高考物理 321精品系列 专题9 电场.doc

专题9 电场（教师版）【考点定位】电场是历年高考试题中的重点之一查的内容主要集中在两个方面：一是有关对电场本身的认识，即电场、电场强度、电势、电势差、电势能、电场线、等势面；二是电场知识的应用，即带电粒子在匀强电场中的运动、电容器等电场强度、电势差等基本知识的考查一般以选择题、填空题的形式出现；对于电场中导体和电容器的考查，常以小综合题型出现带电粒子在电场中运动一类问题，是高考中考查的重点内容之一其次在力、电综合试题中，多把电场与牛顿运动定律，动能定理，功能关系，运动学知识，电路知识等巧妙地综合起来，考查学生对这些基本知识、基本规律的理解和掌握的情况，应用基本知识分析、解决实际问题的能力。纵观这类题目，所涉及的情景基本相同（无外乎是带电粒子在电场中平衡、加速或偏转），但命题者往往拟定不同的题设条件，多角度提出问题，多层次考查知识和能力历届高考命题形式一是以选择、填空方式考查知识；二是与静电、磁场和电磁感应结合的综合题，值得说明的是，近年来高考在对本章的考查中，似乎更热衷于电路的故障分析.这类题通常都来自生活实际，是学生应具备的基本技能.尤其引人关注的是电路实验有成为必考题的趋势.【考点pk】考点1 、电场的力的性质图a-9-38-3【例1】如图9-38-3所示，一电子沿等量异种电荷的中垂线由 aob匀速飞过，电子重力不计，则电子所受另一个力的大小和方向变化情况是( ) a先变大后变小，方向水平向左b先变大后变小，方向水平向右c先变小后变大，方向水平向左d先变小后变大，方向水平向右【解析】等量异种电荷电场分布如图a-9-38-4(a)所示，由图中电场线的分布可以看出，从a到0电场线由疏到密；从o到b电场线由密到疏，所以从a0b，电场强度应由小变大，再由大变小，而电场强度方向沿电场线切线方向，为水平向右，如图9-38-4 (b)所示，由于电子处于平衡状态，所受合外力必为零，故另一个力应与电子所子受电场力大小相等方向相反电子受电场力与场方向水平向左，电子从aob过程中，电场力由小先变大，再由大变小，故另一个力方向应水平向右，其右，大小应先变大后变小，所以选项b正确考点2、 电场的能性质【例2】有一带电量q=310-6c的点电荷，从电场中的a点移到b点时，克服电场力做功610-4j从 b点移到c点时电场力做功910-4j问：ab、bc、ca间电势差各为多少?如以b点电势为零，则a、c两点的电势各为多少?电荷在a、c两点的电势能各为多少?考点3、静电屏蔽 电容器【例3】 如图a-9-40-5所示，两块水平放置的平行正对的金属板a、b与两电池相连，在距离两板等远的m点有一个带电液滴处于静止状态。若将a板向下平移一小段距离，但仍在m点上方，稳定后，下列说法中正确的是（ ）图a-9-40-5a液滴将加速向下运动bm点电势升高，液滴在m点时电势能将减小cm点的电场强度变小了d在a板移动前后两种情况下，若将液滴从a板移到b板，电场力做功相同考点4 、带电粒子在电场中的运动【例4】图a-9-41-9中，一个质量为m、电量为-q的小物体，可在水平轨道x上运动，o端有一与轨道垂直的固定墙，轨道处的场强为e、方向沿ox轴正向的匀强电场中，小物体以初速度 从点沿ox轨道运动，运动中受到大小不变的摩擦力f的作用，且f1）个电荷量均为q(q0)的小球，均匀分布在半径为r的圆周上，示意如图。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）12.答案：k 沿op指向p点解析：由对称性可知，均匀分布在半径为r的圆周上n个带电小球在圆心o点处的电场强度大小为零。若移去位于圆周上p点的一个小球，剩余带电小球在圆心o点处产生的电场强度与p点小球在圆心o点产生的电场强度大小相等，方向相反。由点电荷电场强度公式可知，p点带电小球在圆心处产生的电场强度为k，方向沿op指向o点。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k，方向沿op指向p点。【考点定位】此题考查电场叠加、点电荷电场强度公式及其相关知识。3. （2012海南）如图，直线上有o、a、b、c四点，ab间的距离与bc间的距离相等。在o点处有固定点电荷，已知b点电势高于c点电势。若一带负电电荷的粒子仅在电场力作用下先从c点运动到b点，再从b点运动到a点，则两过程中电场力做的功相等前一过程中电场力做的功大于后一过程中电场力做的功前一过程中，粒子电势能不断减小后一过程中，粒子动能不断减小（2012福建）15、【原题】：如图，在点电荷q产生的电场中，将两个带正电的试探电荷、分别置于a、b两点，虚线为等势线。取无穷远处为零电势点，若将、移动到无穷远的过程中外力克服电场力做的功相等，则下列说法正确的是aa点电势大于b点电势ba、b两点的电场强度相等c的电荷量小于的电荷量d在a点的电势能小于在b点的电势能（2012江苏）2. 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（2012江苏）1. 真空中,a、b 两点与点电荷q 的距离分别为r 和3r,则a、b 两点的电场强度大小之比为(a) 3 :1 (b) 1 :3(c) 9 :1 (d) 1 :9【答案】：c【解析】由点电荷电场强度公式知，a、b两点电场强度大小之比为9:1，c正确。【考点定位】电场强度（2012天津）5 两个固定的等量异号电荷所产生电场的等势面如图中虚线所示，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，粒子只受到静电力作用，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（2012浙江）19、用金属箔做成一个不带电的圆环，放在干燥的绝缘桌面上。小明同学用绝缘材料做的笔套与头发摩擦后，将笔套自上而下慢慢靠近圆环，当距离约为0.5cm时圆环被吸引到笔套上，如图所示。对上述现象的判断与分析，下列说法正确的是a.摩擦使笔套带电b. 笔套靠近圆环时，圆环上、下部感应出异号电荷c. 圆环被吸引到笔套的过程中，圆环所受静电力的合力大于圆环的重力d. 笔套碰到圆环后，笔套所带的电荷立刻被全部中和【答案】：abc【解析】：摩擦使笔套带电，带电的笔套靠近圆环的时候，圆环反生静电感应，上下部分感应出等量的异号电荷，吸引过程中，圆环加速度向上，静电合力大于圆环重力；绝缘材料做出的笔套，自由电子无法移动，电荷无法立刻被综合，故abc正确【考点定位】静电感应，牛顿定律（2012江苏）15. (16 分)如图所示,待测区域中存在匀强电场和匀强磁场,根据带电粒子射入时的受力情况可推测其电场和磁场. 图中装置由加速器和平移器组成,平移器由两对水平放置、相距为l的相同平行金属板构成,极板长度为l、间距为d,两对极板间偏转电压大小相等、电场方向相反. 质量为m、电荷量为+q 的粒子经加速电压u0 加速后,水平射入偏转电压为u1 的平移器,最终从a 点水平射入待测区域. 不考虑粒子受到的重力.(1)求粒子射出平移器时的速度大小v1;(2)当加速电压变为4u0 时,欲使粒子仍从a 点射入待测区域,求此时的偏转电压u;(3)已知粒子以不同速度水平向右射入待测区域,刚进入时的受力大小均为f. 现取水平向右为x 轴正方向,建立如图所示的直角坐标系oxyz. 保持加速电压为u0 不变,移动装置使粒子沿不同的坐标轴方向射入待测区域,粒子刚射入时的受力大小如下表所示. 请推测该区域中电场强度和磁感应强度的大小及可能的方向.解得则当加速电压为时，【2011高考试题解析】1.（全国）通常一次闪电过程历时约0.20.3s，它由若干个相继发生的闪击构成。每个闪击持续时间仅4080s，电荷转移主要发生在第一个闪击过程中。在某一次闪电前云地之间的电势差约为1.0109v，云地间距离约为l km；第一个闪击过程中云地间转移的电荷量约为6 c，闪击持续时间约为60s。假定闪电前云地间的电场是均匀的。根据以上数据，下列判断正确的是a闪电电流的瞬时值可达到1105ab整个闪电过程的平均功率约为11014wc闪电前云地间的电场强度约为1106 v/md整个闪电过程向外释放的能量约为6106 j2.（广东）如图所示为静电除尘器除尘机理的示意图。尘埃在电场中通过某种机制带电，在电场力作用下向集尘极迁移并沉积，以达到除尘目的。下列表述正确的是：a、到达集尘极的尘埃带正电荷b、电场方向由集尘板指向放电极c、带电尘埃所受电场力的方向与电场方向相同d、同一位置带电荷量越多的尘埃所受电场力越大3（上海）如图，在水平面上的箱子内，带异种电荷的小球a、b用绝缘细线分别系于上、下两边，处于静止状态。地面受到的压力为，球b所受细线的拉力为。剪断连接球b的细线后，在球b上升过程中地面受到的压力(a)小于 (b)等于 (c)等于 (d)大于4（上海）两个等量异种点电荷位于x轴上，相对原点对称分布，正确描述电势随位置变化规律的是图5.（海南）关于静电场，下列说法正确的是电势等于零的物体一定不带电电场强度为零的点，电势一定为零同一电场线上的各点，电势一定相等负电荷沿电场线方向移动时，电势能一定增加答案：d解析：电势为零的点是人为选取的，就像重力势能为零的问题一样，与物体带不带电是无关的，与电场强度的大小也无关，因此a、b选项是错误的；电势沿电场线方向降低，c选项错误；负电荷所受电场力方向与电场线方向相反，若电荷沿电场线方向移动，电场力做负功，电势能增加，d选项正确。6.（海南）三个相同的金属小球1.2.3.分别置于绝缘支架上，各球之间的距离远大于小球的直径。球1的带电量为q，球2的带电量为nq，球3不带电且离球1和球2很远，此时球1、2之间作用力的大小为f。现使球3先与球2接触，再与球1接触，然后将球3移至远处，此时1、2之间作用力的大小仍为f，方向不变。由此可知a.n=3 b.n=4 c.n=5 d. n=68（山东）如图所示，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 b点场强大于d点场强 b点场强小于d点场强a、b两点的电势差等于b、c两点间的电势差试探电荷+q在a点的电势能小于在c点的电势能答案：bc9.（重庆）如题19图所示，电量为+q和-q的点电荷分别位于正方体的顶点，正方体范围内电场强度为零的点有a. 体中心、各面中心和各边中点 b. 体中心和各边中点c. 各面中心和各边中点 d. 体中心和各面中心10（新课标）一带负电荷的质点，在电场力作用下沿曲线abc从a运动到c，已知质点的速率是递减的。关于b点电场强度e的方向，下列图示中可能正确的是（虚线是曲线在b点的切线）（ ）解析：带由负电荷所受电场力方向与速度夹角大于900，指向曲线的凹侧，场强方向与负电荷受力方向相反，d正确。答案：d11（天津）板间距为d的平行板电容器所带电荷量为q时，两极板间的电势差为u1，板间场强为e1。现将电容器所带电荷量变为2q，板间距变为，其他条件不变，这时两极板间电势差为u2，板间场强为e2，下列说法正确的是au2 = u1，e2 = e1bu2 = 2u1，e2 = 4e1cu2 = u1，e2 = 2e1du2 = 2u1，e2 = 2e112（上海）电场线分布如图昕示，电场中a，b两点的电场强度大小分别为已知和，电势分别为和，则(a) ， (b) ，(c) ， (d) ，【答案】c【解析】.a、b两位置相比，a处电场线密度较b处稀疏，所以a处电场强度较b处电场强度小一些，所以；沿着电场线方向电势降低，所以，正确选项为c.【2010高考试题解析】1、（全国卷）16关于静电场，下列结论普遍成立的是 a电场强度大的地方电势高，电场强度小的地方电势低 b电场中任意两点之间的电势差只与这两点的场强有关 c在正电荷或负电荷产生的静电场中，场强方向都指向电势降低最快的方向 d将正点电荷从场强为零的一点移动到场强为零的另一点，电场力做功这零2、（全国卷）17在雷雨云下沿竖直方向的电场强度为104v/m.已知一半径为1mm的雨滴在此电场中不会下落，取重力加速度大小为10m/s2,水的密度为103kg/m3。这雨滴携带的电荷量的最小值约为 a210-9c b. 410-9c c. 610-9c d. 810-9c【答案】b【解析】带电雨滴在电场力和重力作用下保持静止，则mg=qe，得：=410-9c，选项b正确。3、（新课标卷）17静电除尘器是目前普遍采用的一种高效除尘器。某除尘器模型的 收尘板是很长的条形金属板，图中直线为该收尘板的横截面。工作时收尘板带正电，其左侧的电场线分布如图所示；粉尘带负电，在电场力作用下向收尘板运动，最后落在收尘板上。若用粗黑曲线表示原来静止于点的带电粉尘颗粒的运动轨迹，下列4幅图中可能正确的是(忽略重力和空气阻力) 4、（北京卷）18用控制变量法，可以研究影响平行板电容器电容的因素（如图）。设两极板正对面积为s，极板间的距离为d,静电计指针偏角为。实验中，极板所带电荷量不变，若a.保持s不变，增大d,则变大b.保持s不变，增大d,则变小c.保持d不变，减小s,则变小d.保持d不变，减小s,则不变【答案】a5、（北京卷）23利用霍尔效应制作的霍尔元件以及传感器，广泛应用于测量和自动控制等领域。如图1，将一金属或半导体薄片垂直置于磁场b中，在薄片的两个侧面a、b间通以电流i时，另外两侧c、f间产生电势差，这一现象称为霍尔效应。其原因是薄片中的移动电荷受洛伦兹力的作用向一侧偏转和积累，于是c、f间建立起电场eh，同时产生霍尔电势差uh。当电荷所受的电场力与洛伦兹力处处相等时，eh和uh达到稳定值，uh的大小与i和b以及霍尔元件厚度d之间满足关系式uhrh，其中比例系数rh称为霍尔系数，仅与材料性质有关。（1）设半导体薄片的宽度（c、f间距）为l，请写出uh和eh的关系式;若半导体材料是电子导电的，请判断图1中c、f哪端的电势高;（2）已知半导体薄片内单位体积中导电的电子数为n，电子的电荷量为e，请导出霍尔系数rh的表达式。（通过横截面积s的电流inevs，其中v是导电电子定向移动的平均速率）;（3）图2是霍尔测速仪的示意图，将非磁性圆盘固定在转轴上，圆盘的周边等距离地嵌装着m个永磁体，相邻永磁体的极性相反。霍尔元件置于被测圆盘的边缘附近。当圆盘匀速转动时，霍尔元件输出的电压脉冲信号图像如图3所示。 a.若在时间t内，霍尔元件输出的脉冲数目为p，请导出圆盘转速n的表达式。b.利用霍尔测速仪可以测量汽车行驶的里程。除此之外，请你展开“智慧的翅膀”，提出另一个实例或设想。【答案】（1） c端电势高 （2） 提出的实例或设想合理即可【解析】（1） c端电势高（2）由uhrh 得： 7、（上海物理）33如图，一质量不计，可上下移动的活塞将圆筒分为上下两室，两室中分别封有理想气体。筒的侧壁为绝缘体，上底n、下底m及活塞d均为导体并按图连接，活塞面积s2cm2。在电键k断开时，两室中气体压强均为p0240pa，nd间距l11mm，dm间距l23mm。将变阻器的滑片p滑到左端b，闭合电键后，活塞d与下底m分别带有等量导种电荷，并各自产生匀强电场，在电场力作用下活塞d发生移动。稳定后，nd间距l13mm，dm间距l21mm，活塞d所带电量的绝对值qe0se（式中e为d与m所带电荷产生的合场强，常量e08.851012c2/nm2）。求： （1）两室中气体的压强（设活塞移动前后气体温度保持不变）；（2）活塞受到的电场力大小f；（3）m所带电荷产生的场强大小em和电源电压u；（4）使滑片p缓慢地由b向a滑动，活塞如何运动，并说明理由。【答案】（1）80pa 720pa （2）0.128n （3）6106n/m 12v （4）见解析【解析】（1）电键未合上时两室中气体压强为p0，设电键合上后，两室中气体压强分别为p1、p2，由玻意耳定律p0l1sp1l1s，p1p0/380pa，p0l2sp2l2s，p23p0720pa，（2）活塞受到的气体压强差为dpp2p1640pa，活塞在气体压力和电场力作用下处于平衡，电场力fdps0.128n，（3）因为e为d与m所带电荷产生的合场强，是m所带电荷产生的场强大小，所以e=2,所以，所以=,得。电源电压.（4）因减小，减小，向下的力减小，增大，减小，向上的力增大，活塞向上移动。x/my/mop8、（安徽卷）16如图所示，在xoy平面内有一个以o为圆心、半径r=0.1m的圆，p为圆周上的一点，o、p两点连线与轴正方向的夹角为。若空间存在沿轴负方向的匀强电场，场强大小e=100v/m，则o、p两点的电势差可表示为a bc d【答案】a【解析】在匀强电场中，两点间的电势差u=ed，而d是沿场强方向上的距离，所以，故：，选项a正确。10、（安徽卷）23如图1所示，宽度为d的竖直狭长区域内（边界为l1、l2），存在垂直纸面向里的匀强磁场和竖直方向上的周期性变化的电场（如图2所示），电场强度的大小为e0，e0表示电场方向竖直向上。t=0时，一带正电、质量为m的微粒从左边界上的n1点以水平速度v射入该区域，沿直线运动到q点后，做一次完整的圆周运动，再沿直线运动到右边界上的n2点。q为线段n1n2的中点，重力加速度为g。上述d、e0、m、v、g为已知量。（1）求微粒所带电荷量q和磁感应强度b的大小；（2）求电场变化的周期t；（3）改变宽度d，使微粒仍能按上述运动过程通过相应宽度的区域，求t的最小值。【答案】（1） （2） （3）（3）若微粒能完成题述的运动过程，要求 联立得： 设n1q段直线运动的最短时间t1min，由得 因t2不变，t的最小值 11、（安徽卷）24如图，abd为竖直平面内的光滑绝缘轨道，其中ab段是水平的，bd段为半径r=0.2m的半圆，两段轨道相切于b点，整个轨道处在竖直向下的匀强电场中，场强大小e=5.0103v/m。一不带电的绝缘小球甲，以速度0沿水平轨道向右运动，与静止在b点带正电的小球乙发生弹性碰撞。已知甲、乙两球的质量均为m=1.010-2kg，乙所带电荷量q=2.010-5c，g取10m/s2。(水平轨道足够长，甲、乙两球可视为质点，整个运动过程无电荷转移)（1）甲乙两球碰撞后，乙恰能通过轨道的最高点d，求乙在轨道上的首次落点到b点的距离；（2）在满足(1)的条件下。求的甲的速度0；（3）若甲仍以速度0向右运动，增大甲的质量，保持乙的质量不变，求乙在轨道上的首次落点到b点的距离范围。（2）设碰撞后甲、乙的速度分别为v甲、v乙，根据动量守恒和机械能守恒定律有： 联立得：v乙= v0 由动能定理得： 联立得： 60p n o m 13、（海南卷）4如右图， m、n和p是以为直径的半圈弧上的三点，o点为半圆弧的圆心，电荷量相等、符号相反的两个点电荷分别置于m、n两点，这时o点电场强度的大小为e1；若将n点处的点电荷移至p点，则o点的场场强大小变为e2，e1与e2之比为abcde1/2 e1/2 e2【答案】b 【解析】依题意，每个点电荷在o点产生的场强为，则当n点处的点电荷移至p点时，o点场强如图所示，合场强大小为，则，b正确。16、（四川卷）21如图所示，圆弧虚线表示正点电荷电场的等势面，相邻两等势面间的电势差相等。光滑绝缘直杆沿电场方向水平放置并固定不动，杆上套有一带正电的小滑块(可视为质点)，滑块通过绝缘轻弹簧与固定点o相连，并以某一初速度从m点运动到n点，omon。若滑块在m、n时弹簧的弹力大小相等，弹簧始终在弹性限度内，则a、滑块从m到n的过程中，速度可能一直增大b、滑块从位置1到2的过程中，电场力做的功比从位置3到4的小c、在m、n之间的范围内，可能存在滑块速度相同的两个位置d、在m、n之间可能存在只由电场力确定滑块加速度大小的三个位置【答案】ac【解析】在n点如果电场力不小于弹簧弹力的分力，则滑块一直加速，a正确。在n点如果电场力小于弹簧弹力的分力，则滑块先加速后减速，就可能有两个位置的速度相同，c正确。1、2与3、4间的电势差相等，电场力做功相等，b错误。由于m点和n点弹簧的长度不同但弹力相等，说明n点时弹簧是压缩的，在弹簧与水平杆垂直和弹簧恢复原长的两个位置滑块的加速度只由电场力决定，d错误。17、（四川卷）24如图所示，电源电动势内阻，电阻。间距的两平行金属板水平放置，板间分布有垂直于纸面向里、磁感应强度的匀强磁场。闭合开关，板间电场视为匀强电场，将一带正电的小球以初速度沿两板间中线水平射入板间。设滑动变阻器接入电路的阻值为，忽略空气对小球的作用，取。（1）当时，电阻消耗的电功率是多大？（2）若小球进入板间做匀速度圆周运动并与板相碰，碰时速度与初速度的夹角为，则是多少？ 干路电流为 18、（天津卷）5在静电场中，将一正电荷从a移动到b点，电场力做了负功，则ab点的电场强度一定比a点大 b电场线方向一定从b指向acb点的电势一定比a点高 d该电荷的动能一定减小19、（天津卷）12质谱分析技术已广泛应用于各前沿科学领域。汤姆孙发现电子的质谱装置示意如图，m、n为两块水平放置的平行金属极板，板长为l，板右端到屏的距离为d，且d远大于l，为垂直于屏的中心轴线，不计离子重力和离子在板间偏离的距离。以屏中心o为原点建立直角坐标系，其中x轴沿水平方向，y轴沿竖直方向。（1）设一个质量为、电荷量为的正离子以速度沿的方向从点射入，板间不加电场和磁场时，离子打在屏上o点。若在两极板间加一沿方向场强为e的匀强电场，求离子射到屏上时偏离o点的距离；（2）假设你利用该装置探究未知离子，试依照以下实验结果计算未知离子的质量数。上述装置中，保留原电场，再在板间加沿方向的匀强磁场。现有电荷量相同的两种正离子组成的离子流，仍从o点沿方向射入，屏上出现两