（广西专用）2020高考物理二轮复习 第8讲 电场性质及带电粒子在电场中的运动课件

专题三电场和磁场,-2-,-3-,-4-,-5-,第8讲电场性质及带电粒子在电场中的运动,-7-,知识脉络梳理,规律方法导引,-8-,知识脉络梳理,规律方法导引,1.知识规律(1)电场力的性质。,(2)电场能的性质。,差与电势的关系式:uab=a-b。电场力做功与电势能的关系式:wab=-ep。2.思想方法(1)物理思想:分解的思想、等效的思想。(2)物理方法:类比法、对称法、矢量三角形法。,-9-,命题热点一,命题热点二,命题热点三,电场性质的理解与应用主要以选择题的形式考查点电荷周围的电场。例1真空中电荷量均为q的两异种点电荷连线和一绝缘正方体框架的两侧面abb1a1和dcc1d1中心连线重合,连线中心和正方体中心重合,空间中除两异种点电荷q产生的电场外,不计其他任何电场的影响,则下列说法正确的是()a.正方体两顶点a、d电场强度相同b.正方体两顶点a、d电势相同c.两等量异种点电荷周围电场线和面abb1a1总是垂直d.负检验电荷q在顶点a处的电势能小于在顶点d处的电势能,d,-10-,命题热点一,命题热点二,命题热点三,思维导引,解析:由等量异种点电荷的电场线分布可知,a、d两点电场强度大小相等、方向不同,a错误;沿电场线方向电势降低,a点电势高于d点电势,b错误;a、b、b1、a1四点电势相同,但面abb1a1不是等势面,电场线不总与该面垂直,c错误;a点电势高于d点电势,将负电荷从a点移到d点,电场力做负功,电势能增大,d正确。,-11-,命题热点一,命题热点二,命题热点三,规律方法三个物理量的判断方法,-12-,命题热点一,命题热点二,命题热点三,拓展训练1(2019河北联考)如图所示,在等边三角形的三个顶点a、b、c上固定三个电荷量相等的点电荷,其中a、b处的点电荷均带正电,c处的点电荷带负电,d、e、f分别为ab、bc、ca边的中点,o为三角形中心,则下列说法正确的是()a.三角形中心o点的电场强度为零b.e、f两点电场强度相同c.d点的电势高于o点的电势d.把一正点电荷从o点移到e点,该点电荷的电势能增大,c,-13-,命题热点一,命题热点二,命题热点三,解析:a、b处的点电荷在o点的合电场方向由o指向c,而c处的点电荷在o点的电场方向也是由o指向c,所以o点电场强度不等于零,a错误;e、f两点的电场强度大小相等,方向不同,b错误;由矢量的合成可知,o、d两点连线的电场强度方向由d指向o,故d点的电势高于o点的电势,c正确;把一正点电荷从o点移到e点,a处点电荷对它做的功等于合电场强度对它做的功,故该点电荷的电势能减小,d错误。,-14-,命题热点三,命题热点一,命题热点二,平行板电容器问题常以选择题的形式考查平行板电容器的各物理量的变化情况及电容器内带电物体的运动情况。例2如图所示,平行板电容器与电动势为e的电源连接,上极板a接地,一带负电油滴固定于电容器中的p点。现将平行板电容器的下极板b竖直向下移动一小段距离,则()a.带电油滴所受电场力不变b.p点的电势将升高c.带电油滴的电势能增大d.电容器的电容减小,极板带的电荷量增大,b,-15-,命题热点三,命题热点一,命题热点二,思维导引,-16-,命题热点三,命题热点一,命题热点二,解析:将平行板电容器的下极板竖直向下移动一小段距离,由于电容器两板间电压不变,根据e=得知板间电场强度减小,油滴所受的电场力减小,故a错误;板间电场强度e减小,而p点与上极板间的距离不变,则由公式u=ed分析可知,p点与上极板间电势差将减小,而p点的电势低于上极板的电势,则知p点的电势将升高,故b正确;油滴带负电,p点的电势升高,则油滴的电势能将减小,故c错误;根据电容的定义式c=,电容器与电源保持相连,则u不变,当c减小时,则q也减小,故d错误。,-17-,命题热点三,命题热点一,命题热点二,规律方法关于平行板电容器的动态问题分析,2.明确两种类型:(1)电容器始终与直流电源相连电压u不变,改变r、s、d中某一个量,判定c、e、q等物理量的变化。(2)电容器充电后与电源断开电荷量q不变,改变r、s、d中某一个量,判定c、e、u等物理量的变化。,-18-,命题热点三,命题热点一,命题热点二,拓展训练2研究与平行板电容器电容有关因素的实验的装置如图所示,下列说法正确的是()a.实验前,只用带电玻璃棒与电容器a板接触,能使电容器带电b.实验中,只将电容器b板向上平移,静电计指针的张角变小c.实验中,只在极板间插入有机玻璃板,静电计指针的张角变大d.实验中,只增加极板所带的电荷量,静电计指针的张角变大,表明电容增大,a,-19-,命题热点三,命题热点一,命题热点二,解析:用带电玻璃棒与电容器a板接触,由于静电感应,从而在b板感应出等量的异种电荷,从而使电容器带电,故a正确;根据平行板,误;电容与电容器所带的电荷量无关,故电容c不变,故d错误。,-20-,命题热点三,命题热点二,命题热点一,带电粒子在电场中的运动主要以计算题的形式考查带电粒子在电场中的受力和运动情况。例3如图所示,在两条平行的虚线内存在着宽度为l、电场强度为e的匀强电场,在与右侧虚线相距也为l处有一与电场平行的屏。现有一电荷量为+q、质量为m的带电粒子(重力不计),以垂直于电场线方向的初速度v0射入电场中,v0方向的延长线与屏的交点为o。试求:,-21-,命题热点三,命题热点二,命题热点一,(1)粒子从射入到打到屏上所用的时间;(2)粒子刚射出电场时的速度方向与初速度方向间夹角的正切值tan;(3)粒子打到屏上的点p到o点的距离x。思维导引,-22-,命题热点三,命题热点二,命题热点一,解析:(1)根据题意,粒子在垂直于电场线的方向上做匀速直线运动,-23-,命题热点三,命题热点二,命题热点一,(3)设粒子在电场中的偏转距离为y,-24-,命题热点三,命题热点二,命题热点一,规律方法带电粒子在电场中运动问题的分析思路(1)首先分析粒子的运动规律,区分是在电场中的直线运动还是偏转运动问题。(2)对于直线运动问题,可根据对粒子的受力分析与运动分析,从以下两种途径进行处理:如果是带电粒子受恒定电场力作用下的直线运动问题,应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。如果是非匀强电场中的直线运动,一般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、运动的位移等。,-25-,命题热点三,命题热点二,命题热点一,(3)对于曲线运动问题,一般是类平抛运动模型,通常采用运动的合成与分解方法处理。通过对带电粒子的受力分析和运动规律分析,借助运动的合成与分解,寻找两个分运动,再应用牛顿运动定律或运动学方程求解。(4)当带电粒子从一个电场区域进入另一个电场区域时,要注意分析带电粒子的运动规律的变化及两区域电场交界处的有关联的物理量,这些关联量往往是解决问题的突破口。,-26-,命题热点三,命题热点二,命题热点一,拓展训练3(2019全国卷)如图,两金属板p、q水平放置,间距为d。两金属板正中间有一水平放置的金属网g,p、q、g的尺寸相同。g接地,p、q的电势均为(0)。质量为m、电荷量为q(q0)的粒子自g的左端上方距离g为h的位置,以速度v0平行于纸面水平射入电场,重力忽略不计。,(1)求粒子第一次穿过g时的动能,以及它从射入电场至此时在水平方向上的位移大小。(2)若粒子恰好从g的下方距离g也为h的位置离开电场,则金属板的长度最短应为多少?,-27-,命题热点三,命题热点二,命题热点一,解析:(1)pg、qg间电场强度大小相等,均为e。粒子在pg间所受电场力f的方向竖直向下,设粒子的加速度大小为a,有,设粒子第一次到达g时所用的时间为t,粒子在水平方向的位移大小为l,则有,-28-,命题热点三,命题热点二,命题热点一,(2)若粒子穿过g一次就从电场的右侧飞出,则金属板的长度最短。由对称性知,此时金属板的长度l金为,-29-,1,2,3,4,5,6,怎样得高分,1.(2019北京卷)如图所示,a、b两点位于以负点电荷-q(q0)为球心的球面上,c点在球面外,则()a.a点电场强度的大小比b点大b.b点电场强度的大小比c点小c.a点电势比b点高d.b点电势比c点低,d,-30-,1,2,3,4,5,6,怎样得高分,2.(2018天津卷)如图所示,实线表示某电场的电场线(方向未标出),虚线是一带负电的粒子只在电场力作用下的运动轨迹,设m点和n点的电势分别为m、n,粒子在m和n时加速度大小分别为am、an,速度大小分别为vm、vn,电势能分别为epm、epn。下列判断正确的是()a.vmvn,amanb.vmvn,mnc.mn,epmepnd.aman,epm0)。a从o点发射时的速度大小为v0,到达p点所用时间为t;b从o点到达p点所用时间为。重力加速度为g,求:(1)电场强度的大小;(2)b运动到p点时的动能。,-35-,1,2,3,4,5,6,怎样得高分,解析:(1)设电场强度的大小为e,小球b运动的加速度为a。根据牛顿运动定律、运动学公式和题给条件,有mg+qe=ma,-36-,1,2,3,4,5,6,怎样得高分,(2)设b从o点发射时的速度为v1,到达p点时的动能为ek,o、p两点的高度差为h,-37-,1,2,3,4,5,6,怎样得高分,带电粒子在交变电场中的运动问题【典例示范】如图甲所示,在真空中有一边长为a的正方形区域内存在匀强磁场,磁场方向垂直纸面向外。在磁场右侧有一对平行金属板m和n,两板间距及板长均为b,板间的中心线o1o2与正方形的中心o在同一直线上。有一电荷量为q、质量为m的带正电的粒子以速度v0从正方形的底边中点p沿po方向进入磁场,从正方形右侧o1点水平飞出磁场时,立即给m、n两板加上如图乙所示的交流电压,最后粒子刚好以平行于m板的速度从m板的边缘飞出。(不计粒子所受到的重力,两板正对面之间为匀强电场,边缘电场不计),-38-,1,2,3,4,5,6,怎样得高分,(1)求磁场的磁感应强度b。(2)求交流电压的周期t和电压u0的表达式(用题目中的已知量表示)。(3)若在m、n两板加上如图乙所示的交流电压,经过后,该粒子刚好从o1点水平飞入m、n两板间,最终从o2点水平射出,且粒子在板间运动时间正好等于t,若u0已知,求粒子在两板间运动过程中离m板的最小距离。,-39-,1,2,3,4,5,6,怎样得高分,思维流程,-40-,1,2,3,4,5,6,怎样得高分,2.竖直方向上速度为零,t=nt(n=1,2,3,),-41-,1,2,3,4,5,6,怎样得高分,以题说法变化的电场具有周期性,粒子的运动也具有周期性。这种情况下要仔细分析带电粒子的运动过程、受力情况,弄清楚带电粒子在变化的电场中处于什么状态,做什么运动,画出一个周期内的运动径迹的草图,是解决这类问题的主要方法。,-42-,1,2,3,4,5,6,怎样得高分,针对训练(多选)如图甲所示,两平行金属板mn、pq的板长和板间距离相等,板间存在如图乙所示的随时间周期性变化的电场,电场方向与两板垂直,不计重力的带电粒子沿板间中线垂直电场方向源源不断地射入电场,粒子射入电场时的初动能均为ek0。已知t=0时刻射入电场的粒子刚好沿上板右边缘垂直电场方向射出电场。则(),-43-,1,2,3,4,5,6,怎样得高分,a.所有粒子都不会打到两极板上b.所有粒子最终都垂直电场方向射出电场c.运动过程中所有粒子的最大动能不可能超过2ek0d.只有t=n(n=0,1,2,)时刻射入电场的粒子才能垂直电场方向射出电场,-44-,1,2,3,4,5,6,怎样得高分,答案:abc解析:带电粒子在垂直于电场方向上做匀速直线运动,在沿电场方向上做加速