高中物理 第2章 电场与示波器章末总结 沪科版选修3-1

【学案导学设计】2014-2015学年高中物理 第2章 电场与示波器章末总结 沪科版选修3-1一、利用电场线和等势面解题解决这类题目要画出它们(等量同种点电荷、等量异种点电荷、点电荷)周围电场线，结合等势面与电场线的关系，画出等势面；结合牛顿运动定律、电场力做功、电场强度与电场线和等势面的关系等解答例1A、B在两个等量异种点电荷连线的中垂线上，且到连线上中点O的距离相等，如图1所示，则()图1A同一电荷在A、B两点的电势能相等BA、B两点的电场强度相同C把正电荷从A点沿直线移动到B点，电场力先减小后增大DA、B连线上的任意两点的电势差为零解析先画出等量异种点电荷周围的电场线，如图所示，由电场线的疏密程度知，EAEB，从O至A或至B电场强度逐渐减小，从A到B电场力先增大后减小，故B正确，C错误中垂线是一条等势线，故AB，UAB0，同一电荷在A、B两点的电势能EpAEpB，A、D正确答案ABD二、电场中力和运动关系带电的粒子在电场中受到电场力作用，还可能受到其他力的作用，如重力、弹力、摩擦力等，在诸多力的作用下物体所受合力可能不为零，做匀变速运动或变速运动；处理这类问题，首先对物体进行受力分析，再明确其运动状态，最后根据所受的合力和所处的状态，合理地选择牛顿第二定律、运动学公式、平抛运动知识、圆周运动知识等相应的规律解题例2在真空中存在空间范围足够大、水平向右的匀强电场若将一个质量为m、带正电电量为q的小球在此电场中由静止释放，小球将沿与竖直方向夹角为37的直线运动现将该小球从电场中某点以初速度v0竖直向上抛出，求运动过程中(取sin 370.6，cos 370.8)(1)小球受到的电场力的大小及方向；(2)小球运动的抛出点至最高点之间的电势差U.解析(1)根据题设条件，电场力大小Fmgtan 37mg电场力的方向向右(2)小球沿竖直方向做初速度为v0的匀减速运动，到最高点的时间为t，则：vyv0gt0t沿水平方向做初速度为0的匀加速运动，设加速度为aag此过程小球沿电场方向位移为：sat2小球上升到最高点的过程中，电场力做功为：WqUFsmvU答案见解析三、电场中的功能关系带电物体在电场中具有一定的电势能，同时还可能具有动能和重力势能等因此涉及到电场有关的功和能的问题应优先考虑利用动能定理和能量守恒定律求解例3空间某区域存在着电场，电场线在竖直面上的分布如图2所示，一个质量为m、电荷量为q的小球在该电场中运动，小球经过A点时的速度大小为v1，方向水平向右，运动至B点时的速度大小为v2，运动方向与水平方向之间夹角为，A、B两点之间的高度差与水平距离均为H，则以下判断中正确的是()图2A小球由A点运动至B点，电场力做的功WmvmvmgHBA、B两点间的电势差UC带电小球由A运动到B的过程中，机械能一定增加D带电小球由A运动到B的过程中，电势能的变化量为mvmvmgH解析由动能定理知：ABWmgHmvmv所以WmvmvmgH所以A正确因为U所以UAB所以B错误因为无法判断出电场力做功的正负，所以无法判断机械能的变化，故C错误由电场力做的功等于电势能的变化量可知D正确答案AD四、带电粒子在电场中的加速和偏转画出运动轨迹，利用运动的合成与分解把曲线运动分解为直线运动，有时要特别注意末速度的分解，结合牛顿运动定律和动能定理等规律求解例4如图3所示的真空管中，电子从灯丝K发出(初速度不计)，经过电压为U1的加速电场加速后沿中心线进入两平行金属板M、N间的匀强电场中，通过电场后打到荧光屏上的P点处设M、N板间电压为U2，两板距离为d，板长为L1，板右端到荧光屏的距离为L2，已知U1576 V，U2168 V，L16 cm，d3 cm，L221 cm，求：图3(1)电子离开偏转电场时的偏转角的正切值；(2)电子打到荧光屏上的位置P偏离屏中心O的距离解析(1)带电粒子在电场中的运动轨迹如图所示，由动能定理可得：eU1mv，所以v0 又vyat所以tan .(2)电子从平行金属板射出时，可看作从平行金属板中点沿直线射出即tan ，所以tan (211023102) m7102 m7 cm，所以电子打到荧光屏上的位置P偏离屏中心的距离为7 cm.答案(1)(2)7 cm1.(电场中的功能关系)如图4所示，A、B、O、C为在同一竖直平面内的四点，其中A、B、O沿同一竖直线，B、C同在以O为圆心的圆周(用虚线表示)上，沿AC方向固定有一光滑绝缘细杆L，在O点固定放置一带负电的小球现有两个质量和电荷量都相同的带正电小球a、b均可视为点电荷(a、b之间的静电力忽略不计)，先将a放在细杆上，让其从A点由静止开始沿杆下滑，后使b从A点由静止开始沿竖直方向下落，则下列说法中正确的是()图4A从A点到C点，小球a做匀加速运动B小球a在C点的动能等于小球b在B点的动能C从A点到C点，小球a的机械能先增加后减少，但机械能与电势能之和不变D小球a从A点到C点电场力做的功大于小球b从A点到B点电场力做的功答案C解析从A到C小球a受到的作用力是变力，故不可能做匀加速运动，A错；B和C在同一个等势面上，小球a和b在B和C点的电势能相等，故B、D错；电场力对小球a先做正功后做负功，故小球a的机械能先增加后减少，小球a只有重力和电场力做功，机械能和电势能之和不变，故C正确2(电场中力和运动的关系)如图5甲所示，在平行金属板M、N间加有如图乙所示的电压当t0时，一个电子从靠近N板处由静止开始运动，经1.0103s到达两板正中间的P点，那么在3.0103s这一时刻，电子所在的位置和速度大小为()图5A到达M板，速度为零B到达P点，速度为零C到达N板，速度为零D到达P点，速度不为零答案D解析在1.0103s的时间里，电子做初速度为零的匀加速直线运动，当t1.0103s时电子达到P点，之后板间电压反向，两极板间的电场强度大小不变，方向和原来相反，电子开始做匀减速直线运动，由于加速度的大小不变，当t2.0103s时电子达到M板处，且速度减为零随后电子将反向做匀加速运动，当t3.0103s时电子又回到P点，且速度大小与第一次经过P点时相等，而方向相反故正确选项为D.3.(电场中力和运动的关系)在方向水平的匀强电场中，一不可伸长的不导电细线一端连着一个质量为m、电荷量为q的带电小球，另一端固定于O点将小球拉起直至细线与场强平行，然后无初速度释放，则小球沿圆弧做往复运动已知小球摆到最低点的另一侧，此时线与竖直方向的最大夹角为(如图6)求：图6(1)匀强电场的场强；(2)小球经过最低点时细线对小球的拉力答案见解析解析(1)设细线长为l，匀强电场的场