四川省2019高考物理复习全辑 第1讲 电场讲与练（选修3-1含解析）.doc

电场李仕才第1讲电场考试内容及要求知识内容学考要求2015.10考题2016.4考题2016.10考题2017.4考题2017.11考题2018.4考题2018.6考题电荷及其守恒定律b616库仑定律c114133616电场强度c138611电势能和电势b138111电势差b电容器的电容b72带电粒子在电场中的运动b88一、电荷及其守恒定律1电荷及其相互作用(1)自然界中只有两种电荷：正电荷和负电荷(2)电荷间的相互作用：同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引2三种起电方式摩擦起电、接触起电、感应起电3带电实质：物体带电的实质都是电荷的转移4电荷量与元电荷(1)物体带电的多少叫电荷量，在国际单位制中，它的单位是库仑，简称库，用C表示最小的电荷量叫做元电荷，用e表示，e1.601019 C.(2)所有带电体的电荷量或者等于e，或者是e的整数倍5电荷守恒定律电荷既不会创生，也不会消灭，它只能从一个物体转移到另一个物体，或者从物体的一部分转移到另一部分；在转移的过程中，电荷的总量保持不变特别提醒(1)摩擦起电是电子从一个物体转移到另一个物体上；感应起电是电子从物体的一部分转移到另一部分(2)带电体能吸引轻小物体(3)完全相同的金属球接触时，若原来两球带同种电荷，电荷量相加后均分；若原来两球带有异种电荷，则电荷先中和再均分例1M和N是两个原来都不带电的物体，它们互相摩擦后M带1.61010 C正电荷，对此，下列判断中正确的是()A在摩擦前M和N的内部没有任何电荷B摩擦的过程中电子从M转移到NC摩擦的过程中，创造了1.61010 C的正电荷D摩擦的过程中，消灭了1.61010 C的正电荷答案B解析摩擦起电的本质是电子的转移，说明在摩擦前M和N内部都有电荷，故选项A错误；互相摩擦后M带1.61010 C正电荷，实质上是M上有1.61010 C的电子转移到N上，故选项B正确；摩擦过程电荷既不会创生，也不会消灭，故C、D错误例2(2017江山实验中学10月质检)使带电的金属球靠近不带电的验电器，验电器的金属箔片张开，如图所示验电器上感应电荷的分布情况，正确的是()答案B解析把带电金属球移近不带电的验电器，若金属球带正电荷，则将导体上的自由电子吸引上来，这样验电器的上部将带负电荷，箔片带正电荷；若金属球带负电荷，则将导体上的自由电子被排斥到最远端，这样验电器的上部将带正电荷，箔片带负电荷，故选项B正确二、库仑定律1库仑定律(1)内容：真空中两个静止点电荷之间的相互作用力，与它们的电荷量的乘积成正比，与它们的距离的二次方成反比，作用力的方向在它们的连线上(2)公式：Fk，其中比例系数k叫做静电力常量，k9.0109 Nm2/C2.(3)适用条件：真空中的静止点电荷2点电荷点电荷：形状和大小对研究问题的影响可忽略不计的带电体称为点电荷点电荷类似于力学中的质点，也是一种理想化模型例3(2018浙江4月学考6)真空中两个完全相同、带等量同种电荷的金属小球A和B(可视为点电荷)，分别固定在两处，它们之间的静电力为F.用一个不带电的同样金属球C先后与A、B球接触，然后移开球C，此时A、B球间的静电力为()A. B. C. D.答案C解析设A、B两金属小球开始带电荷量为Q，距离为r，则Fk，用一个不带电的金属球C先后与A、B接触，与A接触完后，A、C带电荷量分别为，再与B接触后，B、C带电荷量分别为Q，FkF，因此选C.例4(2018牌头中学期中)如图1所示，A和B均可视为点电荷，A固定在绝缘支架上，B通过绝缘轻质细线连接在天花板上，由于二者之间库仑力的作用，细线与水平方向成30角A、B均带正电，电荷量分别为Q、q，A、B处于同一高度，二者之间的距离为L.已知静电力常量为k，重力加速度为g.则B的质量为()图1A. B.C. D.答案D解析对B受力分析如图所示，FTcos 30kFTsin 30mg联立解得：m，故选D.三、电场强度1定义及定义式：试探电荷q在电场中某个位置所受的力与它的电荷量的比值叫电场强度公式E，单位N/C或V/m.2点电荷场强公式：E，其中Q为场源电荷3方向：与在该点的正电荷所受静电力的方向相同，与负电荷的受力方向相反4电场线(1)电场线的特点曲线上某一点的切线方向表示该点的场强方向；起始于无限远或正电荷，终止于负电荷或无限远；任意两条电场线不相交；电场线的疏密表示电场的强弱(2)几种典型电场的电场线分布(如图2所示)图2例5如图3所示，真空中有四点A、B、C、D在一条直线上，ABBCCD，当只在A点放一电荷量为Q的点电荷时，B点场强为E，若再将等量异号的点电荷Q放在D点，则()图3AB点场强为E，方向水平向右BB点场强为E，方向水平向右CBC线段的中点场强为零DB、C两点的场强不相同答案B解析设ABr，则由题意知，E，当在D点放点电荷Q后，B点场强EBEEE，方向水平向右，选项A错误，B正确；由场强的叠加和对称性可知，BC线段的中点场强不为零，B、C两点场强相同，选项C、D错误例6(2018浙江名校新高考联盟第一次联考)各电场中，A、B两点电场强度相同的是()答案C四、电势能和电势1电势能(1)静电力做功特点：在静电场中移动电荷时，静电力做的功与电荷的起始位置和终止位置有关，与电荷经过的路径无关(2)电势能：定义：电荷在电场中具有的势能，电势能用Ep表示电势能的相对性：通常取无穷远处或大地表面为电势能的零点(3)静电力做功与电势能的关系：静电力做的功等于电势能的减少量，表达式为：WABEpAEpB.2电势(1)定义：电荷在电场中某一点的电势能与它的电荷量的比值，叫做这一点的电势(2)表达式：，Ep表示电荷q的电势能，的单位为伏特，符号为V.(3)电势是标量，其大小与电势零点的选取有关，具有相对性(4)电势高低的判断：沿着电场线方向电势逐渐降低，逆着电场线方向电势逐渐升高3等势面几种常见电场的等势面：(如图4所示)图4例7(2018浙江名校联盟第三次联考)电性未知的试探电荷q在电场强度为E的匀强电场中沿2条不同路径从A点移动到B点，一条是直线，另一条从A点先到M点再到B点，如图5所示，下列有关说法正确的是()图5A从图中可以看出，电场中A点的电势高于B点，A点的电场强度也大于B点B试探电荷q沿上述两种路径移动的过程中，电势能一定都变小C试探电荷q沿上述两种路径移动的过程中，电场力做功一定相等D如果试探电荷从A沿直线到B的过程中电场力对它做负功，则该试探电荷带正电答案C解析此电场为匀强电场，A错误；因为不知道电荷q的电性，无法确定电势能的变化情况，B错误；电场力做功与路径无关，C正确；若试探电荷从A至B电场力对它做负功，则电场力的方向向左，试探电荷带负电，D错误例8(2016浙江10月学考8)如图6所示为某一电场的电场线，M、N、P为电场线上的三个点，M、N是同一电场线上的两点，下列判断正确的是()图6AM、N、P三点中N点的场强最大BM、N、P三点中N点的电势最高C负电荷在M点的电势能大于在N点的电势能D正电荷从M点自由释放，电荷将沿电场线运动到N点答案A解析电场线的疏密反映了电场的强弱，所以N点场强最大，选项A正确；顺着电场线的方向，电势降低，M点的电势最高，选项B错误；根据Epq，MPN可知，负电荷在M点电势能小于在N点的电势能，选项C错误；正电荷在M点自由释放，电荷在电场力的作用下运动，但是运动轨迹并不沿电场线，选项D错误五、电势差1电势差(1)定义：电荷q在电场中从A移动到B时，静电力所做的功WAB跟它的电荷量q的比值，叫做A、B间的电势差，也叫电压(2)定义式：UAB.(3)单位：伏(V)2电势差与电势的关系UABAB，UABUBA例9在电场中A、B两点间的电势差UAB75 V，B、C两点间的电势差UBC200 V，则A、B、C三点的电势高低关系为()AABC BACAB DCBA答案C解析UAB75 V，AB75 V，AB75 V，UBC200 V，BC200 V，CB200 V，则CAB，故C正确六、电容器的电容1电容器(1)定义：任何两个彼此绝缘又相距很近的导体，都可以看作一个电容器，电容器是储存电荷和电场能的装置(2)充电和放电：让不带电的电容器两极板分别带上等量异种电荷的过程叫充电；让两极板上的电荷中和，电容器又不带电的过程叫放电2电容(1)定义：电容器所带的电荷量Q与电容器两极板间的电势差U的比值(2)定义式：C.C是比值法定义的物理量，与Q、U无关(3)物理意义：表示电容器容纳电荷本领大小的物理量(4)单位：基本单位是F(法)，此外还有F(微法)、pF(皮法)，1 F106 F1012 pF.3平行板电容器的电容的决定式：C，从此式看出，平行板电容器电容大小与极板的正对面积成正比，与两板间距离成反比，还与电介质的介电常数有关例10(2016浙江4月学考7)关于电容器，下列说法正确的是()A在充电过程中电流恒定B在放电过程中电容减小C能储存电荷，但不能储存电能D两个彼此绝缘又靠近的导体可视为电容器答案D解析电容器充、放电过程中电流都是变化的，A错误；电容大小是电容器本身的属性，由自身决定，与放电、充电无关，B错误；电容器储存电荷的过程即储存电能的过程，C错误；两个彼此绝缘又靠近的导体可视为电容器，D正确例11(2018宁波市期末“十校联考”)要使平行板电容器的电容增加，可采用的方法是()A增大两极板正对面积B增大两极板间距C增大两板之间的电压D使极板带电荷量增加答案A解析由C知，S增大，C增大，A正确；d增大，C减小，B错误；C大小与U、Q无关，C、D错误七、带电粒子在电场中的运动1基本粒子的受力特点：对于质量很小的基本粒子，如电子、质子等，虽然它们也会受到万有引力(重力)的作用，但万有引力(重力)一般远小于静电力，可以忽略2带电粒子的加速：初速度为零的带电粒子，经电场加速后，qUmv2，则v .3.带电粒子在电场中的偏转(垂直于电场射入)(限于匀强电场、粒子重力不计)(1)运动状态分析：如图7所示，粒子受恒定的静电力，在电场中做匀变速曲线运动(类平拋运动)图7(2)处理方法：运动的分解沿初速度v0方向做匀速运动，lv0t沿电场力方向做匀加速运动：a，vyat，tan ，yat2()2例12(2017浙江4月学考8)如图8所示，在竖直放置间距为d的平行板电容器中，存在电场强度为E的匀强电场有一质量为m、电荷量为q的点电荷从两极板正中间处静止释放重力加速度为g.则点电荷运动到负极板的过程()图8A加速度大小为agB所需的时间为t C下降的高度为yD电场力所做的功为WEqd答案B解析点电荷受到重力、电场力的作用，所以a，选项A错误；水平方向点电荷的运动时间为t，则t2，化简得t ，选项B正确；下降高度ygt2，选项C错误；电场力做功W，选项D错误例13垂直电场方向射入的粒子流，分离成如图9所示的三束，关于三束粒子流带电情况的判断，下列说法正确的是()图9Aa带正电，b带负电，c不带电Ba带负电，b带正电，c不带电Ca带正电，c带负电，b不带电Da带负电，c带正电，b不带电答案B解析垂直电场方向射入的粒子流，带正电的粒子受到的电场力与电场强度方向相同，向电场强度方向偏转，带负电的粒子受到的电场力与电场强度方向相反，向电场强度的反方向偏转，不带电的粒子不受电场力，沿直线前进而不偏转可以判断a带负电，b带正电，c不带电，B正确1(2018温州市适应性考试)如图10所示，取一对用绝缘柱支持的导体A和B，使它们彼此接触起初它们不带电，贴在下部的金属箔是闭合的现在把带正电荷的物体C移近导体A，下列说法正确的是()图10AA的左端感应出正电荷，B的右端感应出负电荷BA上的金属箔张开，B上的金属箔保持闭合C把A和B分开，然后移去C，A、B上的金属箔仍保持张开D先移去C，再把A和B分开，A、B上的金属箔仍保持张开答案C解析带正电的物体C移近导体A，由于静电感应，A的左端感应出负电荷，B的右端感应出正电荷，两金属箔都张开，故选项A、B错误；先分开A、B，再移去C，因为感应出的电荷不会消失，所以导体A带负电，导体B带正电，金属箔仍保持张开，故C选项正确；先移走C，导体A、B中的电荷发生中和，分开A、B后，A、B均不带电，A、B上的金属箔都闭合，故选项D错误2(2018浙江6月学考16)如图11所示，真空中两个完全相同的绝缘带电金属小球A、B(均可看做点电荷)，分别带有Q和Q的电荷量，两球间静电力为F.现用一个不带电的同样的金属小球C先与A接触，再与B接触，然后移开C，接着再使A、B间距离增大为原来的2倍，则它们间的静电力大小为()图11A.F B.FC.F D.F答案C解析用不带电的C与A接触，则A、C带电荷量均为Q，当C再与B接触，则B带电荷量为QBQ，根据库仑定律得，Fk，FF，选项C正确3(2018浙江6月学考11)如图12所示是点电荷Q的电场线分布，A、B是某一电场线上的两点，则()图12AQ带负电荷BA点电势比B点电势高CA、B两点电场强度相等D正电荷在A点电势能大于在B点电势能答案A解析根据点电荷的电场线特点可知，Q为负电荷，选项A对根据电场线的性质，B处电势高，A点电场强度大，正电荷在B处的电势能大，所以选项B、C、D错4(2018绍兴市新昌中学模拟)如图13所示为静电除尘原理图，废气先经过一个机械过滤装置再进入静电除尘区图中虚线是某一带负电的尘埃(不计重力)仅在电场力作用下向集尘极迁移并沉积的轨迹，A、B两点是轨迹与电场线的交点不考虑尘埃在迁移过程中的相互作用和电荷量变化，则以下说法正确的()图13AA点电势高于B点电势B尘埃在A点的加速度大于在B点的加速度C尘埃在迁移过程中做匀变速运动D尘埃在迁移过程中电势能一直在增大答案B5(2018浙江6月学考2)下列电学元器件属于电容器的是()答案A6.如图14所示，M和N是匀强电场中的两个等势面，相距为d，电势差为U，一质量为m(不计重力)、电荷量为q的粒子，以速度v0通过等势面M射入两等势面之间，则该粒子穿过等势面N的速度应是()图14A. Bv0 C. D. 答案C解析由动能定理得：qUMNqUmv2mv，解得v，故C正确7.如图15所示，一带正电粒子以初速度v0垂直射入匀强电场中，该粒子将()图15A向左偏转B向右偏转C向纸外偏转D向纸内偏转答案A解析带正电粒子射入匀强电场中受到向左的静电力，做曲线运动，轨迹向受力方向弯曲，故A正确一、选择题1(2018浙江名校新高考联盟第二次考试)下列各物理量中，其值与放入的试探电荷电荷量大小有关的是()A电场强度E B电势C电势差U D电场力做的功W答案D2(2018宁波市学考模拟)2017年春节开学摸底考试时，王强同学不小心将一滴墨水滴在了试卷上，导致小数点后的一位数字看不清了，如图1所示片刻紧张之后，该同学很快判断出被掩盖的数字，并且正确解答了本题，则被掩盖的数字是()图1A2 B4 C6 D8答案C解析被掩盖的数字最小是0，最大是9，由于任何带电体所带电荷量都是元电荷电荷量的整数倍，即1.61019 C的整数倍，选项C正确3(2017余杭、萧山、新登、昌化四校期中)使两个完全相同的金属小球(均可视为点电荷)分别带上3Q和5Q的电荷后，将它们固定在相距为a的两点，它们之间库仑力的大小为F1，现用绝缘工具使两小球相互接触后，再将它们固定在相距为2a的两点，它们之间库仑力的大小为F2，则F1F2()A21 B41 C161 D601答案D解析两球接触前，由库仑定律得F1k，两球接触后，由于两小球完全相同，故接触后带电荷量相同，即qQ，由库仑定律得F2k，则60，选项D正确，A、B、C错误4(2017绍兴市9月诊断考试)利用如图2所示的装置研究点电荷之间的相互作用力，当A带电荷量为Q，质量为M，B带电荷量为q，质量为m时，B静止后，绳子偏离竖直方向的角度为，两电荷连线水平且相距为L，则()图2Atan B若将B质量增大，绳子偏离竖直方向的角度增大C若将A质量增大，绳子偏离竖直方向的角度增大D若将A向左移动，绳子偏离竖直方向的角度增大答案A5(2017浙江11月学考6)电场线的形状可以用实验来模拟，把头发屑悬浮在蓖麻油里，加上电场，头发屑就按照电场的方向排列起来，如图3所示关于此实验，下列说法正确的是()图3Aa图是模拟两等量同种电荷的电场线Bb图一定是模拟两等量正电荷的电场线Ca图中的A、B应接高压起电装置的两极Db图中的A、B应接高压起电装置的两极答案C解析由题图可知，a图是模拟两等量异种电荷的电场线，b图是模拟两等量同种电荷的电场线，但无法辨别两电荷是正电荷还是负电荷，故选C.6(2018慈溪市期中)点电荷A和B，分别带正电和负电，电荷量分别为4Q和Q，如图4所示，在AB连线上电场强度为零的点在()图4AA和B之间 BA右侧CB左侧 DA的右侧及B的左侧答案C解析因为A带正电，B带负电，所以只有A右侧和B左侧电场强度方向相反，因为QAQB，所以只有B左侧，才有可能EA与EB等大反向，使EA和EB矢量和为零，故选项C正确7(2018浙江名校协作体质检)下列四幅图中(如图5)，有关电场说法正确的是()图5A图甲为等量同种电荷形成的电场线B图乙离点电荷距离相等的a、b两点场强相同C图丙中在c点由静止释放一正电荷，仅在电场力作用下可以沿着电场线运动到d点D图丁中把某一电荷从e点平行于金属板方向移动到f点，电场力不做功答案D8(2017台州市9月质量测评)如图6甲所示，一条电场线与Ox轴重合，取O点电势为零，Ox方向上各点的电势随x变化的情况如图乙所示若在O点由静止释放一电子，且电子仅受电场力的作用，则()图6A电场的方向沿Ox正方向B电子沿Ox正方向运动C电场强度沿Ox方向增大D电子的电势能将增大答案B9(2018温州市六校联考)如图7所示是等量异种点电荷形成的电场线，A、B处于同一电场线上，且对称于两点电荷连线的垂直平分线，以下说法正确的是()图7AA、B两点场强相同BA点的电势比B点的电势低C若把一质子从A点移到B点，则质子的电势能减小D若将一负点电荷从A点无初速度释放，则一定会沿一条电场线运动到B点答案C10(2018浙江4月学考11)一带电粒子仅在电场力作用下从A点开始以v0做直线运动，其vt图象如图8所示粒子在t0时刻运动到B点，3t0时刻运动到C点，下列判断正确的是()图8AA、B、C三点的电势关系为BACBA、B、C三点的场强大小关系为ECEBEAC粒子从A点经B点运动到C点，电势能先增加后减少D粒子从A点经B点运动到C点，电场力先做正功后做负功答案C解析由题图知带电粒子在0t0时间内做减速运动，电场力做负功，电势能增大；在t03t0时间内带电粒子反方向加速运动，电场力做正功，电势能减小，所以C正确，D错误；因为不知道带电粒子电性，故无法判断电势的高低，所以A错误；图象中斜率表示带电粒子的加速度，Eqma，可知A、B、C三点中B点电场强度最大，B错误11(2018浙江名校联盟第三次联考)下列关于电容器的相关知识描述正确的是()图9A图9甲为电容器充电示意图，充完电后电容器上极板带正电，两极板间的电压U等于电源的电动势EB图乙为电容器放电示意图，若电容器上极板带电荷量为Q，则放电过程中通过安培表的电流方向从右向左，流过的总电荷量为2QC图丙为电解电容器的实物图和符号，图丁为可变电容器及其符号，两种电容器使用时都严格区分正负极D图戊中的电容器上有“5.5 V1.0 F”字样，说明该电容器只有两端加上5.5 V的电压时电容才为1.0 F答案A12.(2015浙江10月学考11)如图10所示，一质量为m、电荷量为Q的小球A系在长为l的绝缘轻绳下端，另一电荷量也为Q的小球B位于悬挂点的正下方(A、B均视为点电荷)，轻绳与竖直方向成30角，小球A、B静止于同一高度已知重力加速度为g，静电力常量为k，则两球间的静电力为()图10A. B.Cmg D.mg答案A解析两球间的静电力Fk，而rlsin 30，故F，A正确，B错误；对A受力分析，如图所示，故静电力Fmgtan 30mg，C、D错误13(2016浙江4月学考8)密立根油滴实验原理如图11所示，两块水平放置的金属板分别与电源的正负极相接，板间电压为U、间距为d，形成竖直向下场强为E的匀强电场用喷雾器从上板中间的小孔喷入大小、质量和电荷量各不相同的油滴通过显微镜可找到悬浮不动的油滴，若此悬浮油滴的质量为m，则下列说法正确的是()图11A悬浮油滴带正电B悬浮油滴的电荷量为C增大场强，悬浮油滴将向上运动D油滴的电荷量不一定是电子电荷量的整数倍答案C解析悬浮不动的油滴受力平衡，电场力向上，故带负电，电荷量一定是元电荷的整数倍，而电子的电荷量大小等于元电荷，故A、D错误；由mgqE得，q，B错误；增大场强，则电场力增大，油滴将向上运动，C正确14.(2018金丽衢十二校第二次联考)竖直放置的两块足够长的平行金属板间有匀强电场其极板带电荷量分别为Q、Q，在两极板之间，用轻质绝缘丝线悬挂质量为m，电荷量为q的带电小球(可看成点电荷)，丝线与竖直方向成角时小球恰好平衡，此时小球离右板距离为b，离左板的距离为2b，如图12所示，则()图12A小球带正电，极板之间的电场强度大小为B小球受到的电场力为C若将小球移到悬点下方竖直位置，小球的电势能减小D若将细绳剪断，小球向右做平抛运动答案A二、非选择题15(2017浙江11月学考19)如图13所示，AMB是一条长L10 m的绝缘水平轨道，固定在离水平地面高h1.25 m处，A、B为端点，M为中点，轨道MB处在方向竖直向上、大小E5103 N/C的匀强电场中一质量m0.1 kg、电荷量q1.3104 C的可视为质点的滑块以初速度v06 m/s在轨道上自A点开始向右运动，经M点进入电场，从B点离开电场已知滑块与轨道间的动摩擦因数0.2，g10 m/s2.求滑块：图13(1)到达M点时的速度大小；(2)从M点运动到B点所用的时间；(3)落地点距B点的水平距离答案(1)4 m/s(2) s(3)1.5 m解析(1)在AM段对滑块受力分析如图甲所示ag2 m/s2根据运动学公式vM2v022ax，可得vM4 m/s(2)进入电场之后，Eq0.65 N，对滑块受力分析如图乙所示，a0.7 m/s2根据运动学公式vB2vM22ax，解得vB3 m/s根据匀变速直线运动推论xMBt，解得t s(3)从B点飞出后，滑块做平抛运动，因此hgt2，解得t0.5 s落地点距B点的水平距离xvBt1.5 m.