2019版高中物理二轮专题复习教师用书:专题三 第9讲 电场及带电粒子在电场中的运动 Word版含答案.docx
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1、第9讲电场及带电粒子在电场中的运动主干知识体系核心再现及学科素养知识规律(1)电场力的性质电场强度的定义式:E.真空中点电荷的场强公式:Ek.匀强电场场强与电势差的关系式:E.(2)电场能的性质电势的定义式:.电势差的定义式:UAB.电势差与电势的关系式:UABAB.电场力做功与电势能:WABEp.思想方法(1)物理思想:等效思想、分解思想(2)物理方法:理想化模型法、比值定义法、控制变量法、对称法、合成法、分解法等.1(2018全国卷,21)(多选)图中虚线a、b、c、d、f代表匀强电场内间距相等的一组等势面,已知平面b上的电势为2 V一电子经过a时的动能为10 eV,从a到d的过程中克服电
2、场力所做的功为6 eV.下列说法正确的是()A平面c上的电势为零 B该电子可能到达不了平面fC该电子经过平面d时,其电势能为4 eVD该电子经过平面b时的速率是经过d时的2倍ABA对:因等势面间距相等,由UEd得相邻虚线之间电势差相等,由a到d,eUad6 eV,故Uad6 V;各虚线电势如图所示,因电场力做负功,故电场方向向右,沿电场线方向电势降低,C0.B对:因电子的速度方向未知,若不垂直于等势面,如图中实线所示,电子可能到达不了平面f.C错:经过d时,电势能EPed2 eV.D错:由a到b,WabEkbEka2 eV,所以Ekb8 eV;由a到d,WadEkdEka6 eV,所以Ekd4
3、 eV;则Ekb 2Ekd,根据Ekmv2知vbvd.2(2018全国卷,21)(多选)如图,同一平面内的a、b、c、d四点处于匀强电场中,电场方向与此平面平行,M为a、c连线的中点,N为b、d连线的中点一电荷量为q(q0)的粒子从a点移动到b点,其电势能减小W1;若该粒子从c 点移动到d点,其电势能减小W2.下列说法正确的是 ()A此匀强电场的场强方向一定与a、b两点连线平行B若该粒子从M点移动到N点,则电场力做功一定为C若c、d之间的距离为L,则该电场的场强大小一定为D若W1W2,则a、M两点之间的电势差一定等于b、N两点之间的电势差BDA错:结合题意,只能判定Uab 0、Ucd0,但电场
4、方向不能得出B对:由于M、N分别为ac和bd的中点,对于匀强电场,则UMN,可知该粒子由M至N过程中,电场力做功W. C错:电场强度的方向只有沿cd时,场强E,但本题中电场方向未知D对:若W1W2,则ac与bd一定相互平行,可知UaMUbN.3(2018天津卷,3)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 ()AvMvN,aMaN BvMvN,MNCMN,EpMEpNDaMaN,EpMEpND因为
5、N点的电场线密,所以场强大,受到的电场力大,加速度大,即aMN.又由EPq知,带负电粒子在电势越低的位置,具有的电势能越大,即EpMvN.若带负电粒子由N向M运动过程中电场力做正功,则动能增大,也可得vMvN,故选D.4(2017高考全国卷,20)(多选)在一静止点电荷的电场中,任一点的电势与该点到点电荷的距离r的关系如图所示,电场中四个点a、b、c和d的电场强度大小分别为Ea、Eb、Ec和Ed.点a到点电荷的距离ra与点a的电势a已在图中用坐标(r,a)标出,其余类推现将一带正电的试探电荷由a点依次经b、c点移动到d点,在相邻两点间移动的过程中,电场力所做的功分别为Wab 、Wbc和Wcd.
6、下列选项正确的是 ()AEaEb41 BEc Ed21CWabWbc31DWbcWcd13ACA对:由题图知,a、b、c、d四个点距点电荷的距离依次增大,且rb2ra,由E知,EaEb41.B错:rd 2rc,由E知,EcEd41.C对:在移动电荷的过程中,电场力做的功与电势能的变化量大小相等,则WabWbcq(ab)q(bc)31.D错:WbcWcdq(bc)q(cd)11.5(2017高考全国卷,25)如图,两水平面(虚线)之间的距离为H,其间的区域存在方向水平向右的匀强电场自该区域上方的A点将质量均为m、电荷量分别为q和q(q0)的带电小球M、N先后以相同的初速度沿平行于电场的方向射出小
7、球在重力作用下进入电场区域,并从该区域的下边界离开,已知N离开电场时的速度方向竖直向下;M在电场中做直线运动,刚离开电场时的动能为N刚离开电场时动能的1.5倍不计空气阻力,重力加速度大小为g.求(1)M与N在电场中沿水平方向的位移之比;(2)A点距电场上边界的高度;(3)该电场的电场强度大小解析(1)设小球M、N在A点水平射出时的初速度大小为v0,则它们进入电场时的水平速度仍然为v0.M、N在电场中运动的时间t相等,电场力作用下产生的加速度沿水平方向,大小均为a,在电场中沿水平方向的位移分别为s1和s2.由题给条件和运动学公式得v0at0s1v0tat2s2v0tat2联立式得3(2)设A点距
8、电场上边界的高度为h,小球下落h时在竖直方向的分速度为vy,由运动学公式得v2ghHvytgt2M进入电场后做直线运动,由几何关系知联立式可得hH(3)设电场强度的大小为E,小球M进入电场后做直线运动,则设M、N离开电场时的动能分别为Ek1 、Ek2,由动能定理得Ek1m(vv)mgHqEs1 Ek2m(vv)mgHqEs2由已知条件Ek1 1. 5Ek2联立式得E答案(1)31(2)H(3)考情分析命题特点与趋势1近几年高考题型主要以选择题为主,命题热点主要集中在电场强度、电场线的用途、电势能的变化、电势高低的判断、匀强电场中电势差与电场强度的关系、带电粒子在电场中的运动等22018年命题,
9、选择题会以电场线、等势线为背景,结合场强、电势、电势能等基本概念进行考查,也可能会出现以带电粒子在电场中运动为背景考查学生建模能力和数学处理能力的计算题解题要领1要牢牢抓住力和能这两条主线,将知识系统化,找出它们的联系,做到融会贯通2重视电场线、等势面、运动轨迹相结合的题目带电粒子在电场中的加速、偏转以及电容器的相关知识在实际生产、生活中的应用,如静电除尘、电容式传感器、喷墨打印机、示波器等高频考点一电场性质的理解与应用备考策略1电场强度常用的公式2电势高低的比较(1)根据电场线方向,沿着电场线方向,电势越来越低;(2)根据电势的定义式,即将q从电场中的某点移至无穷远处电场力做功越多,则该点的
10、电势越高;(3)根据电势差UABAB,若UAB0,则AB,反之AEp2Ep0Ep1Dx2x3段的电场强度大小、方向均不变,x2x3段做匀加速直线运动D根据图象的斜率表示电场强度,在x1处斜率为零,即电场强度为零,所以在此处的电场力为零,故A错误;由于沿着电场线方向电势降低,所以x2点处电场强度的方向沿x轴负方向,故B错误;根据负电荷在电势低的地方电势能大,所以Ep3Ep2Ep0Ep1,故C错误;由于x2x3的斜率不变,即电场强度不变,方向沿x轴负方向,负电荷受到电场力方向向右,x2x3段做匀加速直线运动,故D正确考向3匀强电场的场强计算例3(2018河南天一联考)(多选)如图所示,匀强电场中的
11、三个点A、B、C构成一个直角三角形,ACB90,ABC60,d.把一个电荷量为q的点电荷从A点移动到B点电场力不做功;从B点移动到C点电场力做功为W.若C点的电势为零,则()A该电场的电场强度大小为BC、B两点间的电势差为UCBCA点的电势为D若从A点沿AB方向飞入一电子,其运动轨迹可能是乙BD点电荷从A移动到B点电场力不做功,说明A、B两点在同一等势面上,从B点移动到C点电场力做功为W,说明电场强度的方向垂直于AB边向上则A点的电势A,故选项C错误;C、B两点间的电势差为UCB.故选项B正确;该电场的电场强度大小为E,故选项A错误;电子从A点沿AB方向飞入,受力方向将沿电场线方向的反方向,故
12、粒子将向左下偏转,故选项D正确题组突破11.(2018南昌三中第七次考试)如图所示,直角坐标系中x轴上在xr处固定有带电量为9Q的正点电荷,在xr处固定有带电量为Q的负点电荷,y轴上a、b两点的坐标分别为yar和ybr,cde点都在x轴上,d点的坐标为xd2r,rxcEeBa、b两点的电势相等Cd点场强为零Da、b两点的场强相同Dcd点间距与de点间距相等,根据电场线的分布情况知,c处电场线密,场强大,故A正确;由电场分布的对称性可知,a、b两点的电势相等,故B正确;9Q在d点产生的场强大小E1kk,方向水平向右Q在d点产生的场强大小E2k,方向水平向左所以由电场的叠加原理可知,d点场强为零,
13、故C正确;根据电场线分布的对称性可知,a、b两点场强的大小相等,但方向不同,则a、b两点的场强不相同,故D错误12.(2018河南商丘模拟)如图甲所示,半径为R、均匀带正电的球体,AB为过球心O的直线上的两点,且OA2R,OB3R;球体的空间产生球对称的电场,电场强度大小沿半径方向分布情况如图乙所示,图中E0已知,Er曲线下OR部分的面积等于2R3R部分的面积则下列说法正确的是()AA点的电势低于B点的电势BA点的电场强度小于B点的电场强度C从球面到A点的电势差小于AB两点间的电势差D电荷量为q的正电荷沿直线从A点移到B点的过程中,电场力做功E0RqD球体带正电,电场线方向沿半径向外,故A点电
14、势高于B点电势,A错误,因为A距O点半径为2R,B距O点距离为3R,从Er图中2R处的电场强度大于3R处的电场强度,即EAEB,B错误;根据UEd可知图象的面积表示电势差,从Er图可知,R2R围成的面积大于2R3R围成的面积,即从球面到A点的电势差大于AB两点间的电势差,C错误;因为曲线下OR部分的面积等于2R3R部分的面积,即OR间的电势差等于2R3R间的电势差,即等于AB间的电势差,故电场做功为WUqREg,D正确13.(2018高考物理全真模拟二)如图所示,匀强电场中的PAB平面平行于电场方向,C点为AB的中点,D点为PB的中点将一个带负电的粒子从P点移动到A点,电场力做功WPA1.61
15、08J;将该粒子从P点移动到B点,电场力做功WPB3.2108J .则下列说法正确的是()A直线PC为等势线B若将该粒子从P点移动到C点,电场力做功为WPC2.4108JC电场强度方向与AD平行D点P的电势高于点A的电势B由于匀强电场中UEd,则在某一直线方向上,电势沿直线方向均匀变化由题可知D点为PB的中点,则WPD1.6108J,P点移动到A点WPA1.6108J,则AD电势相等,故直线AD为等势线,电场强度方向与AD垂直;由于匀强电场中电场力做功与路径无关,WABWAPWPB(WPA)WPB1.6108J;P点移动到C点,电场力做功WPCWPAWACWPA2.4108J,故AC错误,B正
16、确;根据WPAqUPA,电场力对负电荷做正功,可知UPA0的区域内存在沿y轴正方向的匀强电场,电场强度大小为E103V/m,比荷为1.0105C/kg的带正电的粒子P从A板中心O处静止释放,其运动轨迹恰好经过M(,1)点,粒子P的重力不计 (1)求金属板AB之间的电势差UAB; (2)若在粒子P经过O点的同时,在y轴右侧匀强电场中某点由静止释放另一带电微粒Q,使PQ恰能运动中相碰假设Q的质量是P的2倍、带电情况与P相同,Q的重力及P、Q之间的相互作用力均忽略不计,求粒子Q所有释放点的集合解析(1)设粒子P的质量为m、带电量为q,从O点进入匀强电场时的速度大小为v0.由题意可知,粒子P在y轴右侧
17、匀强电场中做类平抛运动;设从O点运动到M(,1)点历时为t0,由类平抛运动可得xv0t0,yt,解得v0104m/s在金属板AB之间,由动能定理可知qUABmv,解得UAB1 000 V.(2)设粒子P、Q在右侧电场中运动的加速度分别为a1、a2;Q粒子从坐标N (x,y)点释放后,经时间t与粒子P相遇由牛顿运动定律及类平抛运动的规律和几何关系可得对于P:Eqma1,xv0t对于Q:Eq2ma2,a1t2ya2t2解得yx2,其中x0即粒子Q释放点N(x,y)坐标满足的方程为yx2其中x0.答案(1)1 000 V (2)yx2其中x0考向3带电粒子在交变电场中的运动例6(2018广东省潮州市
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