2022年高考物理静电场专题复习教案 .pdf

学习必备欢迎下载2012 高考复习电学部分精讲精练6 与电场有关的能量问题【知识精要】电荷在电场中任意两点间移动时，它的电势能的变化量是确定的，因而移动电荷做功的值 也是确定的，所以，电场力移动电荷所做的功，与移动的路径无关，仅与始末位置的电势差有关，这与重力做功十分相似。处理电场中的能量问题可借鉴重力场中相似问题的处理方法。【名师点拨】例 1：一个质量为m，带有电荷 -q 的小物块，可在水平轨道Ox 上运动， O 端有一与轨道垂直的固定墙，轨道处于匀强电场中，场强大小为 E，方向沿 Ox 轴正方向，如图所示，小物体以初速v0从 x0沿 Ox 轨道运动，运动时受到大小不变的摩擦力f 作用，且fqE。设小物体与墙碰撞时不损失机械能且电量保持不变。求它在停止运动前所通过的总路程s。解析： 当物块初速度向右时，先减速到零，由于fEq，物块不可能静止，它将向左加速运动，撞墙后又向右运动，如此往复直到最终停止在轨道的O 端。初速度向左也是如此。设小物块从开始运动到停止在O 处的往复运动过程中位移为x0，往返路程为s。根据动能定理有：20102qExfsmv，解得2022qExmvsf例 2：(2011 杭州模拟 )一个带负电的小球从空中的a点运动至b 点的过程中，受重力、空气阻力和电场力作用，重力对小球做功3.5J，小球克服空气阻力做功0.5J，电场力对小球做功1J，则下列说法中正确的是（）A小球在a点的重力势能比在b 点大 3.5J B小球在a点的机械能比在b 点大 0.5J C小球在a点的电势能比在b 点少 1J D小球在a点的动能比在b 点少 4J 解析： 做功的过程就是能量转化的过程。重力做功对应重力势能的变化，重力对小球做功 3.5J，重力势能减小3.5J。机械能的变化等于除重力以外其他力所做的功，小球克服空气阻力做功0.5J，电场力对小球做功1J，所以机械能增加了0.5J。电场力做功对应电势能的变精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 5 页学习必备欢迎下载化，电场力对小球做功1J，电势能减小1J。合外力所做的功等于动能的变化，所以动能增加了 4J。答案为AD 。例 3：已知如图，水平放置的平行金属板间有匀强电场。一根长l 的绝缘细绳一端固定在O 点，另一端系有质量为m 并带有一定电荷的小球。小球原来静止在C 点。当给小球一个水平冲量后，它可以在竖直面内绕O点做匀速圆周运动。若将两板间的电压增大为原来的3 倍，求：要使小球从 C 点开始在竖直面内绕O 点做圆周运动， 至少要给小球多大的水平冲量？在这种情况下，小球运动过程中细绳所受的最大拉力是多大？解析： 由已知，原来小球受到的电场力和重力大小相等，增大电压后电场力是重力的3倍。在C 点，最小速度对应最小的向心力，这时细绳的拉力为零，合力为2mg，可求得速度为 v=gl2，因此给小球的最小冲量为I= mgl2。在最高点D 小球受到的拉力最大。从C 到 D 对小球用动能定理：22212122CDmvmvlmg， 在 D 点lmvmgFD22， 解得 F=12mg。例 4：如图所示，直角三角形的斜边倾角为30 ，底边 BC 长为 2L，处在水平位置，斜边 AC 是光滑绝缘的，在底边中点O 处放置一正电荷Q，一个质量为m，电量为q 的带负电的质点从斜面顶端A 沿斜边滑下，滑到斜边上的垂足D 时速度为V。（1）在质点的运动中不发生变化的是（）A动能B电势能与重力势能之和C动能与重力势能之和D动能、电势能、重力势能三者之和。（2）质点的运动是（）A、匀加速运动B、匀减速运动C、先匀加速后匀减速的运动D、加速度随时间变化的运动。（3）该质点滑到非常接近斜边底端C 点时速率Vc为多少？沿斜面下滑到C 点的加速度 ac为多少？解析： （1）由于只有重力和电场力做功，所以重力势能、 电势能与动能的总和保持不变。即 D 选项正确。（2）质点受重力mg、库仑力F、支持力N 作用，因为重力沿斜面向下的分力mgsin是恒定不变的，而库仑力F 在不断变化，且F 沿斜面方向的分力也在不断变化，故质点所A D B O C 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页，共 5 页学习必备欢迎下载受合力在不断变化，所以加速度也在不断变化，选项D 正确。（3）由几何知识知B、C、D 三点在以O 为圆心的同一圆周上，是O 点处点电荷Q 产生的电场中的等势点，所以q 由 D 到 C 的过程中电场力做功为零，由能量守恒可得：222121mVmVmghc其中232321260sin30sin60sin000LLBCBDh得gLVVc32质点在 C 点受三个力的作用：电场力 F，方向由 C 指向 O 点；重力 mg，方向竖直向下；支撑力 FN，方向垂直于斜面向上.根据牛顿第二定律得：cmaFmgcossin，即cmaLkQqmg02030cos30sin解得：22321mLkQqgac。点评： 本题中的质点在电场和重力场中的叠加场中运动，物理过程较为复杂，要紧紧抓住质点的受力图景、运动图景和能量图景来分析。例 5：如图所示，一条长为L 的绝缘细线上端固定，下端拴一质量为m 的带电小球，将它置于水平方向的匀强电场中，场强为E，已知当细线与竖直方向的夹角为时，小球处于平衡位置A 点，问在平衡位置以多大的速度VA释放小球， 刚能使之在电场中作竖直平面内的完整圆周运动？解析：小球受重力mg、 电场力 Eq、线的拉力 T 作用。简化处理，将复合场（重力场和电场）等效为重力场，小球在等效重力场中所受重力为mg，由图 29 有：mgmgEq()()22，即gmgEqm()()22小球在 A 点处于平衡状态，若小球在A 点以速度VA开始绕 O 点在竖直平面内作圆周运动，若能通过延长线上E B A C O B mg qE mg/ 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页，共 5 页学习必备欢迎下载的 B 点 （等效最高点） 就能做完整的圆周运动，在 B 点根据向心力公式得：LmVmgTB2/。T0为临界条件，所以LgVB/又因仅重力、电场力对小球做功，由动能定理得：22/21212BAmVmVLmg由以上二式解得：cos5)()(5522/gLmEqmgLLgVA【及时反馈】1如图所示竖直放置的光滑绝缘圆环穿有一带正电的小球，匀强电场水平向右，小球绕 O 点做圆周运动，那么（）A. 在 A 点小球有最大的电势能B. 在 B 点小球有最大的重力势能C. 在 C 点小球有最大的机械能D. 在 D 点小球有最大的动能2(2011 潍坊模拟 )如图，质量为m，带有负电荷的塑料小球和质量为M，不带电的金属小球之间用绝缘细线连接后，置于竖直向下的、范围充分大的匀强电场中、两球恰能以速度匀速下降，若细绳断裂，直到塑料小球速度为零时，则有（）Am的速度为零时，M的速度为MmMB两球动能的减少量等于塑料小球电势能增加量C在该过程中，电场力对塑料小球的冲量大小为)/(1MmmD在该过程中金属球下落高度为gMmMm2222)2(3 (2011 郑州模拟 )如图所示的绝缘轨道ABC ， 其中 AB 部分光滑， BC 部分是长L=1.6m的水平面 .现有质量m=1.0kg 的小物体， 与 BC 轨道间的动摩擦因数=0.375 ，小物体从 A 处无初速沿轨道下滑，刚好滑到C 处停下。现在BC 连线的中垂线上方的某一处P 固定一电荷量为 4.0 10-5C 的正点电荷，并让小物体也带等量同种电荷.如果选取无穷远处的电势为零，两个点电荷间的电势能大小的计算式为：)/100. 9(22921CmNkrQQkEp， （ Q1、Q2分别表示两点电荷带的电荷量，r 表示两点电荷间的距离）.此时在C处突然给小物体一个水平向左且大小I=5N S 的瞬时冲量作用， 小BE A O C D精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页，共 5 页学习必备欢迎下载物块又恰能沿轨道滑至A 处.取 g=10m/s2.试求：（1）轨道 AB 的长度 S 为多少？（2）小物块在C 处滑至 A 处的过程中产生的热量Q 是多少？4如图，匀强电场方向水平向右，场强E=1.5 106V/m ，丝线长l=40cm ，上端系于O点，下端系质量为m=1.0 10-4kg，带电量为q=+4.9 10-10C 的小球，将小球从最低点A 由静止释放，求：（1）小球摆到最高点时丝线与竖直方向的夹角多大？（2）摆动过程中小球的最大速度是多大？1ABC 2ACD 312m 8.3J 4arcsin0.981.4/m sO A B E 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页，共 5 页