四川省木里县中学高三物理 专题三 电场复习

1 四川省木里县中学高三物理复习 专题三四川省木里县中学高三物理复习 专题三 电场电场 1 1 一般物体所带电荷的电荷量并不是任意的 而是某个最小电荷量 e 的整数倍 这个最 小电荷量就是电子电荷量的绝对值 即 e 1 6 10 19C 这个值是由美国物理学家密粒根用 著名的油滴实验测定出的 我们也把电荷量 e 叫做元电荷 有些理论表明一些基本粒子 存在着比元电荷更小的电荷量值 如夸克带电 e 3 但至今未被实验证实 但是这些表明物 理学还在不断发展 我们学习的物理是活的物理 不能只是接受还要思考 有很多物理问 题还没有答案 有待我们继续去探索 电荷量 国际单位是 C 读作库仑 简称库 更小的微库 有 c 1 C 10 6C 一 正 负电荷 电荷守恒 同性电荷互相推斥 异性电荷互相吸引 中和 等量异种电荷相互抵消的现象 带正电 物体失去一些电子带正电 带负电 物体得到一些电子带负电 电荷守恒 电荷不能创造 不能消灭 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 1 1 库仑定律的适用条件 真空中 两个点电荷之间的相互作用 2 点电荷 带电体大小和它们之间的距离相比可以忽略 理解为带电体只为一点 电 荷集中于该点 r即为两个带电体之间距离 当带电体大小与它们距离相比不可忽略时 电荷不能视为集中一点 r不能确定 不适用库仑定律 2 K 静电力恒量 重要的物理常数K 9 0 109Nm2 C2 其大小是用实验方法确定的 其 单位是由公式中的F Q r的单位确定的 使用库仑定律计算时 各物理量的单位必须是 F N Q C r m 3 关于点电荷之间相互作用是引力还是斥力的表示方法 使用公式计算时 点电荷电 量用绝对值代入公式进行计算 然后根据同性电荷相斥 异性电荷相吸判断方向即可 4 库仑力也称为静电力 它具有力的共性 它与高一时学过的重力 弹力 摩擦力是 并列的 它具有力的一切性质 它是矢量 合成分解时遵从平行四边形法则 与其它 的力平衡 使物体发生形变 产生加速度 5 FK Q Q r 12 2 F是Q1与Q2之间的相互作用力 F是Q1对Q2的作用力 也是Q2对 2 Q1的作用力的大小 是一对作用力和反作用力 即大小相等方向相反 不能理解为 Q1 Q2 受的力也不等 核心 1 三个点电荷相互平衡特点 三点电荷必须共线 两同夹异 两大夹小 近小远大 2 相邻 2 个电荷量的平方根之和等于两侧电荷量平方根 3 电荷之比 同步练习 真空中保持一定距离的两个点电荷 若其中一个点电荷增加了 1 2 但仍然保持 它们之间的相互作用力不变 则另一点电荷的电量一定减少了 C A 1 5B 1 4C 1 3D 1 2 已知点电荷A的电量是B点电荷的 2 倍 则A对B作用力大小跟B对A作用力大 小的比值为 C A 2 1B 1 2C 1 1D 不一定 如图 7 所示 用两根绝缘细线挂着两个质量相同的不带电的小球A和B 此时 上 下细线受的力分别为TA TB 如果使A带正电 B带负电 上 下细线受力分别为 T A T B 则 BC A TA T BC TA T A D TB 则一定有关系 A m M B mQ D q Q 6 两个带同种电荷的相同金属小球 两球距离远大于小球的直径 所带电量分别为 Q1 Q2 现让它们接触后再放回原处 那么它们的相互作用与原来相比 AC A 可能变大 B 可能变小 C 可能不变 D 以上三种都可能存在 7 2 个半径相同的金属小球 可视作点电荷 其电荷量之比为 1 7 相距 r 两者相互接触 后再放回原来的位置上 则相互作用力变为原来的 CD A B C D 7 4 7 3 7 9 7 16 8 2 个分别带点量为 Q 和 3Q 的相同金属球 半径均为 r 固定在球心距离为 3r 的地方 他们的库仑力大小为 F 现将 2 小球相互接触后放回原处 则 2 小球的库仑力大小为 C M Qm q 7 A 大于F B 等于F C 小于F D 等于F 3 1 3 1 3 1 3 4 9 A B 两个点电荷距离恒定 当其他电荷移到 A B 附近时 A B 之间的库仑力将 C A 可能变大 B 可能变小 C 一定不变 D 不能确定 举例 地球上空 R 处有一个带点小球处于悬浮状态 现将粒子移到 r 处 则小球依然处于 悬浮状态 核心 2 电势能 电势 电势差与电场强度 1 电场强度 电势 电势差 电势能的联系区别 2 等势面 3 电势高低判断 电势能大小判断 1 2013 山东济南外国语学校测试 如图所示 a b 是 x 轴上关于 O 点对称的两点 c d 是 y 轴上关于 O 点对称的两点 c d 两点分别固定一等量异种点电荷 带负电的检验 电荷仅在电场力作用下从 a 点沿曲线运动到 b 点 E 为第一象限内轨迹上的一点 以下说 法正确的是 BD A c 点的电荷带正电 B a 点电势高于 E 点电势 C E 点场强方向沿轨迹在该点的切线方向 D 检验电荷从 a 到 b 过程中 电势能先增加后减少 答案 BD 解析 由于只受电场力的作用 检验电荷做曲线运动 所以电场力指向轨迹的凹侧 因 为检验电荷带负电 所以 c 点的电荷带负电 A 错 由等量异种电荷电场线分布特征可知 沿电场线方向电势逐渐降低 某点场强方向沿该点电场线的切线方向 所以 B 对 C 错 设 8 轨迹与 y 轴交于 f 点 检验电荷从 a 到 f 的过程中 电场力做正功 电势能增加 检验电 荷从 f 到 b 的过程中 电场力做负功 电势能减小 故 D 对 2 在静电场中 将一个正电荷从 a 点移到 b 点 电场力做了负功 则 A b 的场强一定大于 b B 电场线方向一定从 b 指向 a C b 点的电势一定比 a 点高 D 该电荷一定减少 3 如图 虚线为静电场中的等势面 1 2 3 4 相邻等势面之间的电势差相等 其中等势 面 3 的电势能为 0 一带正点点电荷在静电场作用下运动 经过 a b 点时动能分别为 26eV 和 5eV 当这一点电荷运动到某处时 其电势能变为 8eV 它的动能为多少 A 8eV B 13eV C 20eV D 34eV 核心 3 电容器和带点粒子在电场中的运动 3 关于电容器的电容 C 电压 U 和带电电荷 Q 之间的关系 以下说法正确的是 A C 由 U 确定 B C 由 Q 确定 C C 一定时 Q 与 U 成正比 D C 一定时 Q 与 U 成法比 4 如图所示 将平行板电容器与电池组相链接 两极板间的带点尘埃恰好保持静止 则下 列说法正确的是 A 保持 K 接通 减小两极板间的距离 则尘埃保持静止 B 保持 K 接通 在两极板间插入一块介质 电阻中有 a 到 b 的电流 C 断开 K 减少两板距离 则尘埃向上运动 D 断开 K 增加两极板间距 则电阻中有 a 到 b 电流 核心 3 电容器和带点粒子在电场中的运动 1 2013 江苏阜宁中学月考 如图所示 平行板电容器 AB 两极板水平放置 A 在上 方 B 在下方 现将其和二极管串联接在电源上 已知 A 和电源正极相连 二极管具有单 向导电性 一带电小球沿 AB 中心水平射入 打在 B 极板上的 N 点 小球的重力不能忽略 现通过上下移动 A 板来改变两极板 AB 间距 两极板仍平行 则下列说法正确的是 BC A 若小球带正电 当A B 间距增大时 小球打在 N 的右侧 B 若小球带正电 当 A B 间距减小时 小球打在 N 的左侧 9 C 若小球带负电 当 A B 间距减小时 小球可能打在 N 的右侧 D 若小球带负电 当 A B 间距增大时 小球可能打在 N 的左侧 答案 BC 解析 若小球带正电 当 A B 间距增大时 由于二极管的单向导电性 平行板电容器 带电量不变 AB 两极板之间电场强度不变 小球所受向下的电场力不变 向下的加速度不 变 小球仍打在 N 点 选项 A 错误 若小球带正电 当 A B 间距减小时 平行板电容器 AB 两极板之间电场强度增大 小球所受向下的电场力增大 向下的加速度增大 小球打在 N 的左侧 选项 B 正确 若小球带负电 当 A B 间距减小时 平行板电容器 AB 两极板之间电 场强度增大 小球所受向上的电场力增大 向下的加速度减小 小球可能打在 N 的右侧 选项 C 正确 若小球带负电 当 A B 间距增大时 由于二极管的单向导电性 平行板电容 器带电量不变 AB 两极板之间电场强度不变 小球所受向上的电场力不变 小球仍打在 N 点 选项 D 错误 2 2013 北京朝阳区期末 如图所示 充电的平行板电容器两板间形成匀强 电场 以A点为坐标原点 AB方向为位移x的正方向 能正确反映电势 随位移x变化的图像是 C 答案 C 解析 充电的平行板电容器两板间形成匀强电场 电势 随位移x均匀减小 选项 C 正确 10 3 2013 安徽无为四校联考 如图所示为一只 极距变化型电容式传感器 的部分构件示 意图 当动极板和定极板之间的距离 d 变化时 电容 C 便发生变化 通过测量电容 C 的变 化就可知道两极板之间距离 d 的变化的情况 在下列图中能正确反映 C 与 d 之间变化规律 的图象是 A 答案 A 解析 由电容器的电容决定式 C C 与 d 成反比 能正确反映 C 与 d 之间变化规 律的图象是 A 4 2013 安徽无为四校联考 如图所示 两平行金属板间有一匀强电场 板长为 L 板间 距离为 d 在板右端 L 处有一竖直放置的光屏 M 一带电荷量为 q 质量为 m 的质点从两板中央射入板间 最后垂直打在 M 屏上 则下列结论正确的 是 A 板间电场强度大小为 mg q B 板间电场强度大小为 mg 2q C 质点在板间的运动时间和它从板的右端运动到光屏的时间相等 D 质点在板间的运动时间大于它从板的右端运动到光屏的时间 答案 C 解析 根据垂直打在 M 屏上可知 质点在两板中央运动时向上偏转 在板右端运动时向下 偏转 mg0 1 1 分 小球从圆轨道最底处运动到最高处的过程中由动能定理得 2 1 分 由二式解得 这就是在条件下 小球在最低点速度应满足的条件 1 分 在最高点 当时 小球在最高点的速度 v 应满足 16 FN为轨道对小球的支持力 3 4 1 分 由 2 3 和 4 可得 这就是在条件下 小球在最低点速度应满足的条件 1 分 11 14 分 2013 上海 13 校联考 如图所示 在光滑绝缘水平面上固定着一根光滑绝 缘的圆形水平滑槽 其圆心在 O 点 过 O 点的一条直径上的 A B 两点固定着两个点电荷 其中固定于 A 点的为正电荷 电荷量大小为Q 固定于 B 点的是未知电荷 在它们形成的 电场中 有一个可视为质点的质量为m 电荷量大小为q的带电小球正 在滑槽中运动 小球的速度方向平行于水平面 若已知小球在 C 点处 恰好与滑槽内 外壁均无挤压且无沿切线方向的加速度 AB 间的距离 为L ABC ACB 30 CO OB 静电力常量为k 1 作出小球在水平面上受力 并确定固定在 B 点的电荷及小球 的带电性质 2 求 B 点电荷的电荷量大小 3 已知点电荷的电势计算式为 kQ r 式中Q为场源电荷的电荷量 r为该点 到场源电荷的距离 试利用此式证明小球在滑槽内做的是匀速圆周运动 13 14 分 解析 1 由小球在 C 点恰好与滑槽内外壁无挤压且无切线方 向的加速度 可知小球在 C 点的合力方向一定沿 CO 且指向 O 点 所以 A 处电荷对小球吸引 B 处电荷对小球排斥 因为 A 处电荷为正 所以小球带负 电 B 带负电 如图所示 作图 2 分 电荷判断各 1 分 2 因为 ABC ACB 30 所以 ACO 30 BC 2ABcos30 L 3 由图 F1 F2 2 分 3 F2 F1 F OAB C 30 30 17 k k 1 分 Qq L2 QB Q 1 分 3 3 以 O 为原点 OB 为x轴正方 OC 为y轴正方 槽上某点的坐标为 x y 则该 点的电势为 3 分 而x2 y2 3L2 4 代入上式得 0 3 分 小球运动过程中电势能不变 所以动能也不变 做的是匀速圆周运动 2 分 12 13 分 2013 年上海五校调研 如图所示 固定于同一条竖直线上的点电荷A B 相距为 2d 电量分别为 Q和 Q MN是竖直放置的光滑绝缘细杆 另有一个穿 过细杆的带电小球p 质量为m 电量为 q 可视为点电荷 q远小于Q 现将小 球p从与点电荷A等高的C处由静止开始释放 小球p向下运动到距C点距离为d 的O点时 速度为v 已知MN与AB之间的距离也为d 静电力常量为k 重力加 速度为g 求 1 C O间的电势差UCO 2 小球p经过O点时的加速度 3 小球p经过与点电荷B等高的D点时速度的大小 解 1 小球 p 由 C 运动到 O 时 由动能定理 得 2 分 2 1 0 2 CO mgdqUmv 得 2 分 2 2 2 CO mvmgd U q 2 小球 p 经过 O 点时受力如图 由库仑定律得 1 分 12 2 2 Qq FFk d 它们的合力为 1 分 12 2 2 cos45cos45 2 kQq FFF d 18 由牛顿第二定律得 2 分 mgqEma 2 2 2 d kQq ga 3 小球 p 由 O 运动到 D 的过程 由动能定理得 2 分 22 2 1 2 1 mvmvqUmgd DOD 由电场特点可知 2 分 COOD UU 联立 解得 1 分 2 D vv 13 13 分 2013 年上海五校调研 如图所示 ABCD 这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 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 103N 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 4C