电场中的三线问题

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•复习:电场线及其特点电场中的“三线”问题题型概述:电场中的电场线、等势线和带电粒子的运动轨迹线,构成了电场中的“三线”。高考总是借助三线考查的带电粒子的电性问题、受力问题、运动问题、做功问题及能量变化问题等,这类问题能很好地考查考生的综合分析能力和逻辑思维能力,所以一直是历年高考热点。一般为选择题。题型一根据电场线和轨迹判断有关物理量此类题一般只受电场力。经常是给出电场线和带电粒子的运动轨迹,判断带电粒子的电性,在某点的受力方向,比较加速度的大小,判断动能、电势能的变化。少数情况下粒子的正负、场强方向、带电粒子的运动方向三个方向都为未知,则要用假设法。【例1】(2013广东江门一模)如图所示,实线表示电场线,虚线表示只受静电力作用的带电粒子从M点运动到N点的轨迹,可以判定()A.粒子带负电B.M点的电势低于N点的电势C.粒子在M点加速度大于在N点加速度D.粒子在M点的动能小于在N点的动能E.粒子在M点的势能小于在N点的势能答案:D(1)解题步骤和方法①先由轨迹曲线确定静电力的方向---画力线静电力方向指向轨迹曲线的内侧,粒子所受静电力的方向在电场线的切线上,所以静电力方向既指向轨迹曲线的凹侧又在电场线的切线上.②再确定静电力做功的正、负----画速度线粒子的速度方向在轨迹的切线方向.若静电力方向与速度方向的夹角小于90°,则静电力做正功,速度增加;若静电力方向与速度方向的夹角大于90°,则静电力做负功,速度减小.③第三步确定电势能及动能的变化情况若静电力做正功(或负功),动能增加(或减少,则电势能减小(或增加).(2)相关规律①电场线和等势面垂直,电场线又从高电势指向低电势.②正电荷(或负电荷)所受静电力方向与电场线的切线方向相同(或相反).③粒子在电场线密集(或稀疏)的地方,所受的静电力大(或小),产生的加速度就大(或小).题型二根据等势面和带电粒子轨迹判断有关物理量求解这类问题时,首先根据等势面和电场线垂直的关系画出电场线,对陌生的、畸形的电场更应画电场线。注意等势线是直线,则电场线也是直线,若等势线是曲线,则电场线也是曲线,若等势线相互平行,则电场线也相互平行;另外,电场线总是从电势高的等势面指向电势低的等势面,在等势面上移动电荷,电场力不做功。【例2】(2012年山东理综,19)图中虚线为一组间距相等的同心圆,圆心处固定一带正电的点电荷.一带电粒子以一定初速度射入电场,实线为粒子仅在静电力作用下的运动轨迹,a、b、c三点是实线与虚线的交点.则该粒子()A.带负电B.在c点受力最大C.在b点的电势能大于在c点的电势能D.由a点到b点的动能变化大于由b点到c点的动能变化解析:带电粒子进入电场中做曲线运动时,合力方向指向轨迹的凹侧,可以看出两者相互排斥,说明粒子带正电,选项A错误;由库仑定律F=kq1q2r2知离圆心越远,粒子所受的力越小,选项B错误;粒子从b点到c点过程中,静电力做正功,电势能减小,故在b点的电势能大于在c点的电势能,选项C正确;点电荷的等势面与虚线重合,依题意得Uab>Ubc,又静电力做功W=qU,则Wab>Wbc,由动能定理得粒子由a点到b点的动能变化大于由b点到c点的动能变化,选项D正确.答案:CD【针对训练1】如图所示,实线为一匀强电场的电场线,两个带电粒子q1、q2分别从A、C两点以垂直于电场线的初速度射入电场,仅受静电力作用,运动轨迹分别如图中的ABC、CDA所示,已知q1是带正电的粒子.则下列说法中正确的是()A.q2可能也带正电B.A点的电势一定低于C点的电势C.静电力对q1做正功,对q2做负功D.q1、q2的电势能均减少•答案:D•【针对训练2】(2013辽宁实验中学检测)如图所示,在两等量异种点电荷连线上有D、E、F三点,且DE=EF.K、M、L分别为过D、E、F三点的等势面.一不计重力的带负电粒子,从a点射入电场,运动轨迹如图中实线所示,以|Wab|表示该粒子从a点到b点静电力做功的数值,以|Wbc|表示该粒子从b点到c点静电力做功的数值,则()•A.|Wab|=|Wbc|•B.|Wab|<|Wbc|•C.粒子由a点到b点,动能减少•D.a点的电势较b点的电势低•解析:由等量异种点电荷的电场线特点可知靠近电荷处电场强度大,由公式U=Ed知|Uab||Ubc|,而W=qU,所以|Wab||Wbc|,则选项A、B均错误;从带负电粒子的运动轨迹可知该粒子从a点到c点受到大体向左的作用力,故左侧为正电荷,从左向右电势降低,则选项D错误;粒子由a点到b点,静电力做负功,电势能增加,动能减少,则选项C正确.•答案:C

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