：电场,物理 专题八：电场,素养提升 1.重力和电场力的等效 带电粒子在匀强电场中运动时,通常电场力与重力都是恒力,于是我们将电场力和重力的合力称为等效重力.这样处理后减少了受力的数量,是将复杂问题简单化的一种方法. 2.区分“几何最高点”与“力学最高点” 在“等效力场”做圆周运动的小球,经常遇到小球在竖直平面内做圆周运动的临界速度问题.小球能维持圆周运动的条件是能过最高点,而这里的最高点不一定是几何最高点,而应是物理最高点.几何最高点是图形中所画圆的最上端,是符合人眼视觉习惯的最高点.而物理最高点是物体在圆周运动过程中速度最小(称为临界速度)的点.物理最高点与几何最高点有时一致,有时不一致.,物理 专题八：电场,3.常见求解问题的基本方法 (1)用能量的观点处理带电体在电场中的运动 对受变力作用的带电体的运动,必须借助于能量的观点来处理,即使都是恒力作用的问题,用能量观点处理也常常显得简捷. (2)用整体法处理多物体或多过程问题 整体思想可对物理研究对象而言,亦可对粒子运动过程而言,其求解过程快捷.在运用此法处理带电粒子在电场中的平衡或加速运动问题时,应结合物体的平衡条件及动力学知识求解.,物理 专题八：电场,物理 专题八：电场,题型 15带电粒子在交变电场中的运动 考法示例23多选如图甲所示,真空中两平行金属板A、B水平放置,间距为d,P点在A、B间,A板接地,B板的电势B随时间t的变化情况如图乙所示,已知12.t=0时,在P点由静止释放一质量为m、电荷量为e的电子,到t=3T时刻,电子回到P点.电子运动过程中始终未与极板相碰,电子重力不计,则下列说法正确的是 A.12=34 B.12=45 C.电子从P点出发至返回P点,动能增加,电势能减少 D.电子从P点出发至返回P点,动能和电势能都增加,物理 专题八：电场,物理 专题八：电场,特别提醒 本题的易错点是不能根据电子动能增加就推断其电势能减少.因为在t=T时刻,电场发生了突变,P点电势突变,电子的电势能突然增加.另外,分析带电粒子在交变电场中的运动可以用v-t图象辅助分析.,物理 专题八：电场,物理 专题八：电场,物理 专题八：电场,特别提醒 因电场随时间变化,交变电场中带电粒子所受的电场力出现周期性变化,导致运动过程出现多个阶段,分段分析是常见的解题思路.若要分析运动的每个细节,一般采用牛顿运动定律的观点分析,借助v-t图象能更全面直观地把握运动过程,处理起来比较简便.,物理 专题八：电场,C.考法帮考向全扫描,考向1 电场力的性质 考向2 电场能的性质 考向3 电容器及带电粒子在电场中的运动,物理 专题八：电场,本专题内容是高考能力考查依托的重点之一,是高考命题的必考内容,命题有以下两个基本特点: (1)主要考查对电场基本概念的理解、库仑定律的应用、带电粒子在电场中的运动等,对思维的发散性和深刻性要求较高.选择题一般是与电场线、电势、电势差、电容器、电场力做功、带电粒子在电场中的曲线运动等结合命题;综合计算题则常将带电粒子在电场中的运动、受力平衡、牛顿运动定律、动能定理、带电粒子在组合场或复合场中的运动综合到一起作为综合命题中的知识点来体现. (2)联系生活实际、科技信息是高考命题的趋势,如静电除尘、电容式传感器、静电喷涂等,考查运用知识的能力、建立物理模型的能力和解决实际问题的能力.,考情揭秘,命题透视:重点考查电场的基本概念、分布特点及力的性质.主要涉及电场强度、电场线、电场的叠加、库仑定律等知识.特别是库仑力作用下的平衡问题、牛顿运动定律的应用问题等,具有一定的综合性,对能力要求较高.本考向命题多以选择题形式出现,难度适中.,考向1 电场力的性质,考向1 电场力的性质,考向1 电场力的性质,考向1 电场力的性质,考向1 电场力的性质,考向1 电场力的性质,考向1 电场力的性质,命题透视:重点考查电势、电势能、电势差、等势面等基本概念、电场力做的功以及功能关系的分析与计算等.要求理解电势、电势能、电势差与电场强度的关系,会判断电势的高低、判断电势能的变化,特别是会运用功能关系分析求解问题.试题涉及知识较多,对分析推理能力及知识综合应用能力要求较高.,考向2 电场能的性质,示例28考查描述电场的几个重要概念的理解2016江苏高考,3,3分一金属容器置于绝缘板上,带电小球用绝缘细线悬挂于容器中,容器内的电场线分布如图所示.容器内表面为等势面,A、B为容器内表面上的两点,下列说法正确的是 A.A点的电场强度比B点的大 B.小球表面的电势比容器内表面的低 C.B点的电场强度方向与该处内表面垂直 D.将检验电荷从A点沿不同路径移到B点,电场力所做的功不同,考向2 电场能的性质,命题立意本题考查电势、等势面、电场力做功及其相关知识,意在考查学生运用电场相关知识分析解决问题的能力. 解析由于A点处电场线比B点处电场线稀疏,因此A点电场强度比B点的小,A项错误;沿着电场线的方向电势逐渐降低,因此小球表面的电势比容器内表面的电势高,B项错误;由于处于静电平衡的导体表面是等势面,电场线垂直于等势面,因此B点的电场强度方向与该处内表面垂直,C项正确;将检验电荷从A点沿不同的路径移到B点,由于A、B两点的电势差恒定,因此电场力做的功WAB=qUAB相同,D项错误 . 答案C,考向2 电场能的性质,示例29考查利用带电粒子的轨迹分析问题2016全国卷,20,6分多选如图,一带负电荷的油滴在匀强电场中运动,其轨迹在竖直面(纸面)内,且相对于过轨迹最低点P的竖直线对称.忽略空气阻力.由此可知 A.Q点的电势比P点的高 B.油滴在Q点的动能比它在P点的大 C.油滴在Q点的电势能比它在P点的大 D.油滴在Q点的加速度大小比它在P点的小,考向2 电场能的性质,命题立意本题考查电势、电势能、带电油滴在复合场中的运动、动能定理、牛顿运动定律及其相关的知识点,意在考查学生灵活运用相关知识分析、解决问题的能力. 解析根据带负电的油滴在竖直面内的轨迹可知,油滴所受合外力一定向上,则所受电场力一定向上,且电场力大于重力,故匀强电场的方向竖直向下,Q点的电势比P点的高,选项A正确.油滴从P点运动到Q点,根据动能定理,合外力做正功,动能增大,所以油滴在Q点的动能比它在P点的大,选项B正确.油滴从P点运动到Q点,电场力做正功,电势能减小,油滴在Q点的电势能比它在P点的小,选项C错误.由于带电油滴所受的电场力和重力均为恒力,所以油滴在Q点的加速度和它在P点的加速度大小相等,选项D错误. 答案AB,考向2 电场能的性质,示例30考查利用电场线、等势面判断问题2016全国卷,15,6分如图,P是固定的点电荷,虚线是以P为圆心的两个圆.带电粒子Q在P的电场中运动,运动轨迹与两圆在同一平面内,a、b、c为轨迹上的三个点.若Q仅受P的电场力作用,其在a、b、c点的加速度大小分别为aa、ab、ac,速度大小分别为va、vb、vc.则 A.aaabac,vavcvbB.aaabac,vbvcva C.abacaa,vbvcvaD.abacaa,vavcvb,考向2 电场能的性质,考向2 电场能的性质,示例31 考查应用图象分析求解问题2017江苏高考,8,3分多选在x轴上有两个点电荷q1、q2,其静电场的电势在x轴上分布如图所示.下列说法正确的有 A.q1和q2带有异种电荷 B.x1处的电场强度为零 C.负电荷从x1移到x2,电势能减小 D.负电荷从x1移到x2,受到的电场力增大,考向2 电场能的性质,考向2 电场能的性质,命题透视:高考对电容器的考查以动态变化问题为主,也时常考查通过动态变化分析电容器内某点的电势及电荷在电容器的匀强电场中的运动问题;高考对带电粒子在电场中运动问题的考查,往往涉及的知识多,题型综合性强.主要考查分析综合能力,试题难度较大.体现高考选拔性功能的命题特征.,考向3 电容器及带电粒子在电场中的运动,示例32考查平行板电容器的动态变化问题2016全国卷,14,6分一平行板电容器两极板之间充满云母介质,接在恒压直流电源上.若将云母介质移出,则电容器 A.极板上的电荷量变大,极板间电场强度变大 B.极板上的电荷量变小,极板间电场强度变大 C.极板上的电荷量变大,极板间电场强度不变 D.极板上的电荷量变小,极板间电场强度不变,考向3 电容器及带电粒子在电场中的运动,考向3 电容器及带电粒子在电场中的运动,考向3 电容器及带电粒子在电场中的运动,考向3 电容器及带电粒子在电场中的运动,考向3 电容器及带电粒子在电场中的运动,考向3 电容器及带电粒子在电场中的运动,示例35考查带电粒子在电场中运动的综合计算问题2017全国卷,25,20分真空中存在电场强度大小为E1的匀强电场,一带电油滴在该电场中竖直向上做匀速直线运动,速度大小为v0.在油滴处于位置A时,将电场强度的大小突然增大到某值,但保持其方向不变.持续一段时间t1后,又突然将电场反向,但保持其大小不变;再持续同样一段时间后,油滴运动到B点.重力加速度大小为g. (1)求油滴运动到B点时的速度. (2)求增大后的电场强度的大小;为保证后来的电场强度比原来的大,试给出相应的t1和v0应满足的条件.已知不存在电场时,油滴以初速度v0做竖直上抛运动的最大高度恰好等于B、A两点间距离的两倍.,考向3 电容器及带电粒子在电场中的运动,命题立意本题作为2017年全国卷的压轴试题,难度大,区分度高.运动过程多使研究问题、分析讨论问题变得复杂,特别是对数学知识的应用要求也较高.这对复习备考提出了更高的标准和要求. 解析(1)设油滴质量和电荷量分别为m和q,油滴速度方向向上为正.油滴在电场强度大小为E1的匀强电场中做匀速直线运动,故匀强电场方向向上.油滴处于位置A(t=0)时,电场强度突然从E1增大至E2,油滴做竖直向上的匀加速运动,加速度方向向上,大小a1满足qE2-mg=ma1 油滴在t1时刻的速度为v1=v0+a1t1 电场强度在t1时刻突然反向,油滴做匀变速运动,加速度方向向下,大小a2满足qE2+mg=ma2 油滴在t2=2t1时刻的速度为v2=v1-a2t1 由式得v2=v0-2gt1.,考向3 电容器及带电粒子在电场中的运动,考向3 电容器及带电粒子在电场中的运动,考向3 电容器及带电粒子在电场中的运动,
展开阅读全文