湖南省高三物理 电场及带电体在电场中的运动课件.ppt

第7课时电场及带电体在电场中的运动 1 常考知识内容 电场强度 磁感应强度 电场的基本性质 磁场的基本性质 带电粒子在电磁场中的运动 2 常考物理方法 矢量合成法则 定则 微元法 等效法 对称法 极限法 运动的合成与分解法 3 真题样板 1 2013 全国新课标 15 如图 一半径为r的圆盘上均匀分布着电荷量为q的电荷 在垂直于圆盘且过圆心c的轴线上有a b d三个点 a和b b和c c和d间的距离均为r 在a点处有一电荷量为q q 0 的固定点电荷 已知b点处的场强为零 则d点处场强的大小为 k为静电力常量 解析 带电粒子在磁场中做匀速圆周运动 利用几何关系和洛伦兹力公式即可求解 3 2013 安徽卷 15 图中a b c d为四根与纸面垂直的长直导线 其横截面位于正方形的四个顶点上 导线中通有大小相同的电流 方向如图所示 一带正电的粒子从正方形中心o点沿垂直于纸面的方向向外运动 它所受洛伦兹力的方向是 a 向上b 向下c 向左d 向右 解析 综合应用磁场的叠加原理 左手定则和安培定则解题 由安培定则分别判断出四根通电导线在o点产生的磁感应强度的方向 再由磁场的叠加原理得出o点的合磁场方向向左 最后由左手定则可判断带电粒子所受的洛伦兹力方向向下 故选项b正确 答案 b 2013 安徽卷 20 如图所示 xoy平面是无穷大导体的表面 该导体充满z 0的空间 z 0的空间为真空 将电荷量为q的点电荷置于z轴上z h处 则在xoy平面上会产生感应电荷 空间任意一点处的电场皆是由点电荷q和导体表面上的感应电荷共同激发的 对电场强度的理解及计算 1 ab和cd为圆上两条相互垂直的直径 圆心为o 将电荷量分别为 q和 q的两点电荷放在圆周上 其位置关于ab对称且距离等于圆的半径 如图所示 要使圆心处的电场强度为零 可在圆周上再放一个适当的点电荷q 则该点电荷q a 应放在a点 q 2qb 应放在b点 q 2qc 应放在c点 q qd 应放在d点 q q 解析 由平行四边形定则得出 q和 q在o点产生的合场强水平向右 大小等于其中一个点电荷在o点产生的场强的大小 要使圆心处的电场强度为零 则应在c点放一个电荷量q q的点电荷 或在d点放一个电荷量q q的点电荷 故c选项正确 答案 c 电场的性质 a b d两点处的电势相同b 四个点中c点处的电势最低c b d两点处的电场强度相同d 将一试探电荷 q沿圆周由a点移至c点 q的电势能减小解析 根据等量异种点电荷电场线及等势线的分布可知b d两点电势相同 电场强度大小相等 方向不同 选项a对 c错 c点电势为0 由a经b到c 电势越来越低 正电荷由a经b到c电势能越来越小 选项b d对 答案 abd 电场强度 电势 电势能的比较方法 1 电场强度 根据电场线的疏密程度判断 电场线越密处电场强度越强 根据等差等势面的疏密程度判断 等差等势面越密处电场强度越强 根据a eq m a越大处电场强度越强 2 电势 沿电场线方向电势降低 电场线由电势高的等势面指向电势低的等势面 且电场线垂直于等势面 判断uab的正负 根据uab a b 比较 a和 b的大小 3 电势能电场力做正功 电荷 无论正电荷还是负电荷 从电势能较大处移向电势能较小处 反之 如果电荷克服电场力做功 那么电荷将从电荷能较小处移向电势能较大处 2 水平线上的o点放置一点电荷 图中画出电荷周围对称分布的几条电场线 如图所示 以水平线上的某点o 为圆心 画一个圆 与电场线分别相交于a b c d e 则下列说法正确的是 a b e两点的电场强度相同b a点电势低于c点电势c b c两点间电势差等于e d两点间电势差d 电子沿圆周由d到b 电场力做正功 解析 b e两点的电场强度大小相同 方向不同 选项a错误 o点为正电荷 所以离正电荷远处电势低 选项b正确 d c两点电势相同 b e两点电势相同 故b c两点间电势差等于e d两点间电势差 选项c正确 电子从d到b电场力做负功 选项d错误 答案 bc 2013 广东卷 15 喷墨打印机的简化模型如图所示 重力可忽略的墨汁微滴 经带电室带负电后 以速度v垂直匀强电场飞入极板间 最终打在纸上 则微滴在极板间电场中 a 向负极板偏转b 电势能逐渐增大c 运动轨迹是抛物线d 运动轨迹与带电荷量无关 带电粒子在电场中的运动 解析 带电微滴垂直进入电场后 在电场中做类平抛运动 根据平抛运动的分解 水平方向做匀速直线运动和竖直方向做匀加速直线运动 求解带电粒子在电场中运动问题的基本思路 1 首先分析粒子的运动规律 区分是在电场中的直线运动还是偏转运动问题 2 对于直线运动问题 可根据对粒子的受力分析与运动分析 从以下两种途径进行处理 如果是带电粒子受恒定电场力作用下的直线运动问题 应用牛顿第二定律找出加速度 结合运动学公式确定带电粒子的速度 位移等 如果是非匀强电场中的直线运动 一般利用动能定理研究全过程中能的转化 研究带电粒子的速度变化 运动的位移等 3 某同学设计了一种静电除尘装置 如图甲所示 其中有一长为l 宽为b 高为d的矩形通道 其前 后面板为绝缘材料 上 下面板为金属材料 图乙是装置的截面图 上 下两板与电压恒定为u的高压直流电源相连 带负电的尘埃被吸入矩形通道的水平速度为v0 当碰到下板后其所带电荷被中和 同时被收集 将被收集尘埃的数量与进入矩形通道尘埃的数量的比值 称为除尘率 不计尘埃的重力及尘埃之间的相互作用 要增大除尘率 则下列措施可行的是 a 只增大电压ub 只增大长度lc 只增大高度dd 只增大尘埃被吸入的水平速度v0 2013 广东卷 21 如图 两个初速度大小相同的同种离子a和b 从o点沿垂直磁场方向进入匀强磁场 最后打到屏p上 不计重力 下列说法正确的有 a a b均带正电b a在磁场中飞行的时间比b的短c a在磁场中飞行的路程比b的短d a在p上的落点与o点的距离比b的近 带电粒子在匀强磁场中的运动 1 求解带电粒子在磁场中做圆周运动问题的一般思路 1 找圆心画轨迹 2 寻半径列算式 3 理关系定时间 4 由对称找规律 2 处理带电粒子在匀强磁场中运动问题时常用的几何关系 1 四点 分别为入射点 出射点 圆心 入射速度与出射速度的交点 2 三个角 速度偏转角 圆心角 弦切角 其中偏转角等于圆心角 也等于弦切角的两倍 4 如图所示 有一个正方形的匀强磁场区域abcd e是ad的中点 f是cd的中点 一带负电荷的粒子 重力不计 在a点沿对角线方向以速度v射入磁场并恰好从e点射出 则 a 如果粒子的速度增大为原来的二倍 将从d点射出b 如果粒子的速度和质量都增大为原来的二倍 粒子依然从e点射出c 如果粒子的速度不变 磁场的磁感应强度大小变为原来的二倍 粒子将从d点射出d 只改变粒子的速度使其分别从e d f点射出时 粒子从e点射出所用的时间最短 如图所示 在足够大的光滑绝缘水平面内有一带正电的点电荷a 图中未画出 与a带同种电荷的质点b仅在a的库仑力作用下 以初速度v0 沿mp方向 由m点运动到n点 到n点时速度大小为v 且v v0 则 a a电荷一定在虚线mp下方b b电荷在m点 n点的加速度大小可能相等c b电荷在m点的电势能小于在n点的电势能d b电荷从m点到n点的过程中 a电荷对其做的总功为负值 解析 由与a带同种电荷的质点b仅在a的库仑力作用下运动轨迹可知 a电荷一定在虚线mp的下方 选项a正确 根据v v0可知 n点距离点电荷a比m点近 b电荷在m点的加速度大小比在n点的小 选项b错误 由电荷b的电势能和动能之和保持不变可知 b电荷在m点的电势能小于在n点的电势能 选项c正确 b电荷从m点到n点的过程中 动能减小 由动能定理可知 a电荷对其做的总功为负值 选项d正确 答案 acd 2 如图所示 虚线a b c为某电场中的三条等势线 其电势分别为3v 5v 7v 实线为带电粒子在电场中运动时的轨迹 p q为轨迹与等势线a c的交点 带电粒子只受静电力 则下列说法正确的是 a 粒子可能带负电b 粒子在p点的动能大于在q点动能c 粒子在p点电势能小于粒子在q点电势能d 粒子在p点受到静电力大于在q点受到的静电力 解析 假设带电粒子从p运动到q 根据电场线与等势线的关系大致画出过图中p点的电场线 以及带电粒子在p点的速度v和所受静电力f的方向 如图所示 可以判断得出该粒子一定带正电 故选项a错误 由所画的图可知 静电力对带电粒子做负功 粒子的电势能增大 动能减小 故选项b c正确 由题图看出 p点处的电场线较q点处的电场线疏 因此粒子在p点所受的静电力小于在q点所受的静电力 选项d错误 答案 bc a 粒子有可能打到a点b 以 60 飞入的粒子运动时间最短c 以 30 飞入的粒子运动的时间都相等d 在ac边界上只有一半区域有粒子射出 以 0 飞入磁场的粒子 做匀速圆周运动的圆心在a点 粒子从d点射出 如图所示 由几何关系可知 oa da a r 又因为ac 2a 所以只有da段有粒子射出 即在ac边界上只有一半区域有粒子射出 故选项d正确 答案 ad 4 如图所示 带正电的a粒子和b粒子同时从匀强磁场的边界上的p点以等大的速度 分别与边界成30 和60 的夹角射入磁场 又恰好不从另一边界飞出 设边界上方的磁场范围足够大 下列说法中正确的是 1 x轴上有两点电荷q1和q2 q1和q2之间各点对应的电势高低如图中曲线所示 从图中可看出 a q1一定大于q2b q1和q2一定是同种电荷 但不一定是正电荷c 电势最低处p点的电场强度为0d q1和q2之间各点的电场方向都指向p点 考点限时训练 1 x轴上有两点电荷q1和q2 q1和q2之间各点对应的电势高低如图中曲线所示 从图中可看出 a q1一定大于q2b q1和q2一定是同种电荷 但不一定是正电荷c 电势最低处p点的电场强度为0d q1和q2之间各点的电场方向都指向p点 考点限时训练 2 a b两个点电荷在真空中所产生电场的电场线 方向未标出 如图所示 图中c点为两点电荷连线的中点 mn为两点电荷连线的中垂线 d为中垂线上的一点 电场线的分布关于mn左右对称 则下列说法中不正确的是 a 这两个点电荷一定是等量异种电荷b 这两个点电荷一定是等量同种电荷c c d两点的电势相等d c点的电场强度比d点的电场强度大 2 a b两个点电荷在真空中所产生电场的电场线 方向未标出 如图所示 图中c点为两点电荷连线的中点 mn为两点电荷连线的中垂线 d为中垂线上的一点 电场线的分布关于mn左右对称 则下列说法中不正确的是 a 这两个点电荷一定是等量异种电荷b 这两个点电荷一定是等量同种电荷c c d两点的电势相等d c点的电场强度比d点的电场强度大 4 如图所示电路 r1 r2 r3为三个可变电阻 电源的电动势为e 内阻为r 闭合开关s待电路达稳定时 电容器c1 c2所带电量分别为q1和q2 则以下判断正确的是 a 仅将r1增大 q1和q2都将增大b 仅将r2增大 q1和q2都将增大c 仅将r3增大 q1和q2都将增大d 突然断开开关s 到电路稳定时 通过r3的电量为q1 q2 4 如图所示电路 r1 r2 r3为三个可变电阻 电源的电动势为e 内阻为r 闭合开关s待电路达稳定时 电容器c1 c2所带电量分别为q1和q2 则以下判断正确的是 a 仅将r1增大 q1和q2都将增大b 仅将r2增大 q1和q2都将增大c 仅将r3增大 q1和q2都将增大d 突然断开开关s 到电路稳定时 通过r3的电量为q1 q2 5 如图所示匀强电场的区域内 在o点处放置一点电荷 q a b c d e f为以o点为球心的球面上的点 aecf平面与电场平行 bedf平面与电场垂直 则下列说法正确的是 a b d两点的电场强度相同b a点的电势等于f点的电势c 点电荷 q在球面上任意两点之间移动时 电场力一定做功d 将点电荷 q在球面上任意两点之间移动时 从球面上a点移动到c点的电势能变化量一定最大 5 如图所示匀强电场的区域内 在o点处放置一点电荷 q a b c d e f为以o点为球心的球面上的点 aecf平面与电场平行 bedf平面与电场垂直 则下列说法正确的是 a b d两点的电场强度相同b a点的电势等于f点的电势c 点电荷 q在球面上任意两点之间移动时 电场力一定做功d 将点电荷 q在球面上任意两点之间移动时 从球面上a点移动到c点的电势能变化量一定最大 6 示波器是一种多功能电学仪器 可以在荧光屏上显示出被检测的电压波形 它的工作原理等效成下列情况 如图甲所示 真空室中电极k发出电子 初速不计 经