（新课标）2020高考物理二轮复习 专题三 第1讲 电场及带电粒子在电场中的运动课件

第1部分专题突破方略专题三电场与磁场第1讲电场及带电粒子在电场中的运动典题再现1.(多选)(2020·山东等级考模拟)在金属球壳的球心有一个正点电荷，球壳内外的电场线分布如图所示，下列说法正确的是()A.M点的电场强度比K点的大B.球壳内表面带负电，外表面带正电C.试探电荷－q在K点的电势能比在L点的大D.试探电荷－q沿电场线从M点运动到N点，电场力做负功解析：选ABD.由电场线的疏密程度可知，M点的场强大于K点，A正确；由于感应起电，在金属球壳的内表面感应出负电，外表面感应出正电，B正确；负电荷在电场中，沿电场线方向运动，电场力做负功，电势能增加，C错误，D正确.考情分析典题再现2.(多选)(2019·高考全国卷Ⅲ)如图，电荷量分别为q和－q(q0)的点电荷固定在正方体的两个顶点上，a、b是正方体的另外两个顶点．则()A.a点和b点的电势相等B.a点和b点的电场强度大小相等C.a点和b点的电场强度方向相同D.将负电荷从a点移到b点，电势能增加解析：选BC.a、b两点到两点电荷连线的距离相等，且关于两点电荷连线中点对称，可知a、b两点的电场强度大小相等，方向相同，选项B、C均正确；电荷量分别为q和－q(q0)的点电荷(等量异种点电荷)固定在正方体的两个顶点上，正方体的另外两个顶点a、b在两点电荷q和－q连线的垂直平分面两侧，故a点和b点的电势不相等，选项A错误；电势是标量，将q和－q在a、b两点产生的电势分别相加，可得φbφa，将负电荷从a点移到b点，电场力做正功，电势能减少，选项D错误.考情分析典题再现3．(多选)(2018·高考全国卷Ⅱ)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W1＋W22C.若c、d之间的距离为L，则该电场的场强大小一定为W2qLD.若W1＝W2，则a、M两点之间的电势差一定等于b、N两点之间的电势差解析：选BD.由题意得，(φa－φb)q＝W1，(φc－φd)q＝W2，只能得出a、b两点间和c、d两点间的电势关系，无法确定场强的方向，选项A错误；若c、d之间的距离为L，因无法确定场强的方向，故无法确定场强的大小，选项C错误；由于φM＝φa＋φc2、φN＝φb＋φd2、WMN＝q(φM－φN)，上述式子联立求解得粒子从M点移动到N点电场力做的功为WMN＝W1＋W22，所以B正确；若W1＝W2，有φa－φb＝φc－φd，变形可得φa－φc＝φb－φd，又φa－φM＝φa－φa＋φc2＝φa－φc2，φb－φN＝φb－φb＋φd2＝φb－φd2，所以φa－φM＝φb－φN，D正确.考情分析命题研究对电场中力和能性质的考查一直是高考全国卷中必考内容，涉及的题型呈多样性，近几年高考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．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．山东模考对此部分的考查与全国卷类似，也是重点考查内容电场性质的考查【高分快攻】1．电场中的各个物理量的关系2．电场强度的计算(1)定义式：E＝Fq.电场中某点的电场强度是确定值，其大小和方向与试探电荷q无关．(2)真空中点电荷：E＝kQr2.E由场源电荷Q和场源电荷到某点的距离r决定．(3)匀强电场：E＝Ud.式中d为两点间沿电场方向的距离．3．电势高低的判断方法(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φ＝Wq，即将＋q从电场中的某点移至无穷远处，电场力做功越多，则该点的电势越高；(3)根据电势差UAB＝φA－φB，若UAB＞0，则φA＞φB，反之，φA＜φB.4．电场中带电粒子轨迹的判断(1)分析电荷受电场力情况时，首先明确电场的电场线分布规律，再利用电场线的疏密分布规律或场强的叠加原理判定场强的强弱．(2)分析电势的高低常根据电场线的指向进行判断．(3)比较电势能的大小或分析电势能的变化，可以根据电场力做正功，电势能减小；做负功，电势能增大判断，也可根据正电荷在电势高处电势能大，负电荷在电势低处电势能大来判断．【典题例析】(2019·高考全国卷Ⅲ)空间存在一方向竖直向下的匀强电场，O、P是电场中的两点．从O点沿水平方向以不同速度先后发射两个质量均为m的小球A、B.A不带电，B的电荷量为q(q0)．A从O点发射时的速度大小为v0，到达P点所用时间为t；B从O点到达P点所用时间为t2.重力加速度为g，求(1)电场强度的大小；(2)B运动到P点时的动能．[解析](1)设电场强度的大小为E，小球B运动的加速度为a.根据牛顿定律、运动学公式和题给条件，有mg＋qE＝ma①12a(t2)2＝12gt2②解得E＝3mgq.③(2)设B从O点发射时的速度为v1，到达P点时的动能为Ek，O、P两点的高度差为h，根据动能定理有Ek－12mv21＝mgh＋qEh④且有v1·t2＝v0t⑤h＝12gt2⑥联立③④⑤⑥式得Ek＝2m(v20＋g2t2)．⑦[答案](1)3mgq(2)2m(v20＋g2t2)【题组突破】角度1库仑力作用下的力学平衡问题1．(多选)(2019·武汉高中毕业生五月训练)如图所示，绝缘底座上固定一电荷量为＋q的小球A，在其上方l处固定着一个光滑的定滑轮O，绝缘轻质弹性绳一端系在O点正上方l2处的D点，另一端与质量为m的带电小球B连接．小球B平衡时OB长为l，且与竖直方向成60°角．后由于小球B缓慢漏电，一段时间后，当滑轮下方的弹性绳与竖直方向成30°角时，小球B恰好在AB连线的中点C位置平衡．已知弹性绳的伸长始终处于弹性限度内，静电力常量为k，重力加速度为g.下列说法正确的是()A．小球B带负电B．小球B在初始平衡位置时所带电荷量为mgl2kqC．小球B在C位置时所带电荷量为mgl24kqD．弹性绳原长为l2解析：选BD.两个小球之间相互排斥，可知带同种电荷，所以小球B也带正电，A错误；小球B在开始时的位置时，受到重力、电场力和绳子的拉力，三个力之间的夹角互为120°，所以三个力的大小相等，即T′＝F′＝mg；根据库仑定律得：F′＝kq·q1l2，小球B在开始时的位置时所带电荷量：q1＝mgl2kq，B正确；小球在C点时，受力分析如图，由几何关系可得：F＝mgsin30°＝0.5mg，T＝mgcos30°＝32mg，根据库仑定律得：F＝kqq2l22，联立解得：q2＝mgl28kq，C错误；小球B在开始位置时，弹性绳的长度：l1＝l2＋l＝32l，小球B在C位置时，弹性绳的长度l2＝l2＋32l，设弹性绳的劲度系数为k′，则：T′T＝k′（l1－l0）k′（l2－l0），联立解得：l0＝0.5l，D正确．角度2对带电粒子运动轨迹的判断2．(多选)(2019·高考全国卷Ⅱ)静电场中，一带电粒子仅在电场力的作用下自M点由静止开始运动，N为粒子运动轨迹上的另外一点，则()A．运动过程中，粒子的速度大小可能先增大后减小B．在M、N两点间，粒子的轨迹一定与某条电场线重合C．粒子在M点的电势能不低于其在N点的电势能D．粒子在N点所受电场力的方向一定与粒子轨迹在该点的切线平行解析：选AC.在两个同种点电荷的电场中，一带同种电荷的粒子在两电荷的连线上自M点由静止开始运动，粒子的速度先增大后减小，选项A正确；带电粒子仅在电场力作用下运动，若运动到N点的动能为零，则带电粒子在N、M两点的电势能相等；仅在电场力作用下运动，带电粒子的动能和电势能之和保持不变，可知若粒子运动到N点时动能不为零，则粒子在N点的电势能小于在M点的电势能，即粒子在M点的电势能不低于其在N点的电势能，选项C正确；若静电场的电场线不是直线，带电粒子仅在电场力作用下的运动轨迹不会与电场线重合，选项B错误；若粒子运动轨迹为曲线，根据粒子做曲线运动的条件，可知粒子在N点所受电场力的方向一定不与粒子轨迹在该点的切线平行，选项D错误．角度3电场中的图象问题3．(2019·青岛二模)如图甲所示，半径为R、均匀带正电的球体，A、B为过球心O的直线上的两点，且OA＝2R，OB＝3R；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，E－r曲线下O～R部分的面积等于2R～3R部分的面积．则下列说法正确的是()A．A点的电势低于B点的电势B．A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12E0Rq解析：选D.球体带正电，电场线方向沿半径向外，故A点电势高于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E－r图中2R处的电场强度大于3R处的电场强度，即EA＞EB，B错误；根据U＝Ed可知图象的面积表示电势差，从E－r图可知，R～2R围成的面积大于2R～3R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O～R部分的面积等于2R～3R部分的面积，即O～R间的电势差等于2R～3R间的电势差，即等于AB间的电势差，故电场做功为W＝Uq＝12RE0q，D正确．角度4电场中功与能的综合问题4．(多选)(2018·高考全国卷Ⅰ)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()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4eVD．该电子经过平面b时的速率是经过d时的2倍解析：选AB.电子在等势面b时的电势能为E＝qφ＝－2eV，电子由a到d的过程电场力做负功，电势能增加6eV，由于相邻两等势面之间的距离相等，故相邻两等势面之间的电势差相等，则电子由a到b、由b到c、由c到d、由d到f电势能均增加2eV，则电子在等势面c的电势能为零，等势面c的电势为零，A正确；由以上分析可知，电子在等势面d的电势能应为2eV，C错误；电子在等势面b的动能为8eV，电子在等势面d的动能为4eV，由公式Ek＝12mv2可知，该电子经过平面b时的速率为经过平面d时速率的2倍，D错误；如果电子的速度与等势面不垂直，则电子在该匀强电场中做曲线运动，所以电子可能到达不了平面f就返回平面a，B正确．命题角度解决方法易错辨析库仑力参与下带电体的受力分析库仑定律、力的合成与分解库仑力的方向判断要准确，大小要关注两电荷量的变化电场强度的计算场强的叠加原理、补偿法、特殊值法、对称法等场强方向是受点电荷的电性决定的，并注意电场线与场强的关系命题角度解决方法易错辨析电场中电势、电势能、电场力做功的关系公式法、场源判断法电势能正负的判断一定要注意检验电荷与场源电荷的关系，再根据电场力做功来计算电势带电粒子运动轨迹的判断轨迹判断法、曲线运动中正负功的判断运动电荷与场源电荷电性的关系是解决问题的核心平行板电容器中的电场问题【高分快攻】1．平行板电容器问题的分析思路(1)明确平行板电容器中的哪些物理量是不变的，哪些物理量是变化的，以及怎样变化．(2)应用平行板电容器电容的决定式C＝εrS4πkd分析电容器的电容的变化．(3)应用电容的定义式分析电容器带电荷量和两板间电压的变化情况．(4)根据控制变量法对电容的变化进行综合分析，得出结论．2．动态变化分析的两个重要结论(1)电容器与直流电路相连，则两端电压取决于电路的连接情况，稳定时相当于断路，两端电压总等于与之并联的支路电压．(2)充电后电容器与电路断开，电容器所带电荷量不变；此时若只改变两板间距离，板间电场强度大小不变．【典题