《全品高考复习方案》2020届高考物理一轮复习文档：第7单元 静电场 听课正文.doc

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1、高考热点统计要求2015年2016年2017年2018年高考基础要求及冷点统计库仑定律1516物质的电结构、电荷守恒、点电荷()静电现象的解释、静电场()示波管()前两个考点为高考基础要求,一般不单独命题,要求理解;示波管是带电粒子在电场中运动的模型应用,属于高考的冷点.电场强度、点电荷的场强1515202521电场线、电势能、电势1520152021电势差2421匀强电场中电势差和电场强度的关系2121带电粒子在匀强电场中的运动15242016252121常见电容器、电容器的电压、电荷量和电容的关系14141721考情分析1.电场的性质及带电粒子在电场中的运动问题是历年高考的重点.复习时应侧

2、重对基本概念、规律进行认识和理解.掌握描述电场性质的几个物理量,如电场强度、电场线、电势、电势能等,理解平行板电容器的电容,会分析带电粒子在电场中的运动问题.2.选择题主要通过轨迹或图像考查电场的性质,电容器综合问题出现频率较高;计算题主要考查带电粒子在电场中的运动,常与牛顿运动定律、功能关系、动量观点综合.第19讲电场的力的性质一、电荷及其守恒定律1.元电荷、点电荷(1)元电荷:e=1.6010-19C,所有带电体的电荷量都是元电荷的.(2)点电荷:代表有一定电荷量的点,忽略带电体的大小和形状的.2.电荷守恒定律(1)内容:电荷既不会创生,也不会消灭,它只能从一个物体转移到另一个物体,或者从

3、物体的一部分转移到另一部分;在转移过程中,电荷的总量.(2)三种起电方式:起电、起电、起电.二、库仑定律1.内容:真空中两个静止点电荷之间的相互作用力,与它们的电荷量的乘积成,与它们的距离的二次方成,作用力的方向在它们的连线上.2.表达式:F=k,式中k=Nm2/C2,叫作静电力常量.3.适用条件:真空中的.三、电场、电场强度1.电场基本性质:对放入其中的电荷有.2.电场强度(1)定义:放入电场中某点的电荷受到的与它的的比值.(2)定义式:.单位:N/C或V/m.(3)矢量性:规定在电场中某点所受电场力的方向为该点电场强度的方向.四、电场线1.电场线:在电场中画出的一些曲线,曲线上每一点的方向

4、都跟该点的场强方向一致,曲线的疏密表示电场的.电场线不是实际存在的线,而是为了描述电场而假想的线.2.电场线的特点(1)电场线从或无限远处出发,终止于或无限远处.(2)电场线不相交.(3)在同一电场里,电场线越密的地方场强.【辨别明理】(1)物体起电的实质是电子的转移.()(2)电场和电场线都是客观存在的.()(3)E=是电场强度的定义式,可知电场强度与电场力成正比.()(4)没有电场线的地方不存在电场.()(5)在点电荷产生的电场中,以点电荷为球心的同一球面上各点的电场强度都相同.()(6)电场线的方向即为带电粒子的运动方向.()(7)人教选修3-1改编如图19-1所示,有一带正电的验电器,

5、当一个金属球A靠近验电器的小球B(不接触)时,验电器的金箔张角减小,则金属球A的带电情况如何?图19-1考点一电荷守恒与库仑定律(1)在用库仑定律公式进行计算时,无论是正电荷还是负电荷,均代入电荷量的绝对值计算库仑力的大小.(2)两个点电荷间相互作用的库仑力满足牛顿第三定律,大小相等、方向相反.(3)由公式F=k可以看出,在两带电体的间距及电荷量之和一定的条件下,当q1=q2时,F最大.1.(电荷守恒)人教版选修3-1改编如图19-2所示,两个不带电的导体A和B,用一对绝缘柱支持使它们彼此接触.把一带正电荷的物体C置于A附近,贴在A、B下部的金属箔都张开,则()图19-2A.此时A带正电,B带

6、负电B.此时A电势低,B电势高C.移去C,贴在A、B下部的金属箔都闭合D.先把A和B分开,然后移去C,贴在A、B下部的金属箔都闭合2.(电荷守恒和库仑定律)2018浙江4月选考真空中两个完全相同、带等量同种电荷的金属小球A和B(可视为点电荷)分别固定在两处,它们之间的静电力为F.用一个不带电的同样金属球C先后与A、B球接触,然后移开球C,此时A、B球间的静电力为()A.B.C.D.3.(库仑力作用下的平衡问题)2018杭州二中期末如图19-3所示,质量分别是m1和m2、电荷量分别是q1和q2的小球用长度不等的绝缘轻丝线悬挂起来,两丝线与竖直方向的夹角分别是和(),两小球恰在同一水平线上,则()

7、图19-3A.q1一定大于q2B.两球一定带同种电荷C.m1一定小于m2D.质量为m1的小球所受的库仑力一定大于质量为m2的小球所受的库仑力4.(库仑力作用下的动力学问题)如图19-4所示,足够大的光滑绝缘水平面上有三个带电质点,A和C围绕B做角速度大小相同的匀速圆周运动,B恰能保持静止,其中A、C和B的距离分别是L1和L2.不计三个质点间的万有引力,图19-4则A和C的比荷(电荷量与质量之比)为()A.B.C.D.要点总结(1)对于两个均匀带电绝缘球体,可以将其视为电荷集中于球心的点电荷,r为两球心之间的距离.(2)对于两个带电金属球,要考虑金属球表面电荷的重新分布.(3)不能根据公式错误地

8、推出:当r0时,F.其实,在这样的条件下,两个带电体已经不能再看成点电荷了.考点二电场的叠加1.电场强度三个表达式的比较表达式E=E=kE=公式意义电场强度定义式真空中点电荷的电场强度决定式匀强电场中E与U的关系式适用条件一切电场真空点电荷匀强电场决定因素由电场本身决定,与检验电荷q无关由场源电荷Q和场源电荷到该点的距离r共同决定由电场本身决定,d为两点沿电场方向的距离2.电场的叠加(1)叠加原理:多个电荷在空间某处产生的电场为各电荷在该处所产生的电场强度的矢量和.(2)运算法则:平行四边形定则.图19-5例1如图19-5所示,在光滑绝缘水平面上,三个带电小球a、b和c分别位于边长为l的正三角

9、形的三个顶点上;a、b带正电,电荷量均为q,c带负电.整个系统置于方向水平的匀强电场中.已知静电力常量为k.若三个小球均处于静止状态,则匀强电场场强的大小为()A.B.C.D.题根分析求解电场强度的叠加问题的思路:确定分析计算的空间位置;分析该处有几个分电场,先计算出各个分电场在该点的电场强度的大小和方向;依次利用平行四边形定则求出矢量和.变式网络图19-6变式题1(对称法)如图19-6所示,一半径为R的圆盘上均匀分布着电荷量为Q的电荷,在垂直于圆盘且过圆心c的轴线上有a、b、d三个点,a和b、b和c、c和d间的距离均为R,在a点处有一电荷量为q(q0)的固定点电荷.已知b点处的场强为零,则d

10、点处场强的大小为(静电力常量为k)()A.kB.kC.kD.k变式题2(补偿法)已知均匀带电球体在球的外部产生的图19-7电场与一个位于球心、所带电荷量与之相等的点电荷产生的电场相同.如图19-7所示,半径为R的球体上均匀分布着总电荷量为Q的电荷,在过球心O的直线上有A、B两个点,O和B间、B和A间的距离均为R.现以OB为直径在球内挖出一个球形空腔,若静电力常量为k,球的体积公式为V=r3,则A点处电场强度的大小为()A.B.C.D.变式题3(等效法)2018济南期中MN为足够大的不带电的金属板,在其右侧距离为d的位置放一个电荷量为+q的点电荷O,金属板右侧空间的电场分布如图19-8甲所示,P

11、是金属板表面上与点电荷O距离为r的一点.几位同学想求出P点的电场强度大小,但发现问题很难,经过研究,他们发现图甲的电场分布与图乙中虚线右侧的电场分布是一样的.图乙是两等量异号点电荷的电场线分布图,两点电荷的电荷量的大小均为q,它们之间的距离为2d,虚线是两点电荷连线的中垂线.由此他们分别对甲图中P点的电场强度方向和大小做出以下判断,其中正确的是()图19-8A.方向沿P点和点电荷的连线向左,大小为B.方向沿P点和点电荷的连线向左,大小为C.方向垂直于金属板向左,大小为D.方向垂直于金属板向左,大小为变式题4(微元法)一半径为R的圆环上均匀地带有电荷量为Q的电荷,在垂直于圆环平面的对称轴上有一点

12、P,它与环心O的距离OP=L.已知静电力常量为k.关于P点的场强E,下列四个表达式中只有一个是正确的,请你根据所学的物理知识,通过一定的分析,判断正确的表达式是()A.B.C.D.考点三电场线的理解和应用1.电场线的应用(1)在同一电场里,电场线越密的地方场强越大.(2)电场线上某点的切线方向表示该点的场强方向.(3)沿电场线方向电势逐渐降低.(4)电场线和等势面在相交处互相垂直.2.两种等量点电荷的电场线比较等量异种点电荷等量同种点电荷电场线分布中垂线上的电场强度O点最大,向外逐渐减小O点为零,向外先变大后变小连线上的电场强度沿连线先变小后变大,中点O处的电场强度最小沿连线先变小后变大,中点

13、O处的电场强度为零例2(多选)2018三明模拟如图19-9所示,实线为不知方向的三条电场线,从电场中M点以相同速度垂直于电场线方向飞出a、b两个带电粒子,仅在电场力作用下的运动轨迹如图中虚线所示,则()图19-9A.a一定带正电,b一定带负电B.a的速度将减小,b的速度将增大C.a的加速度将减小,b的加速度将增大D.两个粒子的动能均增大变式题12018茂名模拟如图19-10所示为两个等量点电荷的电场线,图中A点和B点、C点和D点分别关于两电荷连线的中点O对称.若将一电荷放在此电场中,则以下说法正确的是()图19-10A.电荷在O点时受力最大B.电荷沿直线由A到B的过程中,电场力先增大后减小C.

14、电荷沿直线由A到B的过程中,电势能先增大后减小D.电荷沿直线由C到D的过程中,电场力先增大后减小变式题22018潍坊二中月考如图19-11所示,A、B为两个等量的正点电荷,在其连线中垂线上的P点放一个负点电荷q(不计重力),由静止释放后,下列说法中正确的是()图19-11A.点电荷在从P点运动到O点的过程中,加速度越来越大,速度越来越大B.点电荷在从P点运动到O点的过程中,加速度越来越小,速度越来越大C.点电荷运动到O点时加速度为零,速度达最大值D.点电荷越过O点后,速度越来越小,加速度越来越大,直到点电荷速度为零要点总结电场线与轨迹问题的判断方法(1)“运动与力两线法”画出“速度线”(运动轨

15、迹在初始位置的切线)与“力线”(电场线在初始位置的切线),从两者的夹角情况来分析曲线运动的情况.(2)“三不知时要用假设法”电荷的正负、场强的方向或等势面电势的高低、电荷运动的方向,若已知其中的任意一个,可顺次向下分析判定各待求量;若三个都不知,则要用假设法分别讨论各种情况.完成课时作业(十九)第20讲电场的能的性质一、电势能和电势、等势面1.电势能:电荷在电场中某点具有的势能,等于将电荷从该点移到位置时电场力所做的功.2.电场力做功与电势能变化的关系:电场力做的功等于,即WAB=EpA-EpB=-Ep.3.电势:电荷在电场中某点具有的与它的的比值,即=.4.等势面(1)定义:电场中相同的各点

16、构成的面.(2)特点:等势面一定与垂直,即跟场强的方向垂直.在同一等势面上移动电荷时电场力做功.电场线总是从电势高的等势面指向的等势面.在空间中两等势面相交.等差等势面越密的地方电场强度,越疏的地方电场强度.二、电势差匀强电场中电势差与场强的关系1.电势差(1)定义:电荷在电场中由一点A移到另一点B时,与移动的电荷的比值.(2)定义式:UAB=;电势差与电势的关系:UAB=,UAB=-UBA.2.匀强电场中电势差与电场强度的关系(1)电势差与场强的关系式:UAB=,其中d为电场中两点间沿的距离.(2)在匀强电场中,场强在数值上等于沿方向每单位距离上降低的电势.三、静电平衡导体处于静电平衡状态的

17、两大特点:(1)导体内部的场强;(2)导体是一个等势体,导体表面电势.【辨别明理】(1)电场力做功与重力做功相似,均与路径无关.()(2)电场中电场强度为零的地方电势一定为零.()(3)电场强度处处相同的区域内,电势一定也处处相同.()(4)沿电场线方向电场强度越来越小,电势逐渐降低.()(5)A、B两点间的电势差等于将正电荷从A移到B点时静电力所做的功.()(6)电场中,场强方向是指电势降落的方向.()(7)电势有正负之分,因此电势是矢量.()(8)电势的大小由电场的性质决定,与零电势点的选取无关.()(9)电势差UAB由电场本身的性质决定,与零电势点的选取无关.()(10)处于静电平衡的导

18、体是等势体,导体表面是等势面,但导体表面的场强可能不同.()考点一描述电场的能的性质的物理量1.电势高低常用的两种判断方法(1)沿电场线方向电势逐渐降低.(2)若UAB0,则AB;若UAB0,则AQB.直线c位于某一等势面内,MNC.若电子由M点运动到Q点,电场力做正功D.若电子由P点运动到Q点,电场力做负功要点总结根据电势的定义式=计算时,、Ep、q要注意带符号运算.考点二电势差与电场强度的关系在匀强电场中由公式U=Ed得出的“一式、二结论”(1)“一式”E=,其中d是沿电场线方向上的距离.(2)“二结论”结论1:匀强电场中的任一线段AB的中点C的电势C=,如图20-3所示.结论2:匀强电场

19、中若两线段ABCD,且AB=CD,则UAB=UCD(或A-B=C-D),如图20-4所示.图20-3图20-4图20-5例2(多选)2018全国卷如图20-5所示,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W1=W2,则a、M两点之间的电势差一定等于

20、b、N两点之间的电势差图20-6变式题2018山东潍坊中学一模如图20-6所示,匀强电场的方向平行于xOy坐标系平面,其中坐标原点O处的电势为2V,a点的坐标为(0,4cm),电势为8V,b点的坐标为(3cm,0),电势为8V,则电场强度的大小为()A.250V/mB.200V/mC.150V/mD.120V/m要点总结知道由几个点的电势确定电场线的方法:将电势最高的点和电势最低的点相连,根据在匀强电场中经过相等的距离电势差相等,确定连线上与第三个点的电势相等的点,电势相等的两点连线为等势线,根据电场线与等势线垂直即可画出电场线.考点三电场线、等势面和带电粒子轨迹问题1.带电粒子在电场中运动轨

21、迹问题的分析方法(1)从轨迹的弯曲方向判断受力方向(轨迹向合外力方向弯曲),从而分析电场方向或电荷的正负.(2)结合轨迹、速度方向与静电力的方向,确定静电力做功的正负,从而确定电势能、电势和电势差的变化等.(3)根据动能定理或能量守恒定律判断动能的变化情况.2.求电场力做功的四种方法(1)定义式:WAB=Flcos=qElcos(适用于匀强电场).(2)电势的变化:WAB=qUAB=q(A-B).(3)动能定理:W电+W其他=Ek.(4)电势能的变化:WAB=-Ep=EpA-EpB.3.电场中的功能关系(1)若只有电场力做功,则电势能与动能之和保持不变.(2)若只有电场力和重力做功,则电势能、

22、重力势能、动能之和保持不变.(3)除重力、弹力外,其他各力对物体做的功等于物体机械能的增量.(4)所有外力对物体所做的总功等于物体动能的变化.图20-7例32018天津卷如图20-7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,EpMEpN变式题1(多选)2016海南卷如图20-8所示,一带正电的点电荷固定于O点,两虚线圆均以O

23、为圆心,两实线分别为带电粒子M和N先后在电场中运动的轨迹,a、b、c、d、e为轨迹和虚线圆的交点.不计重力.下列说法正确的是()图20-8A.M带负电荷,N带正电荷B.M在b点的动能小于它在a点的动能C.N在d点的电势能等于它在e点的电势能D.N在从c点运动到d点的过程中克服电场力做功变式题2(多选)2018全国卷图20-9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2V.一电子经过a时的动能为10eV,从a到d的过程中克服电场力所做的功为6eV.下列说法正确的是()图20-9A.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

24、为4eVD.该电子经过平面b时的速率是经过d时的2倍要点总结在解决电场中的能量问题时常用到的基本规律有动能定理、能量守恒定律,有时也会用到功能关系.(1)应用动能定理解决问题需研究合外力做的功(或总功).(2)应用能量守恒定律解决问题需注意电势能和其他形式能之间的转化.(3)应用功能关系解决该类问题需明确电场力做功与电势能变化之间的对应关系.考点四电场中的图像问题考向一E-x图像(1)E-x图像反映了电场强度随位移变化的规律.(2)E-x图线与x轴围成的“面积”表示电势差,“面积”大小表示电势差大小,两点的电势高低根据电场方向判定.例4(多选)一个电荷量为+q的粒子只在电场力作用下沿x轴做直线

25、运动,规定x轴正方向为电场强度正方向,x轴上各点的电场强度E随x坐标的变化图线如图20-10所示(已知图线关于O点对称).A(0,x1)、B(0,-x1)为粒子运动轨迹上的两点.下列说法中正确的是()图20-10A.A、B两点的电场强度和电势均相同B.粒子经过A、B两点时的速度大小相同C.粒子经过A、B两点时的加速度相同D.粒子经过A、B两点时的电势能相同考向二-x图像(1)-x图线的斜率大小等于电场强度的大小,在-x图线切线的斜率为零处,电场强度为零.(2)由-x图像可以直接判断各点电势的大小,并可根据电势大小关系确定电场强度的方向.(3)在-x图像中分析电荷移动时电势能的变化,可用WAB=

26、qUAB,进而分析WAB的正负,然后做出判断.例5(多选)2017全国卷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20-11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(ra,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.下列选项正确的是()图20-11A.EaEb=41B.EcEd=21C.WabWbc=31D.WbcWcd=13考向三Ep-x图像、Ek-x图像电场力做功量度电势能的变化,

27、而电场力做功就是力对位移的积累,由Ep-Ep0=Fx,得Ep=Ep0+Fx,故Ep-x图像的斜率表示电场力,纵截距表示初电势能;合力做功量度了动能的变化,如果带电粒子只受电场力的作用,则合力做的功就是电场力做的功,由Ek-Ek0=Fx,得Ek=Ek0+Fx,故Ek-x图像的斜率表示电场力,纵截距表示初动能.然后根据两图像斜率的变化可判断出电场力的变化,进而判断出电场强度大小的变化.例62018黄冈中学二模两电荷量分别为q1和q2的点电荷固定在x轴上的O、M两点,规定无穷远处为电势能零点,一带负电的试探电荷在x轴上各点具有的电势能随x变化关系如图20-12所示,其中试探电荷在A、N两点的电势能为

28、零,在ND段中C点电势能最大.下列说法正确的是()图20-12A.q1为正电荷,q2为负电荷B.q1的电荷量小于q2的电荷量C.将一正点电荷从N点移到D点,电场力先做负功后做正功D.一正点电荷从N点由静止释放后会沿x轴正方向运动且到达C点时速度最大考向四电场分布结合v-t图像根据v-t图像的速度变化、斜率变化(即加速度的变化),可确定电荷所受电场力的方向与电场力的大小变化情况,进而确定电场的方向、电势的高低及电势能的变化.例7(多选)2018河南洛阳一中月考如图20-13甲所示,Q1、Q2为两个固定的点电荷,其中Q1带负电,a、b、c三点在它们连线的延长线上.现有一带负电的粒子以一定的初速度沿

29、直线从a点开始向远处运动经过b、c两点(粒子只受电场力作用),粒子经过a、b、c三点时的速度分别为va、vb、vc,其速度时间图像如图乙所示.以下说法中正确的是()图20-13A.Q2一定带正电B.Q2的电荷量一定小于Q1的电荷量C.b点的电场强度最大D.粒子由a点到c点运动过程中,电势能先增大后减小完成课时作业(二十)第21讲电容器、带电粒子在电场中的运动一、电容器与电容1.电容器(1)组成:任何两个相互靠近又彼此的导体.(2)带电荷量:一个极板所带电荷量的.(3)击穿电压:电容器允许加的电压称为击穿电压.额定电压比击穿电压.2.电容(1)定义:电容器所带的与电容器两极板间电势差U的比值.公

30、式为.(2)单位:法拉(F),常用单位有微法(F)、皮法(pF).1F=106F=1012pF.(3)平行板电容器电容的决定式:,k为静电力常量.二、带电粒子在电场中的加速1.动力学观点分析:若电场为匀强电场,则有a=,E=,v2-=2ad.2.功能观点分析:粒子只受电场力作用,满足.三、带电粒子在匀强电场中的偏转1.运动性质:运动.2.处理方法:运动的分解.(1)沿初速度方向:做运动.(2)沿电场方向:做初速度为零的运动.【辨别明理】(1)电容器所带的电荷量是指每个极板所带的电荷量的代数和.()(2)电容表示电容器容纳电荷的多少.()(3)电容器的电容与电容器所带的电荷量成反比.()(4)放

31、电后的电容器所带的电荷量为零,电容也为零.()(5)公式C=可用来计算任何电容器的电容.()(6)带电粒子在匀强电场中只能做类平抛运动.()(7)带电粒子在电场中只受电场力时,也可以做匀速圆周运动.()(8)带电粒子在电场中运动时,重力一定可以忽略不计.()考点一平行板电容器1.静电计是用来测量电容器两极板间电势差的仪器,两板之间的电势差越大,则静电计的指针偏角越大.平行板电容器、滑动变阻器、电源、开关以及静电计按如图21-1所示的电路连接.当开关闭合时,静电计的指针有偏转.下列做法能使偏角增大的是()图21-1A.断开开关,增大两极板间的距离B.保持开关闭合,增大两极板间的距离C.保持开关闭

32、合,减小两极板间的距离D.保持开关闭合,使滑动变阻器的滑片向左移动2.(电容器动态变化及其中的粒子运动判断)2018江苏如图21-2所示,水平金属板A、B分别与电源两极相连,带电油滴处于静止状态.现将B板右端向下移动一小段距离,两金属板表面仍均为等势面,则该油滴()图21-2A.仍然保持静止B.竖直向下运动C.向左下方运动D.向右下方运动3.(电容器动态变化、功能问题)2016天津卷如图21-3所示,平行板电容器带有等量异种电荷,与静电计相连,静电计金属外壳和电容器下极板都接地,在两极板间有一个固定在P点的点电荷,以E表示两板间的电场强度,Ep表示点电荷在P点的电势能,表示静电计指针的偏角.若

33、保持下极板不动,将上极板向下移动一小段距离至图中虚线位置,则()图21-3A.增大,E增大B.增大,Ep不变C.减小,Ep增大D.减小,E不变要点总结分析比较的思路(1)先确定是Q不变还是U不变:若电容器保持与电源连接,则U不变;若电容器充电后与电源断开,则Q不变.(2)用决定式C=确定电容器电容的变化.(3)用定义式C=判定电容器所带电荷量Q或两极板间电压U的变化.(4)电压不变时,用E=分析电容器极板间电场强度的变化,电荷量不变时,用E=分析电容器极板间电场强度的变化.考点二带电粒子在电场中的直线运动1.带电粒子在电场中运动时重力的处理(1)基本粒子:如电子、质子、粒子、离子等,除有说明或

34、明确的暗示以外,一般都不考虑重力(但并不忽略质量).(2)带电颗粒:如液滴、油滴、尘埃、小球等,除有说明或明确的暗示以外,一般都不能忽略重力.2.做直线运动的条件(1)粒子所受合外力F合=0,粒子做匀速直线运动.(2)粒子所受合外力F合0,且F合与初速度方向在同一条直线上,带电粒子将做匀加速直线运动或匀减速直线运动.3.用动力学观点分析a=,E=,v2-=2ad.4.用功能观点分析匀强电场中:W=Eqd=qU=mv2-m.非匀强电场中:W=qU=Ek2-Ek1.例1反射式速调管是常用的微波器件之一,它利用电子团在电场中的振荡来产生微波,其振荡原理与下述过程类似:如图21-4所示,在虚线MN两侧

35、分别存在着方向相反的两个匀强电场,一个带电微粒从A点由静止开始在电场力作用下沿直线在A、B两点间往返运动.已知电场强度的大小分别是E1=2.0103N/C和E2=4.0103N/C,方向如图所示,带电微粒质量m=1.010-20kg,所带的电荷量q=-1.010-9C,A点与虚线MN的距离d1=1.0cm,不计带电微粒的重力,忽略相对论效应.求:(1)B点到虚线MN的距离d2;(2)带电微粒从A点运动到B点所经历的时间t.图21-4变式题12017江苏卷如图21-5所示,三块平行放置的带电金属薄板A、B、C中央各有一小孔,小孔分别位于O、M、P点.由O点静止释放的电子恰好能运动到P点.现将C板

36、向右平移到P点,则由O点静止释放的电子图21-5()A.运动到P点返回B.运动到P和P点之间返回C.运动到P点返回D.穿过P点变式题22018唐山一中期中如图21-6所示,A、B为水平放置的两个平行金属板,两板相距d,分别与电源两极相连,两板的中央各有一个小孔M和N.今有一质量为m的带电油滴从A板的上方距A板为d的P点由静止开始自由下落(P、M、图21-6N在同一竖直线上),空气阻力忽略不计,重力加速度为g,带电油滴通过N孔时的动能Ek2mgd.若将极板A向上移动一小段距离,使其到图中虚线所示位置,则()A.油滴带正电,Ek=EkB.油滴带正电,EkEkC.油滴带负电,Ek=EkD.油滴带负电

37、,EkEk考点三带电粒子在电场中的偏转1.两个结论(1)不同的带电粒子从静止开始经过同一电场加速后再从同一偏转电场射出时的偏转角度总是相同的.证明:由qU0=m及tan=得tan=.(2)粒子经电场偏转后,合速度的反向延长线与初速度延长线的交点O为粒子水平位移的中点,即O到电场边缘的距离为.2.带电粒子在匀强电场中偏转的功能关系讨论带电粒子的末速度v时也可以从能量的角度进行求解:qUy=mv2-m,其中Uy=y,指初、末位置间的电势差.例2(多选)2015天津卷如图21-7所示,氕核、氘核、氚核三种粒子从同一位置无初速度地飘入电场线水平向右的加速电场E1,之后进入电场竖直向下的匀强电场E2发生

38、偏转,最后打在屏上.整个装置处于真空中,不计粒子重力及其相互作用,那么()图21-7A.偏转电场E2对三种粒子做功一样多B.三种粒子打到屏上时的速度一样大C.三种粒子运动到屏上所用时间相同D.三种粒子一定打到屏上的同一位置变式题12018山东潍坊实验中学检测如图21-8所示,静止的电子在电压为U1的加速电场的作用下从O经P板的小孔射出,又垂直进入平行金属板间的电场,在电压为U2的偏转电场的作用下偏转一段距离.现使U1加倍,要想使电子的运动轨迹不发生变化,应该()图21-8A.使U2加倍B.使U2变为原来的4倍C.使U2变为原来的倍D.使U2变为原来的变式题2(多选)如图21-9所示,质量相同的

39、两个带电粒子M、N以相同的速度同时垂直于电场方向射入两平行板间的匀强电场中,M从左侧中央射入,N从下极板边缘处射入,它们最后打在同一点.不计带电粒子重力和带电粒子间的相互作用,则从开始射入到打在上极板的过程中()图21-9A.它们运动的时间tM=tNB.它们电势能的减少量之比EMEN=12C.它们动能的增加量之比EkMEkN=12D.它们所带的电荷量之比qMqN=12完成课时作业(二十一)专题五带电粒子在电场中运动的综合问题热点一示波管1.构造电子枪;偏转极板;荧光屏.(如图Z5-1所示)图Z5-12.工作原理(1)YY上加的是待显示的信号电压,XX上是机器自身产生的锯齿形电压,叫作扫描电压.

40、(2)观察到的现象:如果在偏转电极XX和YY之间都没有加电压,则电子枪射出的电子沿直线运动,打在荧光屏中心,在那里产生一个亮斑.若所加扫描电压和信号电压的周期相等,就可以在荧光屏上得到待测信号在一个周期内随时间变化的稳定图像.例1(多选)2018湖南衡阳八中月考示波管是示波器的核心部件,如图Z5-2所示,它由电子枪、偏转电极和荧光屏组成,如果在荧光屏上P点出现亮斑,那么示波管中的()图Z5-2A.极板X应带正电B.极板X应带正电C.极板Y应带负电D.极板Y应带正电热点二带电粒子在交变电场中的运动(1)此类题型一般有三种情况:一是粒子做单向直线运动(一般用牛顿运动定律求解);二是粒子做往返运动(一般分段研究);三是粒子做偏转运动(一般根据交变电场的特点分段研究).(2)分析时从两条思路出发:一是力和运动的关系,根据牛顿第二定律及运动学规律分析;二是功能关系.(3)注重全面分析(分析受力特点和运动规律),抓住粒子的运动具有周期性和在空间上具有对称性的特征,求解粒子运动过程中的速度、位移、做功或确定与物理过程相关的边界条件.考向一交变电场中的直线运动问题例2如图Z5-3甲所示,A和B是真空中正对且面积很大的平行金属板,O是一个可以连续产生粒子的粒子源,O到A、B的距离都是l.现在A、B之间加上电压,电压UAB随时间变化的规