2010－2011学年第一学期高中物理期末复习（前三章） 沪科版选修3-1

用心 爱心 专心 20102010 20112011 学年第一学期物理选修学年第一学期物理选修 3 3 1 1 沪科版沪科版 期末复习 一 期末复习 一 一 教学内容一 教学内容 复习选修 3 1 第一章 电荷的相互作用 第二章 电场与示波器 第三章 从电 表电路到集成电路 二 考点点拨二 考点点拨 这三章是电磁学的基本内容 是历年高考的必考内容 三 跨越障碍三 跨越障碍 一 电荷 1 种类 正电荷 负电荷 2 相互作用特点 同种电荷相斥 异种电荷相吸 3 库仑定律 计算真空中点电荷间相互作用力的大小 2 21 r QQ kF 4 元电荷 Ce 19 106 1 5 电荷守恒定律 电荷既不能被创造 也不能被消灭 它们只能从一个物体转移到另一 个物体 或从物体的一部分转移到另一部分 二 电场力的性质 1 电场强度 q F E 矢量 单位 N C 2 真空中点电荷场强公式 2 r Q kE 3 电场力 EqF 4 真空中两点电荷间电场力 2 21 r QQ kF 5 电场线 假想曲线 切线方向都跟这点的电场强度方向一致 疏密反映电场强弱 顺 着电场线电势依次降低 电场线总垂直于等势面 三 电场能的性质 1 电势 q E电 标量 单位 V 2 电势差 q E q W U AB BAAB 电 3 等势面 面上各点电势均相等 4 电场力做的功与路程无关 即 qUW ABAB 5 匀强电场电势差与电场强度的关系 EdU d U E 四 电场的应用 带电粒子在电场中的平衡 直线加速 偏转 五 电容 电容器 用心 爱心 专心 1 电容 U Q C 单位 F 电容器的电容完全由容器自身的构成所决定 平行板电容器与两板间距 板间介质 两板正对面积有关 kd S C 4 2 常见电容器 可变电容器 固定电容器 聚苯乙烯 陶瓷 电解质 电解电容器 典型例题典型例题 例例 1 1 如图所示 半径相同的两个金属小球 A B 带有电荷量大小相等的电荷 相隔一定 的距离 两球之间的相互吸引力大小为 F 今用第三个半径相同的不带电的金属小球 C 先 后与 A B 两个球接触后移开 这时 A B 两个球之间的相互作用力大小是 A 8 F B 4 F C 8 3F D 4 3F 解析 解析 由于 A B 间有吸引力 则 A B 带异种电荷 设电荷量都为Q 则两球之间的 相互吸引力为 2 21 r QQ kF 即 2 2 r Q kF 当 C 球与 A 球接触后 A C 两球的电荷量为 2 1 Q q 当 C 球再与 B 球接触后 B C 两球的电荷量为 42 2 2 Q Q Q q 所以此时 A B 两球之间的相互作用力的大小为 2 42 r QQ kF 2 2 8r Q k 8 F 答案 答案 A 例例 2 2 如图所示 一带正电的粒子在匀强电场中途经 a b 两点 1 用箭头标出电场线的方向 2 由 a 到 b 电场对带电粒子做什么功 其电势能如何变化 动能如何变化 3 比较 a b 两点电势的高低 解析 解析 1 粒子由 a 点射入 轨迹偏离正粒子初速 0 v 的方向运动到 b 因此粒子一定 受到与电场线平行的水平向左的电场力 故电场线方向水平向左 图略 2 粒子由 a 到 b 电场力做负功 故电势能增加 动能减小 用心 爱心 专心 3 由沿电场线方向电势降落可知 b a 例例 3 3 静电透镜是利用静电场使电子束会聚或发散的一种装置 其中某部分静电场的分 布如图所示 虚线表示这个静电场在 xOy 平面内的一簇等势线 等势线形状相对于 Ox 轴 Oy 轴对称 等势线的电势沿 x 轴正向增加 且相邻两等势线的电势差相等 一个电子经过 P 点 其横坐标为 0 x 时 速度与 Ox 轴平行 适当控制实验条件 使该电子通过电场区 域时仅在 Ox 轴上方运动 在通过电场区域过程中 该电子沿 y 方向的分速度 y v 随位置坐 标 x 变化的示意图是 解析 解析 根据电场线与等势面处处垂直 可在原图中画出一条电场线如图所示 电子在 x 轴上方区域运动过程中所受电场力的竖直分量沿 y 轴负方向且逐渐减小至零 再逐渐增 大 刚开始电子竖直方向分速度是零 之后先增加后减小 竖直分速度方向沿 y 轴负方向 电子水平方向分速度因不断被加速 电子在 xOy 的区域 第 象限内 运动时间较短 故在 x 轴正向一侧电子竖直分速度变化较小 两边不对称 答案 答案 D 例例 4 4 如图所示 水平放置的 A B 两平行板相距 h 上板 A 带正电 现有质量为 m 电 荷量为 q 的小球在 B 板下方距离为 H 处 以初速度 0 v 竖直向上从 B 板小孔进入板间电场 欲使小球刚好打到 A 板 A B 间电势差AB U 应为多大 用心 爱心 专心 解析 解析 解法一 小球运动分两个过程 在 B 板下方时仅受重力作用 做竖直上抛运动 进入电场后受向下的电场力和重力作用 做匀减速直线运动 对第一个运动过程 gHvvB2 2 0 2 对第二个运动过程 加速度为m Eqmg a 按题意 h 为减速运动最大位移 故有 a v h B 2 2 整理得 m Eqh ghvB 2 2 2 两式联立解得 q hHgvm EhUAB 2 2 2 0 解法二 将动能定理用于运动全过程 注意在全程中重力做负功 在第二过程中电场 力做负功 则由K EW 得 2 0 2 1 0 mvqUhHmg AB 整理可得 q hHgvm UAB 2 2 2 0 例例 5 5 如图所示 由静止开始经电压 U1加速的带电粒子平行于两正对的平行金属板从两 板中间射入 若两金属板长为 L 板间距离为 d 两板间电压为 U2 试讨论带电粒子能飞 出两板间的条件和飞出两板间时的速度方向 不计带电粒子的重力 解析 解析 设带电粒子的质量为 m 带电量为 q 经电压 U1加速后速度为1 v 由动能定理 有 2 11 2 1 mvqU mqUv 2 11 设带电粒子以速度1 v 平行于两正对的平行金属板从两板正中间射入后 若能飞出电场 在电场中运动时间为t 则 1 v L t 设带电粒子在电场中运动时的加速度为a 则md qU m F a 2 用心 爱心 专心 设带电粒子飞出电场时的侧位移为 y 则 dU LU aty 1 2 2 2 42 1 带电粒子飞出电场时的侧位移的最大值为 d 2 则 dU LUd 1 2 2 42 2 2 1 2 2 L dU U 由上式可知 当两板间电压 2 2 1 2 2 L dU U 时 带电粒子不可能飞出两金属板之间 当 两金属板间电压 2 2 1 2 2 L dU U 时 带电粒子可飞出两金属板之间 在满足 2 2 1 2 2 L dU U 的条件下 设带电粒子飞出两金属板之间时的侧位移为 y 速度大 小为v 方向与原运动方向之间夹角为 由上面的讨论可知 dU LU aty 1 2 2 2 42 1 设带电粒子离开电场时沿电场方向的速度为 y v 则 mU q d LU atvy 1 2 2 所以带电粒子离开电场时的速度方向和原运动方向之间夹角的正切值为 dU LU v vy 1 2 1 2 tan 六 恒定电流 1 电阻的串 并联 阻值关系 电压分配 电流分配 功率分配 2 电阻定律S L R 3 部分电路的欧姆定律R U I I U R IRU 伏安曲线 4 电学实验 1 电阻的测量 伏安法 电流表的内外接法 2 滑动变阻器的两种接法 分压式 限流式 3 万用电表的应用 欧姆表 选择量程 欧姆表调零 4 电表的改装 典型例题典型例题 例例 6 6 如果两个电流表的满偏电流均为 g I 3mA 内阻 100 g R 欲将其改装成量程分 别为 3V 和 15V 的电压表 则 1 分别串联的电阻 R1和 R2为多大 2 将改装后的电压表串联后测电路中电阻的电压时 指针的偏角1 和2 有何关系 示数1 U 和2 U 有何关系 解析 解析 1 VRIU ggg 3 0100103 3 用心 爱心 专心 改装成 3V 应串联电阻 900 1 g g I UU R 改装成 15V 应串联电阻 4900 2 g g I UU R 2 将两只电压表串联后测电压 即如图所示连接 因流过表头的电流相同 故偏角 1 2 而电压表内阻有关系 5 1 5000 1000 2 1 V V R R 故电压表示数之比也为 5 1 21 UU 例例 7 7 在如图所示电路的三根导线中 有一根是断的 电源 电阻器 R1 R2及另外两根 导线都是好的 为了查出断导线 某同学想先将多用电表的红表笔连接在电源的正极 再 将黑表笔分别连接在电阻器 R1的 b 端和 R2的 c 端 并观察多用表指针的示数 在下列选挡 中 符合操作规程的是 A 直流 l0V 挡 B 直流 0 5A 挡 C 直流 2 5V 挡 D 欧姆挡 解析 解析 根据题中所给条件 首先判定不能选用欧姆挡 因为使用欧姆挡时 被测元件 必须与外电路断开 先考虑电压挡 将黑表笔接在 b 端 如果指针偏转 说明 R1与电源连接的导线断了 此时所测的数据应是电源的电动势 6V 基于这一点 C 不能选 否则会烧毁多用电表 如 果指针不偏转 说明 R1与电源的接线是好的 而 R1与 R2之间导线和 R2与电源导线其中之 一是坏的 再把黑表笔接在 c 点 如果表头指针偏转 说明 R1和 R2之间的导线是断的 否 则说明 R2与电池之间的导线是断的 A 项正确 再考虑电流挡 如果黑表笔接在 b 端 表针有示数则说明 R1与电源间的导线是断的 此时表头指针示数为 A RR E I4 0 21 没有超过量程 如果指针不偏转 说明 R1与 电源之间的导线是连通的 而 R1与 R2 R2与电源之间的导线其中之一是断的 黑表笔接在 c 点时 如果表头指针有示数 说明 R1与 R2间的导线是断的 此时表头指针示数为 A R E I2 1 2 超过表的量程 故 B 不选 答案 答案 A 四 小结四 小结 电场中基本性质的理解是重点 带电粒子在电场中的运动是重难点 而电学实验是高 考实验重点考查的内容 五 预习导学五 预习导学 期末复习二 用心 爱心 专心 回顾选修 3 1 中第四 五章的内容 模拟试题模拟试题 答题时间 60 分钟 1 如图所示 有一个水平方向的匀强电场 场强为 mV 109 3 在电场内一个水平面 上有半径为 10 cm 的圆 圆周上取如图所示的 A B C 三点 另在圆心 O 处放置电量为 8 10 C 的正点电荷 求 1 A B 两点间的电势差 2 C 点电场强度的大小和方向 2 如图所示 Q是带正电的点电荷 P1 P2为其电场中的两点 若 E1 E2为 P1和 P2两 点的电场强度的大小 1 2 为 P1和 P2两点的电势 则 A E1 E2 1 2 B E1 E2 1 2 C E12 D E1 E2 1 2 3 一负电荷仅受电场力作用 从电场中的 A 点运动到 B 点 在此过程中该电荷做初速度 为零的匀加速直线运动 则 A B 两点电场强度 EA EB及该电荷在 A B 两点的电势能 EpA EpB之间的关系为 A EA EB B EAEpB 4 图中 a b 为竖直向上的电场线上的两点 一带电质点在 a 点由静止释放 沿电场线 向上运动 到 b 点恰好速度为零 下列说法中正确的是 A 带电质点在 a b 两点所受的电场力都是竖直向上的 B a 点的电势比 b 点的电势高 C 带电质点在 a 点的电势能比在 b 点的电势能小 D a 点的电场强度比 b 点的电场强度大 5 在水平向右的匀强电场中 有一质量为 m 带正电的小球 用长为l的绝缘细线悬 挂于 O 点 当小球静止时细线与竖直方向夹角为 现给小球一个垂直于悬线的初速度 使小球恰能在竖直平面内做圆周运动 试问 1 小球在做圆周运动的过程中 在哪一位置速度最小 速度最小值为多大 2 小球在 B 点的初速度为多大 用心 爱心 专心 6 如图所示 在 x 0 的空间中 存在沿 x 轴正方向的匀强电场 E 在 xE2 引入正试探电荷q 由 P1到 P2 W电 0 1 P E 2 P E q1 q2 故1 2 因为电场线方向由 Q 指向 P2 所以1 2 或顺 着电场线电势逐渐降低 1 2 3 答案 AD 解析 负电荷在电场中 因只受电场力作用而做匀加速直线运动 可知电场为匀强电 场 则 A 项正确 负电荷逐渐加速 电场力做正功 动能增大 电势能减小 4 答案 ABD 解析 电势沿电场线方向降低 a 点电势一定比 b 点电势高 B 选项正确 带电质点从 a 点由静止释放后 能沿电场向上运动 可见受的电场力一定向上 应选 A 如果考虑重力 带电质点所受电场力一定大于重力 如果电场是匀强电场 质点应永远加速运动下去 但 质点到达 b 点速度为零 说明质点已经进行了一段减速运动 受的电场力比重力要小 可 见电场力是变化的 这是一个非匀强电场的电场线 且场强越来越小 D 选项也正确 5 答案 1 小球位于跟 B 点对应的同一直径上的 A 点时速度最小 cos gl 2 cos 5gl 解析 以小球为研究对象 它所受的重力和电场力均为恒力 这两个力的合力也必为 恒力 其大小为 cos mg F 为了使问题简化 我们可以把重力场与电场的叠加场叫做等 效重力场 F 叫做等效重力 则小球在叠加场中的等效重力加速度为 cos g g 其方向 斜向右下方 并与竖直方向成 角 这样小球在竖直平面内做圆周运动的过程中 只有等 效重力做功 动能和等效重力势能相互转化 其总和不变 与重力势能类比可知 等效重 力势能 hgmEp 其中h为小球距等效重力势能零势面的高度 1 根据上述分析 设小球静止时的位置 B 为零势能点 由于动能与等效重力势能的 总和不变 则小球位于跟 B 点对应的同一直径上的 A 点时等效重力势能最大 动能最小 速度也最小 设小球在 A 点时的速度为A v 此时细线的拉力为零 等效重力提供向心力 用心 爱心 专心 即l v mgm A 2 解得小球的最小速度为 cos gl vA 2 设小球在 B 点的初速度为B v 由能量守恒定律得 lgmmvmv AB 2 2