高考物理二轮复习 第一部分 （专题突破+破译命题密码）专题六 电场及带电粒子在电场中的运动课件.ppt

1 2012 上海高考 a b c三点在同一直线上 ab bc 1 2 b点位于a c之间 在b处固定一电荷量为q的点电荷 当在a处放一电荷量为 q的点电荷时 它所受到的电场力为f 移去a处电荷 在c处放一电荷量为 2q的点电荷 其所受电场力为 a f 2b f 2c fd f b 2 2012 江苏高考 一充电后的平行板电容器保持两极板的正对面积 间距和电荷量不变 在两极板间插入一电介质 其电容c和两极板间的电势差u的变化情况是 a c和u均增大b c增大 u减小c c减小 u增大d c和u均减小 b 3 2012 山东高考 图6 1中虚线为一组间距相等的同心圆 圆心处固定一带正电的点电荷 一带电粒子以一定初速度射入电场 实线为粒子仅在电场力作用下的运动轨迹 a b c三点是实线与虚线的交点 则该粒子 a 带负电b 在c点受力最大c 在b点的电势能大于在c点的电势能d 由a点到b点的动能变化大于由b点到c点的动能变化 图6 1 cd 4 2012 海南高考 n n 1 个电荷量均为q q 0 的小球 均匀分布在半径为r的圆周上 示意如图6 2所示 若移去位于圆周上p点的一个小球 则圆心o点处的电场强度大小为 方向 已知静电力常量为k 图6 2 由以上高考试题可以看出 本专题的高频考点主要集中在库仑定律 平行板电容器 电场强度的计算 带电粒子在电场中的运动等几个方面 难度适中 本专题知识还常与牛顿运动定律 功能关系 磁场等相结合 考查学生的综合分析能力 复习本专题时要侧重对基本概念和规律的理解 提高分析和解决综合问题的能力 1 必须精通的几种方法 1 库仑力作用下点电荷的平衡问题的分析方法 2 电场强度 电势 电势能高低的判断方法 3 电场的叠加问题的分析方法 4 平行板电容器的动态变化问题的分析方法 5 带电粒子在电场中运动的分析方法2 必须明确的易错易混点 1 任何带电体间都存在库仑力 但库仑定律只适用于点电荷间 2 电场强度 电势 电势能的大小之间没有必然的关系 电场强度大的地方电势不一定高 电势高的地方 电荷的电势能不一定大 3 电容器的电容与q和u无关 例1 如图6 3所示 在两等量异种点电荷的电场中 mn为两电荷连线的中垂线 a b c三点所在直线平行于两电荷的连线 且a与c关于mn对称 b点位于mn上 d点位于两电荷的连线上 以下判断正确的是 a b点场强大于d点场强b b点场强小于d点场强c a b两点的电势差等于b c两点间的电势差d 试探电荷 q在a点的电势能小于在c点的电势能 图6 3 解析 等量异种点电荷所形成的电场中每一个位置处的电场强度都是两个电荷形成的电场相叠加的结果 在mn直线上在两电荷中点处的场强最大 在两点电荷连线上 中点场强最小 在电场线分布稠密的地方电场较强 可以判断b正确 a错误 电势差是电势的差值 由题意可知mn是两个电荷连线的中垂线 由左右两侧电场分布的对称性知uab ubc 故c正确 把正电荷从a点移到c点 电场力做正功 电荷的电势能减小 d错误 答案 bc 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 那么电荷将从电势能较小处移向电势能较大处 1 两个固定的等量异号点电荷所产生电场的等势面如图6 4中虚线所示 一带负电的粒子以某一速度从图中a点沿图示方向进入电场在纸面内飞行 最后离开电场 粒子只受静电力作用 则粒子在电场中 a 做直线运动 电势能先变小后变大b 做直线运动 电势能先变大后变小c 做曲线运动 电势能先变小后变大d 做曲线运动 电势能先变大后变小 图6 4 解析 选根据电场线与等势面垂直 一带负电的粒子以某一速度从图中a点沿图示方向进入电场在纸面内飞行 受到向上的电场力作用 粒子在电场中做曲线运动 静电力先做正功后做负功 电势能先变小后变大 选项c正确 c 例2 2012 四川高考 如图6 5所示 abcd为固定在竖直平面内的轨道 ab段光滑水平 bc段为光滑圆弧 对应的圆心角 37 半径r 2 5m cd段平直倾斜且粗糙 各段轨道均平滑连接 倾斜轨道所在区域有场强大小为e 2 105n c 方向垂直于斜轨向下的匀强电场 质量m 5 10 2kg 电荷量q 1 10 6c的小物体 视为质点 被弹簧枪发射 图6 5 后 沿水平轨道向左滑行 在c点以速度v0 3m s冲上斜轨 以小物体通过c点时为计时起点 0 1s以后 场强大小不变 方向反向 已知斜轨与小物体间的动摩擦因数 0 25 设小物体的电荷量保持不变 取g 10m s2 sin37 0 6 cos37 0 8 1 求弹簧枪对小物体所做的功 2 在斜轨上小物体能到达的最高点为p 求cp的长度 设cp的长度为s 有s s1 s2 联立相关方程 代入数据解得s 0 57m 答案 1 0 475j 2 0 57m 处理带电粒子在电场中的运动问题 首先要注意区分不同的物理过程 弄清在不同的过程中粒子的受力情况和运动情况 在解题时主要可以从以下两条线索展开 1 力和运动的关系 根据带电粒子受到的电场力 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 这条线索通常适用于受恒力作用下做匀变速直线运动的情况 2 功和能的关系 根据电场力对带电粒子所做的功引起带电粒子能量的变化 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 经历的位移等 这条线索也适用于非匀强电场 2 反射式速调管是常用的微波器件之一 它利用电子团在电场中的振荡来产生微波 其振荡原理与下述过程类似 如图6 6所示 在虚线mn两侧分别存在着方向相反的两个匀强电场 一带电微粒从a点由静止开始 在电场力作用下沿直线在a b两点间往返运动 已知电场强度的大小分别是e1 2 0 103n c和e2 4 0 103n c 方向如图所示 带电 图6 6 微粒质量m 1 0 10 20kg 带电荷量q 1 0 10 9c a点距虚线mn的距离d1 1 0cm 不计带电微粒的重力 忽略相对论效应 求 1 b点距虚线mn的距离d2 2 带电微粒从a点运动到b点所经历的时间t 答案 1 0 50cm 2 1 5 10 8s 例3 如图6 7所示 水平放置的平行板电容器 原来两板不带电 上极板接地 它的极板长l 0 1m 两板间距离d 0 4cm 有一束由相同微粒组成的带电粒子流以相同的初速度从两板中央平行于极板射入 由于重力作用粒子能落到下极板上 已知粒子质量m 2 0 10 6kg 电荷量q 1 0 10 8c 电容器电容c 1 0 10 6f 若第一个粒子刚好落到下极板中点o处 取g 10m s2 求 图6 7 1 则带电粒子入射初速度的大小 2 两板间电场强度为多大时 带电粒子能刚好落在下极板右边缘b点 3 落到下极板上带电粒子总的个数 答案 1 2 5m s 2 1 5 103v m 3 601个 对于带电粒子在电场中做曲线运动的问题 一般以类平抛运动模型较多 解决此类问题又常以运动的合成与分解方法处理 通过对带电粒子的运动和受力的分析 借助运动的合成与分解 寻找两个方向的分运动 再应用牛顿运动定律或运动学规律求解 同时还要注意 当带电粒子从一个电场区域进入到另一个电场区域时 要注意分析带电粒子的运动变化规律及两区域电场交界处有关联的物理量 因为这些关联量是解决问题的重要突破口 3 如图6 8所示的直角坐标系中 在直线x 2l0到y轴区域内存在着两个大小相等 方向相反的有界匀强电场 其中x轴上方的电场方向沿y轴负方向 x轴下方的电场方向沿y轴正方向 在电场左边界上a 2l0 l0 到c 2l0 0 区域内 连续分布着电荷量为 q 质量为m的粒子 从某时刻起由a点到c点间的粒子 依次连续以相同的速度v0沿x轴正方向射入电场 若从a点射入的粒子 恰好从y轴上的a 0 l0 沿x轴正方向射出电场 其轨迹如图虚线所示 不计粒子的重力及它们间的相互作用 图6 8 1 求匀强电场的电场强度e 2 求在ac间还有哪些位置的粒子 通过电场后也能沿x轴正方向运动 有关电容器问题的分析方法1 问题表述电容器问题主要包括对电容器电容的理解 平行板电容器电容的决定因素 电容器或与其相联系的电路的动态分析等 其中电容器的动态分析问题主要有两类 一是电容器充电后仍然与电池两极相连 另一类是电容器充电后与电池两极断开 2 解决方案 1 充电后与电池两极相连 2 充电后与电池两极断开 例1 一个平行板电容器充电后与电源断开 负极板b接地 p为两极板间一点 如图6 9所示 用e表示电容器两极板间的电场强度 u表示两极板间的电压 表示p点的电势 则下列说法中正确的是 a 若保持b极板不动 将极板a向下移动少许 则u变小 e不变b 若将一玻璃板插入a b两极板之间 则 变大 e变大c 若将a极板向左平行移动少许 则u变小 不变d 若保持a极板不动 将极板b向上移动少许 则u变小 不变 图6 9 答案 a 例2 如图6 10所示为电源 有内阻 三个可变电阻r1 r2 r3 开关s与平行板电容器c组成的电路 当s闭合 电路稳定时 一带电液滴悬浮在两极板间静止不动 现要使液滴向上移动 则下列方法可行的是 a 只增大r1 其他不变b 只增大r2 其他不变c 只减小r3 其他不变d 只增大a b两极板间距离 其他不变 图6 10 解析 由图知uc ur2 所以只增大r2 电容器两端电压增大 两极板间电场强度增大 液滴所受电场力将大于重力 液滴上移 b对 只增大r1时电容器两端电压减小 两极板间电场强度减小 液滴下移 a错 只减小r3对电路没有影响 c错 增大a b两极板间距离时电容器两端电压不变 两极板间电场强度减小 液滴下移 d错 答案 b 对于含电容器的直流电路问题应注意分析电路结构 电路中的电流 电压变化时会引起电容器的充 放电 而充 放电过程非常短暂 可根据正极板电荷变化情况判定电流方向 电容器所带电荷量变化可用 q c u计算 电路稳定时 接入电路中的电