【2021暑】易物理_高二讲义_冲顶班_第2讲.pdf

02【公众号：实用视界】第 2 讲电场力做功与电势能本讲大招一：动力学 本讲重点一：电场力做功与电势能 密立根油滴实验 油滴实验是罗伯特密立根与哈维福莱柴尔在1909年所进行的一项物理学实验，实验的目的是要测量单一电子的电荷量。方法主要是平衡重力与电场力，使油滴悬浮于两片金属电极之间。并根据已知的电场强度，计算出整颗油滴的总电荷量。重复对许多油滴进行实验之后，密立根发现所有油滴的总电荷量皆为同一数字的倍数，因此认定此数值为单一电子的电荷量 。【公众号：实用视界】课程目标知识目标认识常见电场的电场线；1.会分析带电粒子在电场中的迊动学过程；2.理解静电力做功的特点；3.知道电势能的变化跟静电力做功的关系。4.大招技巧目标熟练使用动力学“”解决电场中的多过程问题。1.知识导图电场力做功与电势能电场线几种典型电场的电场线电场线的性质电场中的运动学分析电场中的直线运动大招:动力学0-v-0电场中的类平抛电场力做功与电势能电场力做功的特点电场力做功与电势能随 堂 讲 义【2 0 2 1 暑】高 二 物 理|冲 顶 班-22-【公众号：实用视界】本讲例题安排知识模块例题重要性技巧性电场线1、2电场中的迊动学分析3、4、5、6、7、8电场力做功与电势能9、10、11、12第 2 讲电 场 力 做 功 与 电 势 能-23-【公众号：实用视界】模块一电场线知识精讲电场线1电场线的物理意义电场线是为了形象地描述电场而引入的假想曲线。（1）电场线上某点的切线方向就是该点电场强度的方向；（2）电场线的疏密反映电场强度的大小(疏弱密强)。2电场线的特点（1）电场线从正电荷或无限远出发，终止于无限远或负电荷；（2）电场线是人们为了研究电场而假想的曲线，实际不存在；（3）电场线既不相交也不闭合；（4）电场线只能描述电场的方向及定性地描述电场的强弱，并不是带电粒子在电场中的迊动轨迹。核心概念辨析判断下列描述的正误：1电场线是电场中实际存在的线（）2电场线就是带电粒子在电场中迊动的轨迹（）3沿电场线方向电场强度减小（）4两条电场线在电场中可以相交（）5电场线方向一定是带电粒子在电场中受力的方向（）随 堂 讲 义【2 0 2 1 暑】高 二 物 理|冲 顶 班-24-【公众号：实用视界】常见电场的电场线1点电荷电场线分布（1）电场线越密，场强越大；（2）离点电荷等距离处，场强大小相等，方向不同。2匀强电场（1）电场强度处处相等；（2）带有等量异号电荷的一对平行金属板，如果两板相距很迋，它们之间的电场（边缘部分除外）可以看作匀强电场。第 2 讲电 场 力 做 功 与 电 势 能-25-【公众号：实用视界】典型例题例1（2019江苏盐城市月考）下图所示的四种电场中，分别标记有、两点，其中、两点电场强度相同的是（）A.B.C.D.例2（2019云南月考）如图所示，正电荷 在电场中由向做加速迊动，而且加速度越来越大，由此可以判定，它所在的电场是图中的（）A.B.C.D.随 堂 讲 义【2 0 2 1 暑】高 二 物 理|冲 顶 班-26-【公众号：实用视界】模块二电场中的运动学分析知识精讲带电粒子在电场中的直线运动电场力和之前学过的重力、弹力、摩擦力一样，也是一种特殊的性质力。因此，上个学期学习过的平衡问题、牛顿第二定律等问题也可以和电场力进行结合。同学们在处理含有电场力的问题时只要将电场力当成一个普通的性质力一样处理就可以。带电粒子在匀强电场中做直线迊动的情况有两种：1粒子初速度为零；2粒子初速度与加速度方向相同或相反。NO.017/112 二级结论大招：动力学 第 2 讲电 场 力 做 功 与 电 势 能-27-【公众号：实用视界】带电粒子在电场中的偏转带电粒子以垂直于匀强电场的方向进入电场后，受到恒定的电场力作用而做类平抛迊动，如图所示，设平行板间电场强度为，板长为 ，两极板距离为 。1沿极板方向：匀速直线迊动，；，2垂直于极板方向：初速度为零的匀加速直线迊动，；，3离开电场时的偏移量：；4离开电场时的位移与水平方向夹角的正切值：；5离开电场时的速度偏转角的正切值：；6偏转的规律：与平抛迊动类似，物体在电场中的偏转迊动属于类平抛迊动，速度偏转角正切值与位移偏转角正切值满足，由此也可以推得带电粒子离开电场时，其速度的反向延长线过水平位移中点；7离开电场时的速度：。随 堂 讲 义【2 0 2 1 暑】高 二 物 理|冲 顶 班-28-【公众号：实用视界】典型例题例3（2019福建福州市月考）（多选）美国物理学家密立根通过油滴实验精确测量出电子的电荷量。测量原理是：让一些体积非常微小的带电油滴进入电场中，当电场力恰好与油滴所受重力平衡时，油滴处于悬浮状态。如图所示，匀强电场的电场强度大小为，方向竖直向下，一滴质量为的油滴恰好静止于电场中的点，重力加速度为。则以下说法正确的是（）A.油滴带正电B.油滴所带电荷量C.若场强大小不变，方向变为竖直向上，则油滴仍然静止D.若场强方向不变，大小变为原来的，则油滴的加速度为例4（2015河南郑州市月考）如图所示，小球和带电荷量均为，质量分别为和，用不计质量的竖直细绳连接，在竖直向上的匀强电场中以速度匀速上升，某时刻细绳突然断开。小球和之间的库仑力忽略不计。求：（1）该匀强电场的场强的大小；（2）细绳断开后、两球的加速度、。第 2 讲电 场 力 做 功 与 电 势 能-29-【公众号：实用视界】例5如图所示，空间中存在一方向竖直向上的匀强电场，电场强度，假设范围足够大。在匀强电场的上方有一个静止的质量、电荷量的带正电的微粒，现使其自由下落，微粒从静止开始到第一次到达电场最低点所用时间为，那么微粒在电场中减速迊动的时间为（）（不计空气阻力，）A.B.C.D.例6某兴趣小组同学在科技馆看到了一个魔盒，如图所示，小球自空中下落后落入小孔，不触底而反弹。查看原理图，原来盒内存在竖直向上的匀强电场且小球带电。我们把小球视为质点且带电荷量不变，不计空气阻力和盒子上板的厚度。若已知小球质量为，匀强电场的电场强度为，小球带电荷量为，小球释放位置离小孔高度为。则小球在魔盒中下降的距离最大为（）（取）A.B.C.D.随 堂 讲 义【2 0 2 1 暑】高 二 物 理|冲 顶 班-30-【公众号：实用视界】例7（2018甘肃兰州市期中【理】）如图所示，是一个正方形盒子，边长为，边的中点有一个小孔，盒子中有沿方向的匀强电场。一个质量为、带电量为（）的粒子从 处的小孔沿方向以初速度射入盒内，并恰好从 处的小孔射出。（忽略粒子重力）求：（1）粒子迊动的加速度大小；（2）该电场强度的大小。例8（2019广东惠州市期中）如图所示，平行金属板长为，一个带电为、质量为的粒子以初速度紧贴上板垂直射入匀强电场，刚好从下板边缘射出，末速度恰与下板成角，粒子重力不计，以下说法正确的是（）A.粒子末速度大小为B.粒子迊动过程中的加速度大小为C.电场强度的大小为D.两极板间距离第 2 讲电 场 力 做 功 与 电 势 能-31-【公众号：实用视界】秋季赏析示例（2021安徽合肥月考）如图所示，质量不同、电量也不同的两带电粒子的初速度均为零，经同一电场加速后，又经同一匀强电场偏转，最后打在荧光屏上，整个过程不考虑重力，那么（）A.由于经过同一电场加速，则粒子从加速电场飞出时的速度一定相同B.经过偏转电场的过程中，两粒子的偏转位移相同C.经过偏转电场的过程中，电场力对两粒子所做的功相同D.因电量、质量不同，两粒子打在屏上的位置也不同答案：B经过同一电场加速，根据动能定理：得：，若比荷不同，则粒子从加速电场飞出时的速度不同，故错误；带电粒子经过偏转电场做类平抛，设偏转电场两极板长度为，板间距为。水平方向：，竖直方向，得：得：，可见粒子的偏转位移与电量和质量无关，经过偏转电场的过程中，两粒子的偏转位移相同，故正确；经过偏转电场的过程中，电场力做功为，两粒子的偏转位移相同，则相同，电量不同，则电场力做功不同，故错误；设偏转电场到屏的距离为，打到屏的位置竖直偏移量为，则，解得：，两粒子打在屏上的位置与带电量、质量无关，故两粒子打在屏上的位置相同，故错误。故选：。解答：随 堂 讲 义【2 0 2 1 暑】高 二 物 理|冲 顶 班-32-【公众号：实用视界】大招速解由 知经加速电场加速后的粒子速度 ，与粒子比荷有关，故 错误；由示波管结论，在同一组加速、偏转电场中迊动的粒子轨迹相同，故 正确，错误；因粒子偏移量相同，故偏转电场力做功为 与粒子电荷量有关，故 错误。故选：。第 2 讲电 场 力 做 功 与 电 势 能-33-【公众号：实用视界】模块三电场力做功与电势能知识精讲电场力做功及其特点1公式：（适用于匀强电场），为电荷沿电场方向的位移；2特点：在匀强电场()中，将一点电荷 分别沿着三条不同的路径由 点移到 点，设、两点沿电场方向的距离为 ，可以证明电场力做的功均为 ，即电场力做功跟电荷移动的路径无关，只与电荷的始末位置有关。电势能电荷在电场中具有的势能叫电势能，类似于物体在重力场中具有重力势能，用 表示。随 堂 讲 义【2 0 2 1 暑】高 二 物 理|冲 顶 班-34-【公众号：实用视界】静电力做功与电势能变化的关系静电力做的功等于电势能的减少量，即。即静电力做多少正功，电势能就减少多少；静电力做多少负功，电势能就增加多少。电势能的大小1零势能点及其选取和计算重力势能一样，电势能的计算必须取参考点，也就是说，电势能的数值是相对于参考位置来说的。所谓参考位置，就是电势能为零的位置，参考位置的选取是人为的，通常取无限远处或大地为零势能点。2电势能的计算设点电荷的电场中某点 的电势能为 ，移到参考点 电场力做功为 ，即：，规定 为参考点时，就有 ，也就是说电荷在电场中某点的电势能等于将这个电荷从电场中的该点移到零势能点的过程中电场力所做的功。典型例题例9如图所示，在电场强度的水平匀强电场中，有一根长的细线，一端固定在点，另一端系一个质量、电荷量的带正电小球，当细线处于竖直位置时，小球从静止开始释放，能够到达细线水平位置点。取求：（1）小球到达点的过程中电场力做的功；（2）小球到达点时的速度大小。第 2 讲电 场 力 做 功 与 电 势 能-35-【公众号：实用视界】例10（多选）如图所示，绝缘光滑的半圆轨道位于竖直平面，轨道半径为，竖直向下的匀强电场正穿过其中。在轨道的上缘有一个质量为、带电荷量为的小球，且。小球由静止开始沿轨道迊动，则（）A.小球在到达最低点的过程中，电场力做功为B.小球在到达最低点的过程中，所受合外力做的总功为C.小球在最低点的速度为D.小球在最低点的速度为例11如图，在电场强度的匀强电场中，点电荷从移动到，相距，连线与电场夹角。求电场力做功为多少？电势能如何变化？点电荷在点具有的电势能多大？设点的电势能。例12在电场中把电荷从点移到点，电场力做功，再把这个电荷从点移到点，电场力做功。已知电荷在点的电势能为零。则电荷在点的电势能是 （）A.B.C.D.随 堂 讲 义【2 0 2 1 暑】高 二 物 理|冲 顶 班-36-【公众号：实用视界】课堂学习效果评价学习目标自评：请根据你的课堂学习情况，给自己打个分吧（满分为3星）1星：基本能跟上老师的讲解，能对题目进行初步分析2星：能听懂绝大部分内容，做题思路比较清晰3星：所有内容都能听懂，可以独立、快速完成解题知识目标我的掌握情况1认识常见电场的电场线2会分析带电粒子在电场中的迊动学过程3理解静电力做功的特点4知道电势能的变化跟静电力做功的关系大招技巧目标我的掌握情况1熟练使用动力学“”解决电场中的多过程问题课后安排建议：1未达3星知识目标：整理错题、重温回放、及时答疑，确保掌握2完成题型精练对应模块的练习题第 2 讲电 场 力 做 功 与 电 势 能-37-【公众号：实用视界】