高考物理 考前三个月 第1部分 专题6 电场课件.ppt

专题6电场 1 2015 新课标全国 15 如图1 直线a b和c d是处于匀强电场中的两组平行线 M N P Q是它们的交点 四点处的电势分别为 M N P Q 一电子由M点分别运动到N点和P点的过程中 电场力所做的负功相等 则 真题示例 图1 A 直线a位于某一等势面内 M QB 直线c位于某一等势面内 M NC 若电子由M点运动到Q点 电场力做正功D 若电子由P点运动到Q点 电场力做负功 解析电子带负电荷 电子由M点分别运动到N点和P点的过程中 电场力所做的负功相等 有WMN WMP 0 而WMN qUMN WMP qUMP q 0 所以有UMN UMP 0 即 M N P 匀强电场中等势线为平行的直线 所以NP和MQ分别是两条等势线 有 M Q 故A错误 B正确 电子由M点到Q点过程中 WMQ q M Q 0 电子由P点到Q点过程中 WPQ q P Q 0 故C D错误 答案B 2 多选 2015 江苏单科 8 两个相同的负电荷和一个正电荷附近的电场线分布如图2所示 c是两负电荷连线的中点 d点在正电荷的正上方 c d到正电荷的距离相等 则 图2 A a点的电场强度比b点的大B a点的电势比b点的高C c点的电场强度比d点的大D c点的电势比d点的低 解析由题图知 a点处的电场线比b点处的电场线密集 c点处电场线比d点处电场线密集 所以A C正确 过a点画等势线 与b点所在电场线的交点与b点位置比较知b点的电势高于a点的电势 故B错误 c d两点中c点离负电荷的距离更小 得d点电势高于c点电势 故D正确 答案ACD 图3 A 3 2B 2 1C 5 2D 3 1 答案A 1 题型特点 1 带电粒子在电场中的运动 2 电场的性质与特点 3 静电场的分布 电场线及等势面规律 结合电场区域中的任意两点 比较其E 移动点电荷 q q时 W电及Ep的变化 考纲解读 2 命题趋势 1 电场的性质与特点结合曲线运动条件 功能关系等知识进行综合考查 一般为选择题 2 电容器的决定式和定义式综合电路分析的问题考查 应该出现在选择题中 3 带电粒子在匀强电场中的运动结合力学运动规律 功能关系及电场力做功的特点等考点综合考查 仍将是命题的热点 选择 计算题中都可以出现 内容索引 考题一对电场性质的理解 考题二带电粒子在电场中的运动 考题三动能定理在电场中的应用 考题四带电粒子在交变电场中的运动 专题综合练 考题一对电场性质的理解 1 2015 山东理综 18 直角坐标系xOy中 M N两点位于x轴上 G H两点坐标如图4 M N两点各固定一负点电荷 一电荷量为Q的正点电荷置于O点时 G点处的电场强度恰好为零 静电力常量用k表示 若将该正点电荷移到G点 则H点处场强的大小和方向分别为 图4 答案B A a带正电B a的场强方向沿该处等势面的切线方向C 同一检验电荷 在A点受到的电场力大于在B点受到的电场力D 正检验电荷从A点移到B点 电场力做正功 2 多选 如图5所示为真空中两个异种点电荷a b电场的等势面分布 A B为电场中的两点 且A点电势高于B点电势 则下列说法正确的是 图5 解析由题可知 由于A点的电势高于B点的电势 结合顺着电场线方向电势逐渐降低可知 a处的电势一定高于b处的电势 所以a带正电 b带负电 故A正确 由于等势面与电场线的方向总是垂直 所以a的场强方向沿该处等势面的切线的垂直方向 故B错误 由图可知 由于B处等势面比较密 所以B处的电场强度大 而A处的电场强度小 所以同一检验电荷 在A点受到的电场力小于在B点受到的电场力 故C错误 由题可知 由于A点的电势高于B点的电势 所以正检验电荷从A点移到B点 电场力做正功 故D正确 答案AD 3 假设空间某一静电场的电势 随x的变化情况如图6所示 根据图中信息可以确定下列说法中正确的是 图6 A 空间各点场强的方向均与x轴垂直B 将电荷沿x轴从0移到x1的过程中 电荷做匀加速直线运动C 正电荷沿x轴从x2移到x3的过程中 电场力做正功 电势能减小D 负电荷沿x轴从x4移到x5的过程中 电场力做负功 电势能增加 解析由图看出 x轴上各点电势不全相等 x轴不是一条等势线 所以空间各点场强的方向不全与x轴垂直 故A错误 将电荷沿x轴从0移到x1的过程中 各点电势相等 图象的斜率为零 电场力为零 电荷做匀速直线运动 故B错误 正电荷沿x轴从x2移到x3的过程中 电势升高 电荷的电势能增大 电场力做负功 故C错误 负电荷沿x轴从x4移到x5的过程中 电势降低 电荷的电势能增加 电场力做负功 故D正确 答案D 知识小结 4 应用电场力做功与电势能改变之间的关系判定电势能的大小或电场力做功情况 2 辨析下列说法的正误 1 沿电场线方向电势降低 2 电势降低的方向一定是场强的方向 3 场强为0的位置 电势一定为0 4 如图7所示 匀强电场中有一梯形ABCD 其中AB 2cm CD 4cm A B C三点电势分别为 A 12V B 6V C 3V 则下列说法正确的是 考题二带电粒子在电场中的运动 图7 A 若一电子从A点移动到D点 它将克服电场力做功3eVB 将一电子从A点移动到D点 电场力做功5eVC 匀强电场场强的最小值为3 102V mD 匀强电场场强的最小值为2 102V m 解析根据题意可得AB 2cm CD 4cm 2AB 匀强电场中 沿着相同的方向 每前进相同的距离 电势的变化相同 故 2 A B D C 代入数据可得 D 15V 电场力做功与路径无关 只与初 末位置有关 故电子从A点移到D点 电场力做的功为 WAD qUAD e A D e 12 15 V 3eV 电场力做正功 故A B错误 5 2015 新课标全国 14 如图8 两平行的带电金属板水平放置 若在两板中间a点从静止释放一带电微粒 微粒恰好保持静止状态 现将两板绕过a点的轴 垂直于纸面 逆时针旋转45 再由a点从静止释放一同样的微粒 该微粒将 图8 A 保持静止状态B 向左上方做匀加速运动C 向正下方做匀加速运动D 向左下方做匀加速运动 解析两平行金属板水平放置时 带电微粒静止有mg qE 现将两板绕过a点的轴 垂直于纸面 逆时针旋转45 后 两板间电场强度方向逆时针旋转45 电场力方向也逆时针旋转45 但大小不变 此时电场力和重力的合力大小恒定 方向指向左下方 故该微粒将向左下方做匀加速运动 选项D正确 答案D 6 2015 安徽 23 在xOy平面内 有沿y轴负方向的匀强电场 场强大小为E 图中未画出 由A点斜射出一质量为m 带电量为 q的粒子 B和C是粒子运动轨迹上的两点 如图9所示 其中l0为常数 粒子所受重力忽略不计 求 图9 1 粒子从A到C过程中电场力对它做的功 解析粒子从A到C过程中电场力对它做的功W qE yA yC 3qEl0 答案3qEl0 2 粒子从A到C过程所经历的时间 解析粒子只受沿y轴负方向的电场力作用 粒子做类似斜上抛运动 粒子在x轴方向做匀速直线运动 由对称性可知轨迹最高点D在y轴上 可令 3 粒子经过C点时的速率 解析粒子由D到C过程中x轴方向 2l0 vD 2T y轴方向 vCy a 2T 1 解决带电粒子在电场中运动问题的一般思路 1 选取研究对象 2 分析研究对象受力情况 3 分析运动状态和运动过程 初始状态及条件 直线运动还是曲线运动等 4 建立正确的物理模型 恰当选用规律或其他手段 如图线等 找出物理量间的关系 建立方程组解题 5 讨论所得结果 知识小结 2 重力是否可忽略的问题在讨论带电粒子或其他带电体的静止与运动问题时 重力是否要考虑 关键看重力与其他力相比较是否能忽略 一般来说 除明显暗示外 带电小球 液滴的重力不能忽略 电子 质子等带电粒子的重力可以忽略 一般可根据微粒的运动状态判断是否考虑重力作用 7 多选 如图10甲所示 一绝缘的竖直圆环上均匀分布着正电荷 一光滑细杆从圆心垂直圆环平面穿过圆环 杆上套有带正电的小球 现使小球从a点由静止释放 并开始计时 后经过b c两点 运动过程中的v t图如图乙所示 下列说法正确的是 考题三动能定理在电场中的应用 A 带电圆环在圆心处产生的场强为零B a点场强大于b点场强C 电势差Uab小于UbcD 小球由b到c的过程中平均速度小于0 55m s 图10 解析由于竖直圆环上均匀分布着正电荷 依据圆的对称性可知 圆环上各部分在圆心处产生的电场相互抵消 所以圆心处产生的场强为零 故A正确 由题图乙可知 小球在b点的加速度最大 故受力最大 加速度由电场力提供 故b点的电场强度最大 所以a点场强小于b点场强 故B错误 答案AC 8 多选 空间某区域竖直平面内存在电场 电场线分布如图11所示 一个质量为m 电荷量为q 电性未知的小球在该电场中运动 小球经过A点时的速度大小为v1 方向水平向右 运动至B点的速度大小为v2 若A B两点之间的高度差为h 则以下判断中正确的是 图11 A A B两点的电场强度和电势大小关系为EA BB 若v2 v1 则电场力一定做正功 解析由电场线的疏密可判断出EA B 故A正确 答案AC 图12 1 小球到达C点时的速度 解析由动能定理 2 小球从D点运动到P点的时间t 解析由A到D的过程由动能定理 水平方向 qE ma 又由几何关系得 考题四带电粒子在交变电场中的运动 图13 答案BC 11 如图14甲所示 A和B是真空中 面积很大的平行金属板 O是一个可以连续产生粒子的粒子源 O到A B的距离都是l 现在A B之间加上电压 电压UAB随时间变化的规律如图乙所示 已知粒子源在交变电压的一个周期内可以均匀产生大量粒子 粒子质量为m 电荷量为 q 这种粒子产生后 在电场力作用下从静止开始运动 设粒子一旦碰到金属板 它就附在金属板上不再运动 且电荷量同时消失 不影响A B板电势 不计粒子的重力 不考虑粒子之间的相互作用力 已知上述物理量l 0 6m U0 1 2 103V T 1 2 10 2s m 5 10 10kg q 1 10 7C 求 图14 答案2 105m s24 105m s2 2 在t 0时刻出发的粒子 会在什么时刻到达哪个极板 故在t时刻到达A板 刚好达不到A板通过的位移为l x1 x2联立解得t 2 10 3s故在2 10 3 6 10 3s内产生的微粒不能到达A板答案2 10 3 6 10 3s 4 到达B板的粒子中速度最大为多少 1 2015 江苏单科 2 静电现象在自然界中普遍存在 我国早在西汉末年已有对静电现象的记载 春秋纬 考异邮 中有 玳瑁吸衣若 之说 但下列不属于静电现象的是 A 梳过头发的塑料梳子吸起纸屑B 带电小球移至不带电金属球附近 两者相互吸引C 小线圈接近通电线圈过程中 小线圈中产生电流D 从干燥的地毯上走过 手碰到金属把手时有被电击的感觉 专题综合练 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 解析用塑料梳子梳头发时相互摩擦 塑料梳子会带上电荷吸引纸屑 选项A属于静电现象 带电小球移至不带电金属球附近 由于静电感应 金属小球在靠近带电小球一端时会感应出与带电小球异号的电荷 两者相互吸引 选项B属于静电现象 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 小线圈接近通电线圈过程中 由于电磁感应现象 小线圈中产生感应电流 选项C不属于静电现象 从干燥的地毯上走过 由于摩擦生电 当手碰到金属把手时瞬时产生较大电流 人有被电击的感觉 选项D属于静电现象 答案C 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 2 电容式加速度传感器的原理结构如图15所示 质量块右侧连接轻质弹簧 左侧连接电介质 弹簧与电容器固定在外框上 质量块可带动电介质移动改变电容 则 图15 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 A 电介质插入极板间越深 电容器电容越小B 当传感器以恒定加速度运动时 电路中有恒定电流C 若传感器原来向右匀速运动 突然减速时弹簧会伸长D 当传感器由静止突然向右加速瞬间 电路中有顺时针方向电流 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 若传感器原来向右匀速运动 突然减速时 因惯性 则继续向右运动 从而压缩弹簧 故C错误 当传感器由静止突然向右加速瞬间 质量块要向左运动 导致插入极板间电介质加深 因此电容会增大 由于电压不变 根据Q CU 可知 极板间的电量增大 电容器处于充电状态 因此电路中有顺时针方向电流 故D正确 答案D 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 3 在x轴上存在与x轴平行的电场 x轴上各点的电势随x点位置变化情况如图16所示 图中 x1 x1之间为曲线 且关于纵轴对称 其余均为直线 也关于纵轴对称 下列关于该电场的论述正确的是 图16 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 A x轴上各点的场强大小相等B 从 x1到x1场强的大小先减小后增大C 一个带正电的粒子在x1点的电势能大于在 x1点的电势能D 一个带正电的粒子在 x1点的电势能大于在 x2点的电势能 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 解析 x图象的斜率大小等于电场强度 故x轴上的电场强度不同 故A错误 从 x1到x1斜率先减小后增大 故场强先减小后增大 故B正确 由图可知 场强方向指向O 根据电场力做功可知 一个带正电的粒子在x1点的电势能等于在 x1点的电势能 在 x1点的电势能小于在 x2点的电势能 故C D错误 答案B 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 4 如图17所示 真空中电荷量均为Q的两正点电荷 固定于一绝缘正方体框架的两侧面ABB1A1和DCC1D1中心连线上 且两电荷关于正方体中心对称 则 图17 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 A A B C D四个点的电势相同B A1 B1 C1 D1四个点的电场强度相同C 负检验电荷q在A点的电势能小于在C1点的电势能D 正检验电荷q从C点移到C1点过程电场力对其做正功 解析A和B C和D都位于同一个等势面上 所以A和B电势相等 C和D电势相等 又由于A B C D四个点关于两正点电荷连线的中垂面对称 所以四个点电势相同 故A正确 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 由于A1 B1 C1 D1四个点关于两点电荷连线的中垂面对称 场强大小相等 但方向不同 所以场强不同 故B错误 由A项同理可知A点的电势与C1点电势相同 所以负检验电荷q在A点的电势能等于在C1点的电势能 故C错误 由于C点和C1点位于同一等势面上 所以正检验电荷q从C点移到C1点过程电场力对其不做功 故D错误 答案A 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 5 如图18 a 所示 两平行正对的金属板A B间加有如图 b 所示的交变电压 一重力可忽略不计的带正电粒子被固定在两板的正中间P处 若在t0时刻释放该粒子 粒子会时而向A板运动 时而向B板运动 并最终打在A板上 则t0可能属于的时间段是 图18 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 答案B 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 6 多选 如图19所示 匀强电场中的 PAB所在平面平行于电场方向 C点为AB的中点 D点为PB的中点 将一个带电粒子从P点移动到A点 电场力做功WPA 1 6 10 8J 将该粒子从P点移动到B点 电场力做功WPB 3 2 10 8J 则下列说法正确的是 图19 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 A 直线PC为等势线B 直线AD为等势线C 若将该粒子从B点移动到A点 电场力做功WBA 1 6 10 8JD 若将该粒子从P点移动到C点 电场力做功为WPC 2 4 10 8J 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 解析粒子从P点移动到B点 电场力做功WPB 3 2 10 8J 则P到D电场力做功为WPD 1 6 10 8J P到A与P到D电势能变化相同 电势变化相同 直线AD为等势线 故B正确 电场线垂直于直线AD 等势线平行于直线AD 则A错误 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 7 负点电荷Q固定在正方形的一个顶点上 带电粒子P仅在该点电荷的电场力作用下运动时 恰好能经过正方形的另外三个顶点a b c 如图20所示 则下列说法错误的是 图20 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 A 粒子P带负电B a b c三点的电势高低关系是 a c bC 粒子P由a到b电势能增大 由b到c电势能减小D 粒子P在a b c三点时的加速度大小之比是2 1 2 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 解析P做曲线运动 合力指向凹形一侧 所以P带正电 负电荷产生的电场 电场线指向负电荷 沿电场线电势降低 离Q越近电势越低 所以 a c b a到b 电场力做负功 电势能增大 b到c 电场力做正功 电势能减小 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 答案A 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 8 多选 如图21所示 在xOy坐标系中 x轴上关于y轴对称的A C两点固定等量异种点电荷 Q Q B D两点分别位于第二 四象限 ABCD为平行四边形 边BC AD分别与y轴交于E F 以下说法正确的是 图21 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 A E F两点电势相等B B D两点电场强度相同C 试探电荷 q从B点移到D点 电势能增加D 试探电荷 q从B点移到E点和从F点移到D点 电场力对 q做功相同 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 解析等量异种点电荷 Q Q连线的垂直平分线是一条等势线 所以y轴是一条等势线 E F的电势相等 故A正确 根据电场线的分布情况和对称性可知 B D两点电场强度相同 故B正确 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 根据顺着电场线电势降低可知 B点的电势高于D点的电势 而正电荷在电势高处电势能大 所以试探电荷 q从B点移到D点 电势能减小 故C错误 由上述分析可知 B E间的电势差等于F D间的电势差 根据电场力做功公式W qU得知 q从B点移到E点和从F点移到D点 电场力对 q做功相同 故D正确 答案ABD 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 9 x轴上各点的电场强度如图22所示 场强方向与x轴平行 规定沿x轴正方向为正 一负点电荷从坐标原点O以一定的初速度沿x轴正方向运动 点电荷到达x2位置速度第一次为零 在x3位置速度第二次为零 不计粒子的重力 下列说法正确的是 图22 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 A O点与x2和O点与x3电势差UOx2 UOx3B 点电荷从O点运动到x2 再运动到x3的过程中 加速度先减小再增大 然后保持不变C 点电荷从O点运动到x2 再运动到x3的过程中 速度先均匀减小再均匀增大 然后减小再增大D 点电荷在x2 x3位置的电势能最小 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 由图可知 x轴正方向上场强沿着x轴正方向 场强大小是非线性变化 x轴负方向上场强方向沿着x轴负方向 为匀强电场 点电荷从坐标原点出发 其加速度先增大后减小 再增大后减小 而后增大再减小 再增大后减小 然后保持不变 在负x轴做匀变速直线运动 故B错误 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 由题意 点电荷到达x2位置速度第一次为零 在x3位置速度第二次为零 可知点电荷先向右减速到x2 再向左加速到原点 然后再减速到x3 故C错误 点电荷运动过程中动能和电势能之和保持不变 动能最小则电势能就最大 故点电荷到达x2位置速度第一次为零 在x3位置速度第二次为零 在x2 x3位置电势能最大 故D错误 答案A 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 10 如图23所示 带等量异号电荷的两平行金属板在真空中竖直放置 M N为板间同一电场线上的两点 一带电粒子 不计重力 以速度vM经过M点沿电场线向右运动 且未与右侧金属板接触 一段时间后 粒子以速度vN向左经过N点 则 图23 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 A 电场中M点的电势一定高于N点的电势B 粒子受到电场力一定由M指向N点C 粒子在M点速度一定比在N点的速度大D 粒子在M点电势能一定比在N点的电势能大 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 解析由题意可知 粒子从M点向右做减速运动 当速度减到零时反向加速 故粒子所受的电场力向左 即由N指向M点 粒子由M到N电场力做负功 动能减少 电势能增加 故M点的电势能小于N点的电势能 但是由于粒子的电性不确定 故无法比较MN两点的电势高低 故选C 答案C 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 11 2015 新课标全国 24 如图24 一质量为m 电荷量为q q 0 的粒子在匀强电场中运动 A B为其运动轨迹上的两点 已知该粒子在A点的速度大小为v0 方向与电场方向的夹角为60 它运动到B点时速度方向与电场方向的夹角为30 不计重力 求A B两点间的电势差 图24 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 解析设带电粒子在B点的速度大小为vB 粒子在垂直于电场方向的速度分量不变 即vBsin30 v0sin60 设A B两点间的电势差为UAB 由动能定理有 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 图25 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 进入交变电场时的速度 解析粒子运动至小孔O的速度设为v0 答案50m s 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 2 在8 10 3s末的位置坐标 解析粒子从O 运动至O所用的时间为 即自t 4 10 3s开始 粒子垂直射入交变电场 在t 4 10 3 8 10 3s内 粒子做类平抛运动 在y轴方向上 粒子做匀速运动 y v0 t 50 4 10 3m 0 2m 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 故粒子在t 8 10 3s末的位置坐标为 0 032m 0 2m 答案 0 032m 0 2m 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 3 离开交变电场时的速度大小和方向 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 故粒子离开交变电场时的水平速度为0因此 粒子离开交变电场时的速度v v0 50m s 方向竖直向上 答案50m s 方向竖直向上 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12