2016版《全程复习方略》高考物理(全国通用)总复习配套ppt课件(五)-对称法在电场中的运用.ppt

《2016版《全程复习方略》高考物理(全国通用)总复习配套ppt课件(五)-对称法在电场中的运用.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2016版《全程复习方略》高考物理(全国通用)总复习配套ppt课件(五)-对称法在电场中的运用.ppt（40页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、热点专题突破系列(五)对称法在电场中的运用【高考热点概述高考热点概述】由于一些物理现象和物理规律具有对称性由于一些物理现象和物理规律具有对称性,所以应用这种对称性所以应用这种对称性,既能帮助我们认识、探索物理现象既能帮助我们认识、探索物理现象,又能求解某些具体的物理问题。又能求解某些具体的物理问题。这种思维方法称为对称法。利用对称法分析解决物理问题这种思维方法称为对称法。利用对称法分析解决物理问题,可以避免可以避免复杂的物理推导和数学计算。直接抓住问题的实质复杂的物理推导和数学计算。直接抓住问题的实质,出奇制胜。可以出奇制胜。可以灵活处理电场中的新问题、新情景灵活处理电场中的新问题、新情景,具

2、体如下：具体如下：1.1.常见的三类问题：常见的三类问题：(1)(1)研究对象的对称。研究对象的对称。(2)(2)研究过程的对称。研究过程的对称。(3)(3)物理规律的对称。物理规律的对称。2.2.考查角度：考查角度：(1)(1)场的对称性。场的对称性。(2)(2)运动的对称性。运动的对称性。3.3.规律应用：规律应用：(1)(1)库仑定律。库仑定律。(2)(2)计算电场强度的公式。计算电场强度的公式。(3)(3)运动学公式。运动学公式。(4)(4)牛顿第二定律。牛顿第二定律。(5)(5)功能关系。功能关系。4.4.常见题型：常见题型：(1)(1)电场的叠加。电场的叠加。(2)(2)电势及电势

3、能的判断。电势及电势能的判断。(3)(3)带电粒子在电场中的运动。带电粒子在电场中的运动。【热热点分点分类类突破突破】一、一、电场电场的叠加的叠加【例例证证1 1】(2013(2013江江苏苏高考高考)下列下列选项选项中的各中的各 圆环圆环大小相同大小相同,所所带带电电荷量已在荷量已在图图中中标标出出,且且电电荷均匀分布荷均匀分布,各各 圆环间圆环间彼此彼此绝缘绝缘。坐。坐标标原点原点O O处电场处电场强强度最大的是度最大的是()【精讲精析精讲精析】选选B B。对于。对于A A项的情况项的情况,根据对称性根据对称性,圆环在坐标原点圆环在坐标原点O O处处产生的电场方向为左下方产生的电场方向为左

4、下方,且与横轴成且与横轴成4545角角,大小设为大小设为E;E;对于对于B B项的项的情况情况,两段圆环各自在两段圆环各自在O O点处产生的场强大小均为点处产生的场强大小均为E,E,方向相互垂直方向相互垂直,然然后再进行合成后再进行合成,合场强为合场强为 E;E;对于对于C C项的情况项的情况,同理同理,三段圆环各自在三段圆环各自在O O处产生的场强大小均为处产生的场强大小均为E,E,合场强为合场强为E;E;而而D D项的情况中项的情况中,合场强为零合场强为零,故故B B项正确。项正确。【总结总结提升提升】电场电场叠加叠加问题问题的分析技巧的分析技巧(1)(1)分析分析电场电场叠加叠加问题问题

5、的一般步的一般步骤骤。确定分析确定分析计计算的空算的空间间位置。位置。分析分析该处该处有几个分有几个分电场电场,先先计计算出各个分算出各个分电场电场在在该该点的点的电场电场强强度的度的大小和方向。大小和方向。依次利用平行四依次利用平行四边边形定形定则则求出矢量和。求出矢量和。(2)(2)分析电场叠加问题的三点注意。分析电场叠加问题的三点注意。电场强度是矢量电场强度是矢量,叠加时应遵从平行四边形定则。叠加时应遵从平行四边形定则。准确选择求电场强度的公式。准确选择求电场强度的公式。充分利用某些电场的对称性充分利用某些电场的对称性,如等量同如等量同(异异)号电荷的电场具有对称号电荷的电场具有对称性。

6、性。二、二、电势电势及及电势电势能的判断能的判断【例例证证2 2】如如图图所示所示,匀匀强强电场电场E E的区域内的区域内,在在O O点放置一点点放置一点电电荷荷+Q+Q。a a、b b、c c、d d、e e、f f为为以以O O为为球心的球面上的点球心的球面上的点,aecf,aecf平面与匀平面与匀强强电场电场平行平行,bedf,bedf平面与匀平面与匀强强电场电场垂直垂直,则则下列下列说说法中正确的是法中正确的是()A.bA.b、d d两点的两点的电场电场强强度相同度相同B.aB.a点的点的电势电势等于等于f f点的点的电势电势C.C.点点电电荷荷+q+q在球面上任意两点之在球面上任意两

7、点之间间移移动时动时,电场电场力一定做功力一定做功D.D.将点将点电电荷荷+q+q在球面上任意两点之在球面上任意两点之间间移移动时动时,从从a a点移点移动动到到c c点点电势电势能能的的变变化量一定最大化量一定最大【精讲精析精讲精析】选选D D。b b、d d两点的场强为两点的场强为+Q+Q产生的电场与匀强电场产生的电场与匀强电场E E的合的合场强场强,由对称性可知由对称性可知,其大小相等其大小相等,方向不同方向不同,A,A错误错误;a;a、f f两点虽在两点虽在+Q+Q所所形成电场的同一等势面上形成电场的同一等势面上,但在匀强电场但在匀强电场E E中此两点不等势中此两点不等势,故故B B错

8、误错误;在在bedfbedf面上各点电势相同面上各点电势相同,点电荷点电荷+q+q在在bedfbedf面上移动时面上移动时,电场力不做功电场力不做功,C,C错误错误;从从a a点移到点移到c c点点,+Q,+Q对它的电场力不做功对它的电场力不做功,但匀强电场对但匀强电场对+q+q做功做功最多最多,电势能变化量一定最大电势能变化量一定最大,故故D D正确。正确。三、三、带电带电粒子在粒子在电场电场中的运中的运动动【例例证证3 3】(多多选选)如如图图所示所示,两平行金属板两平行金属板间间有一匀有一匀强强电场电场,板板长为长为L,L,板板间间距离距离为为d,d,在板右端在板右端L L处处有一有一竖

9、竖直放置的光屏直放置的光屏M,M,一一带电带电荷量荷量为为q,q,质质量量为为m m的的质质点从两板中央射入板点从两板中央射入板间间,最后垂直打在最后垂直打在M M屏上屏上,则则下列下列结论结论正正确的是确的是()A.A.板板间电场间电场强强度大小度大小为为B.B.板板间电场间电场强强度大小度大小为为C.C.质质点在板点在板间间的运的运动时间动时间和它从板的右端运和它从板的右端运动动到光屏的到光屏的时间时间相等相等D.D.质质点在板点在板间间的运的运动时间动时间大于它从板的右端运大于它从板的右端运动动到光屏的到光屏的时间时间【精讲精析精讲精析】选选B B、C C。当质点所受电场力方向向上且大于

10、重力时。当质点所受电场力方向向上且大于重力时,质质点才可能垂直打到屏上。由运动的合成与分解点才可能垂直打到屏上。由运动的合成与分解,可知质点在水平方向可知质点在水平方向上一直做匀速直线运动上一直做匀速直线运动,所以质点在电场中做类平抛运动的时间和在所以质点在电场中做类平抛运动的时间和在重力场中做斜上抛运动的时间相等。由运动规律可知质点在水平方向重力场中做斜上抛运动的时间相等。由运动规律可知质点在水平方向上做匀速直线运动上做匀速直线运动,v,vx x=v=v0 0;在竖直方向上：在电场中在竖直方向上：在电场中v vy y=at,=at,如图所示如图所示,离开电场后质点做斜上抛运动离开电场后质点做

11、斜上抛运动,可看作反方向的平抛运动可看作反方向的平抛运动,v,vy y=gt,=gt,由由此运动过程的对称性可知此运动过程的对称性可知a=g,a=g,由牛顿第二定律得：由牛顿第二定律得：qE-mg=ma=mg,qE-mg=ma=mg,解解得：得：E=E=。故。故B B、C C正确。正确。【总结总结提升提升】受力与运受力与运动动的的对对称性称性(1)(1)带电质带电质点在点在电场电场内外的运内外的运动动具有具有对对称性。在称性。在电场电场内内,是向上弯曲的是向上弯曲的匀匀变变速曲速曲线线运运动动。在。在电场电场外外,是向下弯曲的匀是向下弯曲的匀变变速曲速曲线线运运动动,且在且在电场电场内、外的运

12、内、外的运动时间动时间相等。相等。(2)(2)根据运根据运动动的的对对称性称性,推知受力的推知受力的对对称性。在称性。在电场电场外外,合外力合外力为为mgmg。所以在所以在电场电场内合外力内合外力为为向上的、大小也等于向上的、大小也等于mgmg。四、四、对对称法在交称法在交变电场变电场中的中的应应用用【例例证证4 4】电电容器板容器板长为长为L,L,电电容器两端的容器两端的电压变电压变化化规规律如律如图图所示所示,电压电压绝对值为绝对值为U U0 0。电电子子(质质量量为为m,m,电电荷量荷量为为e)e)沿沿电电容器中容器中线线射入射入时时的初速的初速度度为为v v0 0,为为使使电电子子刚刚

13、好由好由O O2 2点沿中点沿中线线水平射出水平射出,电压变电压变化周期化周期T T和板和板间间距距离离d d各各应满应满足什么条件足什么条件?(?(用用L L、U U0 0、m m、e e、v v0 0表示表示)【精讲精析精讲精析】电子从电子从O O2 2点射出点射出,在竖直方向的位移为零在竖直方向的位移为零,竖直分速度也竖直分速度也必须为零必须为零,所以电子穿过电容器的时间必须是电压变化周期的整数倍所以电子穿过电容器的时间必须是电压变化周期的整数倍,即即t=nT,t=nT,得得T=(n=1,2,3),T=(n=1,2,3),为了使电子能从为了使电子能从O O2 2点射出点射出,电子在电容器

14、中运动过程中不能打在极电子在电容器中运动过程中不能打在极板上板上,要求：要求：y=2y ,y=2y a a b b0,0,故选项故选项C C正确正确,选项选项D D错错误。误。5.5.如如图图所示所示,一一块长块长金属板金属板MNMN接地接地,一一带电带电量量为为+Q+Q的点的点电电荷荷A A与金属板与金属板之之间间的垂直距离的垂直距离为为d,d,求求A A与板与板MNMN连线连线中点中点C C处处的的电场电场强强度。度。【解析解析】因金属板因金属板MNMN接地接地,其电势为零其电势为零,连线中点连线中点C C处的电场与两个相处的电场与两个相距距2d2d的等量异种点电荷电场中距的等量异种点电荷

15、电场中距-Q-Q为为 处的电场强度相同处的电场强度相同,不妨用一不妨用一个处在个处在+Q+Q左侧距离为左侧距离为2d2d的点电荷的点电荷-Q-Q代替大金属板代替大金属板,根据点电荷电场强根据点电荷电场强度公式度公式,点电荷点电荷+Q+Q在在C C处产生的电场强度为处产生的电场强度为E E1 1=,=,方向向左方向向左;点电荷点电荷-Q-Q在在C C处产生的电场强度为处产生的电场强度为E E2 2=,=,方向向左方向向左;A;A与板与板MNMN连线中点连线中点C C处的电场强度处的电场强度E=EE=E1 1+E+E2 2=,=,方向向左。方向向左。答案：答案：见解析见解析6.6.如如图图所示所示

16、,在水平方向的匀在水平方向的匀强强电场电场中中,用用长为长为l的的绝缘细线绝缘细线,拴住拴住质质量量为为m m、带电带电荷量荷量为为q q的小球的小球,线线的上端的上端O O固定固定,开始开始时时将将线线和球拉成水平和球拉成水平,松开后松开后,小球由静止开始向下小球由静止开始向下摆动摆动,当当摆过摆过6060角角时时,速度又速度又变为变为0 0。求：。求：(1)A(1)A、B B两点的两点的电势电势差差U UABAB多大多大?(2)(2)电场电场强强度多大度多大?【解析解析】(1)(1)小球在小球在A A、B B间摆动间摆动,根据能量守恒定律有根据能量守恒定律有E EpApA=E=EpBpB。

17、取。取A A点为零势能的参考点点为零势能的参考点,即即E EpApA=0,=0,则则E EpBpB=-mg=-mglsin60+qUsin60+qUBABA=0,=0,所以所以U UBABA=,U=,UABAB=。(2)(2)小球在平衡位置的受力如图。根据共点力的小球在平衡位置的受力如图。根据共点力的平衡条件有平衡条件有qE=mgtan60,qE=mgtan60,解得电场强度解得电场强度E=E=。答案：答案：(1)(1)(2)(2)7.7.如如图图所示所示,ab,ab是半径是半径为为R R的的圆圆的一条直径的一条直径,该圆处该圆处于匀于匀强强电场电场中中,场场强强为为E,E,在在圆圆周平面内周

18、平面内,将一将一带带正正电电q q的小球从的小球从a a点以相同的点以相同的动动能抛出能抛出,抛出抛出方向不同方向不同时时,小球会小球会经过圆经过圆周上不同的点周上不同的点,在在这这些所有的点中些所有的点中,到达到达c c点点时时小球的小球的动动能最大。已知能最大。已知cab=30,cab=30,若不若不计计重力和空气阻力重力和空气阻力,试试求：求：(1)(1)电场电场方向与直径方向与直径abab间间的的夹夹角角。(2)(2)若小球在若小球在a a点点时时初速度方向与初速度方向与电场电场方向垂直方向垂直,小球恰好能落在小球恰好能落在c c点点,则则初初动动能能为为多少多少?【解析解析】由于对由

19、于对a a点以相同的初动能沿不同方向抛出的小球到达圆周点以相同的初动能沿不同方向抛出的小球到达圆周上的各点时上的各点时,其中到达其中到达c c点的小球动能最大点的小球动能最大,因此过因此过c c点的切线一定是等点的切线一定是等势线势线,由此可以确定电场线的方向由此可以确定电场线的方向,至于从至于从a a点垂直于电场线抛出的小点垂直于电场线抛出的小球可按类平抛运动处理。球可按类平抛运动处理。(1)(1)用对称性判断电场的方向：由题设条件用对称性判断电场的方向：由题设条件,在圆周平面内在圆周平面内,从从a a点以相点以相同的动能向不同方向抛出带正电的小球同的动能向不同方向抛出带正电的小球,小球会经

20、过圆周上不同的点小球会经过圆周上不同的点,且以经过且以经过c c点时小球的动能最大点时小球的动能最大,可知可知,电场线平行于圆平面。又根据电场线平行于圆平面。又根据动能定理动能定理,电场力对到达电场力对到达c c点的小球做功最多点的小球做功最多,为为qUqUacac,因此因此U Uacac最大。即最大。即c c点的电势比圆周上任何一点的电势都低。又因为圆周平面处于匀强点的电势比圆周上任何一点的电势都低。又因为圆周平面处于匀强电场中电场中,故连接故连接Oc,Oc,圆周上各点的电势关于圆周上各点的电势关于OcOc对称对称(或作过或作过c c点且与圆周点且与圆周相切的线相切的线cfcf是等势线是等势

21、线),Oc),Oc方向即为电场方向方向即为电场方向(如图所示如图所示),),它与直径它与直径abab的夹角为的夹角为6060。(2)(2)小球在匀强电场中做类平抛运动。小球沿垂直于电场方向抛出小球在匀强电场中做类平抛运动。小球沿垂直于电场方向抛出,设设其初速度为其初速度为v v0 0,小球质量为小球质量为m m。在垂直于电场线方向。在垂直于电场线方向,有有x=vx=v0 0t,t,在沿电场线方向在沿电场线方向,有有y=aty=at2 2 由图中几何关系可得由图中几何关系可得x=Rcos30,x=Rcos30,y=R(1+cos60),y=R(1+cos60),a=a=。将将式代入式代入两式解得两式解得所以初动能为所以初动能为E Ek0k0=答案：答案：(1)60(1)60(2)(2)