高考物理一轮复习 第6章 静电场 能力课时8 电场中的“三大”问题的突破方法课件.ppt

能力课时8电场中的 三大 问题的突破方法 突破一电场中 三类 典型图象问题 近几年 高考中以电场中的图象切入命题的试题逐渐增多 如 e x图象 x图象 或与粒子运动规律有关的图象 如 v t图象 掌握各个图象的特点 理解其斜率 截距 面积 对应的物理意义 就能顺利解决有关问题 此类问题一般以选择题的形式出现 难度中等 类型一电场中粒子运动的v t图象根据v t图象的速度变化 斜率变化 即加速度大小的变化 确定电荷所受电场力的方向与电场力的大小变化情况 进而确定电场强度的方向 电势的高低及电势能的变化 例1 多选 2014 海南单科 9 如图1甲 直线mn表示某电场中一条电场线 a b是线上的两点 将一带负电荷的粒子从a点处由静止释放 粒子从a运动到b过程中的v t图线如图乙所示 设a b两点的电势分别为 a b 场强大小分别为ea eb 粒子在a b两点的电势能分别为wa wb 不计重力 则有 图1a a bb ea ebc ea ebd wa wb 解析由图乙可知 粒子做加速度减小 速度增大的直线运动 故可知从a到b电场强度减小 粒子动能增大 电势能减小 电场力方向由a指向b 电场线方向由b指向a b点电势高于a点电势 故选项b d正确 答案bd 变式训练 1 两个等量同种电荷固定于光滑水平面上 其连线中垂线上有a b c三点 如图2甲所示 一个电荷量为2c 质量为1kg的小物块从c点静止释放 其运动的v t图象如图乙所示 其中b点处为整条图线切线斜率最大的位置 图中标出了该切线 则下列说法正确的是 图2 a b点为中垂线上电场强度最大的点 场强e 2v mb 由c到a的过程中物块的电势能先减小后变大c 由c点到a点的过程中 电势逐渐升高d ab两点电势差uab 5v 答案d 类型二电场中的e x图象1 几种常见的e x图象 1 点电荷的e x图象正点电荷及负点电荷的电场强度e随坐标x变化关系的图象大致如图3和图4所示 图3图4 2 两个等量异种点电荷的e x图象 两电荷连线上的e x图象如图5所示 两电荷连线的中垂线上的e y图象如图6所示 图5图6 3 两个等量同种点电荷的e x图象 两电荷连线上的e x图象如图7所示 两电荷连线的中垂线上的e y图象如图8所示 图7图8 2 e x图象特点 1 反映了电场强度随位移变化的规律 2 e 0表示场强沿x轴正方向 e 0表示场强沿x轴负方向 3 图线与x轴围成的 面积 表示电势差 面积 大小表示电势差大小 两点的电势高低根据电场方向判定 例2 在x轴上关于原点对称的a b两点处固定两个电荷量相等的点电荷 如图9所示的e x图象描绘了x轴上部分区域的电场强度 以x轴正方向为电场强度的正方向 对于该电场中x轴上关于原点对称的c d两点 下列结论正确的是 图9a 两点场强相同 c点电势更高b 两点场强相同 d点电势更高c 两点场强不同 两点电势相等 均比o点电势高d 两点场强不同 两点电势相等 均比o点电势低 解析题图中a点左侧 b点右侧的电场都沿x轴负方向 则a点处为正电荷 b点处为负电荷 又两点电荷的电荷量相等 则c d两点的场强相同 c点电势更高 a正确 b c d错误 答案a 变式训练 2 多选 2014 上海单科 19 静电场在x轴上的场强e随x的变化关系如图10所示 x轴正方向为场强正方向 带正电的点电荷沿x轴运动 则点电荷 图10a 在x2和x4处电势能相等b 由x1运动到x3的过程中电势能增大c 由x1运动到x4的过程中电场力先增大后减小d 由x1运动到x4的过程中电场力先减小后增大 解析由图象可知 将正电荷沿x轴正向移动 从x2移动到x4的过程电场力做功不为零 两点处的电势能不相等 选项a错误 从x1移动到x3的过程电场力沿x轴负方向 电场力做负功 电势能增大 选项b正确 由x1运动到x4的过程中 场强先增大后减小 因此电场力先增大后减小 c项正确 d项错误 答案bc 类型三电场中的 x图象1 几种常见的 x图象 1 点电荷的 x图象 取无限远处电势为零 正点电荷的 x图象如图11所示 负点电荷的 x图象如图12所示 图11图12 2 两个等量异种电荷连线上的 x图象 如图13所示 图13 3 两个等量同种电荷的 x图象 两正电荷连线上的 x图象如图14所示 两正电荷连线的中垂线上的 y图象如图15所示 图14图15 2 x图象特点及应用 1 电场强度的大小等于 x图线的斜率大小 电场强度为零处 x图线存在极值 其切线的斜率为零 2 在 x图象中可以直接判断各点电势的大小 并可根据电势大小关系确定电场强度的方向 3 在 x图象中分析电荷移动时电势能的变化 可用wab quab 进而分析wab的正负 然后作出判断 例3 多选 空间某一静电场的电势 在x轴上分布如图16所示 x轴上两点b c的电场强度在x方向上的分量分别是ebx ecx 下列说法正确的有 图16a ebx的大小大于ecx的大小b ebx的方向沿x轴正方向c 电荷在o点受到的电场力在x轴方向上的分量最大d 负电荷沿x轴从b移到c的过程中 电场力先做正功 后做负功 解析在 x图象中 图线斜率表示场强大小 结合题中图象特点可知ebx ecx eox 0 故a项正确 c错误 根据电场中沿着电场线的方向电势逐渐降低可知ebx沿x轴负方向 b项错误 负电荷在正x轴上受电场力沿x轴负方向 在负x轴上受电场力沿x轴正方向 故可判断负电荷从b移到c的过程中 电场力先做正功后做负功 d项正确 答案ad 变式训练 3 如图17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 电子在仅受电场力的作用下开始运动 则以下说法正确的是 图17 a 电子将沿x负方向运动b 电子的电势能将变大c 电子运动的加速度先增大后减小d 电子运动的加速度一直增大解析顺着x轴正方向电势逐渐升高 故电场线跟x轴反向 则由静止释放的电子所受电场力沿x轴正方向 且沿x轴正方向加速运动 选项a错误 电场力做正功 电子的电势能一直减小 选项b错误 x关系图线的切线斜率反映沿x方向各点的电场强度大小 故电场强度和电子所受电场力先增大后减小 电子运动的加速度先增大后减小 选项c正确 d错误 答案c 突破二带电粒子在交变电场中的运动 1 常见的交变电场常见的产生交变电场的电压波形有方形波 锯齿波 正弦波等 2 常见的试题类型此类题型一般有三种情况 1 粒子做单向直线运动 一般用牛顿运动定律求解 2 粒子做往返运动 一般分段研究 3 粒子做偏转运动 一般根据交变电场特点分段研究 3 解答带电粒子在交变电场中运动的思维方法 1 注重全面分析 分析受力特点和运动规律 抓住粒子的运动具有周期性和在空间上具有对称性的特征 求解粒子运动过程中的速度 位移 做功或确定与物理过程相关的边界条件 2 分析时从两条思路出发 一是力和运动的关系 根据牛顿第二定律及运动学规律分析 二是功能关系 3 注意对称性和周期性变化关系的应用 例4 将如图18所示的交变电压加在平行板电容器a b两板上 开始b板电势比a板电势高 这时有一个原来静止的电子正处在两板的中间 它在电场力作用下开始运动 设a b两极板间的距离足够大 下列说法正确的是 图18 a 电子一直向着a板运动b 电子一直向着b板运动c 电子先向a板运动 然后返回向b板运动 之后在a b两板间做周期性往复运动d 电子先向b板运动 然后返回向a板运动 之后在a b两板间做周期性往复运动 答案d 拓展延伸 在 例4 中将加在电容器a b两极板间的交变电压变成如图19所示 其他条件不变 则例4中四个选项a b c d哪个说法正确 图19 解析由题意可知电子的a t图线和v t图线如图甲 乙所示 电子速度始终是一个方向 开始b板电势高 则电子是一直向b板运动 所以选项b正确 答案b 反思总结利用速度图象分析带电粒子的运动过程时 必须注意 五点 1 带电粒子进入电场的时刻 2 速度图象的切线斜率表示加速度 3 图线与坐标轴围成的面积表示位移 且在横轴上方所围成的面积为正 在横轴下方所围成的面积为负 4 注意对称性和周期性变化关系的应用 5 图线与横轴有交点 表示此时速度改变方向 对运动很复杂 不容易画出速度图象的问题 还应逐段分析求解 变式训练 4 一电荷量为q q 0 质量为m的带电粒子在匀强电场的作用下 在t 0时由静止开始运动 场强随时间变化的规律如图20所示 不计重力 求在t 0到t t的时间间隔内 图20 1 粒子位移的大小和方向 2 粒子沿初始电场反方向运动的时间 突破三应用动力学知识和功能关系解决力 电综合问题 1 方法技巧功能关系在电学中应用的题目 一般过程复杂且涉及多种性质不同的力 因此 通过审题 抓住受力分析和运动过程分析是关键 然后根据不同的运动过程中各力做功的特点来选择相应规律求解 动能定理和能量守恒定律在处理电场中能量问题时仍是首选 2 解题流程 例5 在如图21所示的竖直平面内 物体a和带正电的物体b用跨过定滑轮的绝缘轻绳连接 分别静止于倾角 37 的光滑斜面上的m点和粗糙绝缘水平面上 轻绳与对应平面平行 劲度系数k 5n m的轻弹簧一端固定在o点 一端用另一轻绳穿过固定的光滑小环d与a相连 弹簧处于原长 轻绳恰好拉直 dm垂直于斜面 水平面处于场强e 5 104n c 方向水平向右的匀强电场中 已知a b的质量分别为ma 0 1kg和mb 0 2kg b所带电荷量q 4 10 6c 设两物体均视为质点 不计滑轮质量和摩擦 绳不可伸长 弹簧始终在弹性限度内 b电荷量不变 取g 10m s2 sin37 0 6 cos37 0 8 图21 1 求b所受静摩擦力的大小 2 现对a施加沿斜面向下的拉力f 使a以加速度a 0 6m s2开始做匀加速直线运动 a从m到n的过程中 b的电势能增加了 ep 0 06j 已知dn沿竖直方向 b与水平面间的动摩擦因数 0 4 求a到达n点时拉力f的瞬时功率 将解题过程问题化 大题小做 1 画出a b静止时的受力图 答案 1 2 求b所受静摩擦力的大小 对a 由平衡条件得 ft0 magsin 对b 由平衡条件得 ft0 qe ff0 联立 得 ff0 0 4 n 3 求物体a从m点到n点的过程中 a b两物体的位移x 对b qex ep x 0 3 m 4 物体a到n点时 求拉力f 对b ft mbg qe mba对a f magsin k xsin ft maa 联立以上各式得f 0 88 n 5 求a到达n点时的速度及拉力f的瞬时功率 v2 2ax p fv代入数据得 v 0 6 m s p 0 528 w规范解答 1 f作用之前 a b均处于静止状态 设b所受静摩擦力大小为ff0 a b间绳中张力为ft0 有对a ft0 magsin 对b ft0 qe ff0 联立 式 代入数据解得ff0 0 4n 2 物体a从m点到n点的过程中 a b两物体的位移均为x a b间绳子张力为ft 有qex ep ft mbg qe mba 答案 1 0 4n 2 0 528w 变式训练 5 2016 辽宁抚顺六校联合体期中 一绝缘 形杆由两段相互平行的足够长的水平直杆pq mn和一半径为r的光滑半圆环map组成 固定在竖直平面内 其中mn杆是光滑的 pq杆是粗糙的 现将一质量为m的带正电荷的小环套在mn杆上 小环所受的电场力为重力的 图22 1 若将小环由d点静止释放 则刚好能到达p点 求dm间的距离 2 若将小环由m点右侧5r处静止释放 设小环与pq杆间的动摩擦因数为 小环所受最大静摩擦力与滑动摩擦力大小相等 求小环在整个运动过程中克服摩擦力所做的功 解析 1 小环刚好到达p点时 速度为零 对小环从d点到p点过程 由动能定理得qex 2mgr 0 0 1 两带电荷量分别为q和 q的点电荷放在x轴上 相距为l 能正确反映两电荷连线上场强大小e与x关系的图是 解析越靠近两电荷的地方场强越大 两等量异种点电荷连线的中点处场强最小 但不是零 b d错误 两电荷的电荷量大小相等 场强大小关于中点对称分布 a正确 c错误 答案a 2 多选 如图23甲所示 两个点电荷q1 q2固定在x轴上距离为l的两点 其中q1带正电荷位于原点o a b是它们连线延长线上的两点 其中b点与o点相距3l 现有一带正电的粒子q以一定的初速度沿x轴从a点开始经b点向远处运动 粒子只受电场力作用 设粒子经过a b两点时的速度分别为va vb 其速度随坐标x变化的图象如图乙所示 则以下判断正确的是 图23 a q2带负电且电荷量小于q1b b点的场强一定为零c a点的电势比b点的电势高d 粒子在a点的电势能比b点的电势能小解析由v x图象知 粒子从a点向远处运动先减速再加速 在b处速度最小 则b点左右两侧电场方向相反 b点处电场强度为0 b正确 根据点电荷场强公式和电场的叠加知识得q2带负电且电荷量小于q1 a正确 根据粒子受力方向知b点左侧场强向左 故a点电势较b点低 c错误 粒子从a点到b点动能减小 则电场力做负功 电势能增