物理一轮复习课件：65《静电场》章末总结演示课件

1、1,热点解读,1.场强、电场力、电场力做功三者相联系,电势与电势能、电场力做功与电势能的变化相联系,带电粒子在电场中运动,其既是动力学知识、功能知识、与电场相关知识的载体,又是对电场性质的表征和体现.对电场及其与之相关概念的考查,是对受力、运动、功、能量及能量变化、动力学知识综合应用分析能力的考查,是高考对理解能力、推理能力、分析综合能力考查的 重要方面. 2.带电粒子在复合场中的运动一般为直线运动(匀速或匀变速)、匀速圆周运动或类圆周运动(如江苏卷14),虽然有的场力是恒力,有的场力是变力,但第一种运动都与一定的场力关系,热点讲座 6.电场的性质和带电粒 子在场内运动问题分析,章末总结,2,

2、相对应,因此加强粒子在复合场中的受力、运动、功能分析,是运用动力学、功能规律解题的前提,一般的复合场是电场和重力场或电场和磁场,再或是电场、磁场、重力场,不论场如何复合,力、功、能是维系带电粒子运动的基本要素,所以对带电粒子在复合场中运动的问题,应抓住以上分析,探寻问题所满足的物理规律,这样,带电粒子在复合场中运动的问题就会迎刃而解. 从以上评析可以看出,近几年高考命题专家比较倾向带电粒子在非重叠场中运动问题考查,还可以看出,带电粒子在非重叠场和复合场中运动问题都是以计算题的形式出现,占分比例大.毋庸质疑,在今后的高考复习中对电场问题的复习训练应引起足够的重视.,3,专题讲座 专题一 电场性质

3、的理解 1.通过对电场的认识,考查场强、电势两个基本概念 【例1】 如图1所示,在等量异种点电荷形成的电场中,MN为两 点电荷连线的中垂面.在中垂面的右侧有一点A,其场强为E, 则在这个电场中,与A点场强相同的点还有 ( ) A.一个点 B.两个点 C.三个点 D.四个点,图1,4,解析 由于场强是矢量,场强相同既包括大小相等,也包括方向相同,画出等量异种点电荷形成电场的电场线,可知A关于O点的对称点A处的场强与A处相同. 答案 A,5,【例2】 如图所示的真空空间中,仅在正方体中的黑点处存在 着电荷量大小相等的点电荷,则图中a、b两点电场强度和电 势均相同的是 ( ) 解析 电场强度是矢量,

4、电势为标量,空间某点的电场强度 应等于各个点电荷在该点所产生电场的矢量和. 点评 场强和电势是表征电场性质的两个重要物理量,对这 两个物理量的考查,一要深刻理解这两个概念,二要理解其与 电场线和等势线(面)的对应关系,三要认识电场的分布特点 和规律,四要理顺电场中的几何关系、线角关系.试题并非单 独考查抽象的场强、电势概念,而是量、场结合,数、理、形 结合.,C,6,【例3】 (2008山东21)如图2所示,在 y轴上关于O点对称的A、B两点有等量同 种点电荷+Q,在x轴上C点有点电荷-Q,且 CO=OD,ADO=60.下列判断正确的是 ( ) A.O点电场强度为零 B.D点电场强度为零 C.

5、若将点电荷+q从O移向C,电势能增大 D.若将点电荷-q从O移向C,电势能增大,图2,2.通过带电粒子在电场或复合场中的运动,考查场强、电场力、 电场力的功、电势、电势能5个基本概念,7,解析 A、B两点电荷在O点的合场强为零,但A、B、C三点在O点合场强不为零.设OD=r则AD= =2r,则A、B两点电荷在D点的合场强大小为 ,方向沿x轴正方向,而C点电荷在D点场强大小为 ,方向沿x轴负方向,所以D点电场强度为零.点电荷-q从O移向C要克服电场力做功,电势能增大. 答案 BD,8,专题二 带电粒子在场内运动问题分析 1.只在一个电场中的运动 【例4】 (2008天津18)带负电的粒子在某电场

6、中仅受电 场力作用,能分别完成以下两种运动:在电场线上运动; 在等势面上做匀速圆周运动.该电场可能由 ( ) A.一个带正电的点电荷形成 B.一个带负电的点电荷形成 C.两个分立的带等量负电的点电荷形成 D.一带负电的点电荷与带正电的无限大平板形成 解析 带负电的粒子能沿电场线运动,说明电场线是直线, 所以C、D不对,同时负电粒子能在等势面上做匀速圆周运动, 说明它受到的电场力提供向心力,所以A正确.,A,9,【例5】 (2008上海14)如图3所示,在光滑绝缘水平面上, 两个带等量正电的点电荷M、N,分别固定在A、B两点,O为 AB连线的中点,CD为AB的垂直平分线.在CO之间的F点由静 止

7、释放一个带负电的小球P(设不改变原来的电场分布),在以 后的一段时间内,P在CD连线上做往复运动,若 ( ) 图3,10,A.小球P的带电荷量缓慢减小,则它往复运动过程中振幅不断 减小 B.小球P的带电荷量缓慢减小,则它往复运动过程中每次经过O 点时的速率不断减小 C.点电荷M、N的带电荷量同时等量地缓慢增大,则小球P往复 运动过程中周期不断减小 D.点电荷M、N的带电荷量同时等量地缓慢增大,则小球P往复 运动过程中振幅不断减小 解析 设小球在FO运动时电场力做功为W1,在OF运动时克服电场力做功为W2;在FO运动时电场力做功W3,当场强分布不变,小球P电荷量减小时,W1=W2,由W=EOF定

8、性判断可知dFOW3,故经过O点时的动能比,11,前一次的小,因而每次经过O点时的速率不断减小,B对;当电荷M、N的带电荷量增大,小球P带电荷量不变时,电场中同一位置的场强增大,小球受到的电场力F=Eq增大,往复运动的回复力增大,周期不断减小,C对;当电荷M、N的电荷量增大,小球P电荷量不变时,FO段电场力做功W1等于OF段克服电场力做功W2,故振幅不断减小,D对. 答案 BCD,12,2.在两个组合电场中的运动 【例6】 (2008上海23)如图4所示为研究电子枪中电子在 电场中运动的简化模型示意图.在Oxy平面的ABCD区域内,存 在两个场强大小均为E的匀强电场和,两电场的边界均是 边长为

9、L的正方形(不计电子所受重力). 图4 (1)在该区域AB边的中点处由静止释放电子,求电子离开 ABCD区域的位置.,13,(2)在电场区域内适当位置由静止释放电子,电子恰能从ABCD区域左下角D处离开,求所有释放点的位置. (3)若将左侧电场整体水平向右移动 (n1),仍使电子从ABCD区域左下角D处离开(D不随电场移动),求在电场区域内由静止释放电子的所有位置. 解析 (1)电子先在区域做初速为零的匀加速直线运动,后做匀速直线运动,最后在区域做类平抛运动. 根据动能定理 无电场区域内L=vt 则在区域内有 = 位置坐标为: .,14,(2)假设释放位置的坐标为(x,y),根据动能定理: 这

10、些位置的连线为双曲线的一部分. (3)当两电场叠加时,电子同时参与两个分运动,离开区域做匀速运动通过D处. 答案,15,3.带电粒子在复合场中的运动 【例7】 (2008天津23)在平面直角坐标系xOy中,第象 限存在沿y轴负方向的匀强电场,第象限存在垂直于坐标平 面向外的匀强磁场,磁感应强度为B.一质量为m、电荷量为q 的带正电的粒子从y轴正半轴上的M点以速度v0垂直于y轴射 入电场,经x轴上的N点与x轴正方向成=60角射入磁场, 最后从y轴负半轴上的P点垂直于y轴射出磁场,如图5所示.不 计粒子重力,求: (1)M、N两点间的电势差UMN. (2)粒子在磁场中运动的轨道半径r. (3)粒子

11、从M点运动到P点的总时间t.,图5,16,解析 (1)设粒子过N点时的速度为v,有 =cos v=2v0 粒子从M点运动到N点的过程,有 (2)粒子在磁场中以O为圆心做匀速圆周运动,半径为ON,有qvB=,17,所以 (3)由几何关系得ON=rsin 设粒子在电场中运动的时间为t1,有ON=v0t1 得t1= 粒子在磁场中做匀速圆周运动的周期 设粒子在磁场中运动的时间为t2,则有 答案,18,素能提升,1.如图6所示的电容式话筒就是一种电容式传感器,其原理是: 导电性振动膜片与固定电极构成了一个电容器,当振动膜片 在声压的作用下振动时,两个电极之间的电容发生变化,电路 中电流随之变化,这样声信

12、号就变成了电信号.则当振动膜片 向右振动时 ( ) 图6,19,A.电容器电容值增大 B.电容器带电荷量减小 C.电容器两极板间的场强增大 D.电阻R上电流方向自左向右 解析 振动膜片向右振动时,相当于两极板间距减小,由C= 知C变大,A对;又由C= ,因电容式话筒始终与电源连接,U不变,故Q变大,B错;由E= 知,d减小,E变大,C对;当电容器电荷量变大时,由电源正负极知,电流方向自右向左流过电阻R,D错,故选A、C. 答案 AC,20,2.如图7所示,实线为电场线,虚线为等势面.一个正电荷在等势 面L3时,动能为Ek3=20 J;运动到L1时,动能为Ek1=4 J.若以L2 为零势面,且不

13、计空气阻力和重力,则当电荷的电势能Ep=4 J 时,其动能为 ( ) 图7 A.Ek=10 J B.Ek=16 J C.Ek=4 J D.Ek=8 J,21,解析 设两相邻等势面的电势差为U0,电荷的电荷量为q.根据仅在电场力作用下,电荷的电势能与动能之和E保持不变,有E=Ek3-qU0=Ek1+qU0=Ek+Ep,从而可得Ek= (Ek1+Ek3)-Ep=8 J.所以,正确选项为D. 答案 D,22,3.如图8所示,水平放置的平行板电容器,上板带负电,下板 带正电,带电小球以速度v0水平射入电场,且沿下板边缘飞 出.若下板不动,将上板上移一小段距离,小球仍以相同的 速度v0从原处飞入,则带电

14、小球 ( ) 图8 A.将打在下板中央 B.仍沿原轨迹由下板边缘飞出 C.不发生偏转,沿直线运动 D.若上板不动,将下板上移一段距离,小球可能打在下板的 中央,23,解析 将电容器上板或下板移动一小段距离,电容器带电荷量不变,由公式 可知,电容器产生的场强不变,以相同速度入射的小球仍将沿原轨迹运动.下板不动时,小球沿原轨迹由下板边缘飞出;当下板向上移动时,小球可能打在下板的中央. 答案 BD,24,4.如图9所示的直角坐标系中,在直线x=-2l0到y轴区域内存在着 两个大小相等、方向相反的有界匀强电场,其中x轴上方的电 场方向沿y轴负方向,x轴下方的电场方向沿y轴正方向.在电 场左边界上A(-

15、2l0,-l0)到C(-2l0,0)区域内,连续分布着电荷 量为+q、质量为m的粒子.从某时刻起由A点到C点间的粒子, 依次连续以相同的速度v0沿x轴正方向射入电场.若从A点射 入的粒子,恰好从y轴上的A(0,l0)沿x轴正方向射出电场, 其轨迹如图所示.不计粒子的重力及它们间的相互作用.,图9,25,(1)求匀强电场的电场强度的大小. (2)求在AC间还有哪些位置的粒子,通过电场后也能沿x轴正方向运动? 解析 (1)从A点射入的粒子,由A到A的运动时间为T,根据运动轨迹和对称性可得 x轴方向2l0=v0T y轴方向 得 (2)设到C点距离为y处射出的粒子通过电场后也沿x轴正方向射出,粒子第一

16、次到达x轴用时t,水平位移为x,则x=v0t,26,若满足2l0=n2x 则从电场射出时的速度方向也将沿x轴正方向 解之得 = 即AC间y的坐标为y=- l0(n=1,2,3)的粒子能沿x轴正方向运动 答案 (1) (2)AC间y轴坐标为y=- l0(n=1,2,3,),27,5.如图10所示,一束电子从x轴上的A点沿平行于y轴的方向射入 第一象限区域,射入的速度为v0,电子质量为m,电荷量为e.为 了使电子束通过y轴上的B点,可在第一象限的某区域加一个 沿x轴正方向的匀强电场,此电场的电场强度为E,电场区域沿 x轴方向为无限长,沿y轴方向的宽度为s,且已知OA=L,OB=2s, 求该电场的下

17、边界与B点的距离. 图10,28,解析 若电子在离开电场前到达B点,如下图所示,设电场下边界与B点的距离为d1.电子在电场中做类平抛运动,则有 d=v0ts 若电子在离开电场后到达B点,如下图所示.设电场下边界与B点的距离为d1,电子在电场中的偏转距离为h,射出电场时速度方向与y轴正方向的夹角为.电子在电场中做类平抛运动,则有,29,s=v0t sd12s 电子射出电场后做匀速直线运动,由图中几何知识可得,30,答案,31,6.从阴极K发射的电子经电势差U0=5 000 V的阳极加速后,沿平 行于板面的方向从中央射入两块长L1=10 cm、间距d=4 cm的 平行金属板A、B之间,在离金属板边

18、缘L2=75 cm处放置一个直 径D=20 cm、带有记录纸的圆筒.整个装置放在真空内,电子发 射的初速度不计.若在两金属板上加以U2=1 000cos 2t V的 交变电压,并使圆筒绕中心轴如图11所示方向以n=2 r/s匀速 转动,试确定电子在记录纸上的轨迹形状并画出1 s内所记录 到的图形. 图11,32,解析 对电子的加速过程,由动能定理得:eU0= mv02 得电子加速后的速度:v0= =4.2107 m/s 电子进入偏转电场后,由于在其中运动的时 间极短,可以忽略运动期间偏转电压的变化, 认为电场是稳定的,因此电子做类平抛的运 动.如右图所示. 交流电压在A、B两板间产生的电场强度

19、 电子飞离金属板时的偏转距离,33,电子飞离金属板时的竖直速度 电子从飞离金属板到到达圆筒时的偏转距离 所以在纸筒上的落点对入射方向的总偏转距离为,34,可见,在记录纸上的点在竖直方向上以振幅0.20 m、周期T=1 s做简谐运动.因为圆筒每秒转2周,故转一周在纸上留下的是前半个余弦图形,接着的一周中,留下后半个图形,合起来1 s内,记录在纸上的图形如下图所示. 答案 见解析图,35,阅卷现场,阅卷手记,本章知识考查的考点包括电荷、电场、电场力、电场强度、电场线、电势、电势差、电场力的功、电容器、电容的定义和平行板电容器电容的决定条件等基本概念,以及库仑定律、静电感应、电场强度与电势差的关系、

20、带电粒子在电场中的运动规律等.涉及到的基本方法有,运用电场线、等势面几何方法形象化地描述电场的分布；将运动学动力学的规律应用到电场中,分析解决带电粒子在电场中的运动问题、解决导体静电平衡的问题.本章对能力的具体要求是概念准确,不乱套公式,懂得规律的成立条件及适用的范围,能从规律出发进行逻辑推理,把相关知识融会贯通灵活处理物理问题.,36,本章常出的错误有：对电势、电势差、电势能、电场力的功以及场强等概念的意义及联系认识不清造成错误；分析计算带电粒子在电场中的运动时的错误；不能熟练运用等势面、电场线等形象描绘电场的工具而产生的错误；有关电容器、示波器等理解及运用中的错误等.,37,易错点实例分析

21、 20.因对公式的理解不准确或应用不规范而出错 试题回放 如图1所示,匀强电场中三点A、B、 C是一个三角形的三个顶点,ABC= CAB=30,BC=2 m,已知电场线 平行于ABC所在的平面,一个电荷 量q=-210-6 C的点电荷由A移到B的过程中,电势能 增加了1210-5 J,由B移到C的过程中电场力做功610-6 J,下列说法正确的是( ),图1,38,A.B、C两点的电势差UBC=3 V B.A点的电势低于B点的电势 C.负电荷由C点移到A点的过程中,电势能增加 D.该电场的场强为1 V/m 学生作答 C 错解分析 1.错选A、B.由于对电场力做功与电势差的关系即UAB= 应用不规

22、范,因WAB或q的符号代入不准确而出现 错误. 2.错选C.对电场力做功与电势能变化的关系即WAB= EPA-EPB理解应用不准确. 3.漏选D.不能正确利用匀强电场中E= 的关系求解.,39,正确答案 由W=qU和W=-Ep(Ep为电荷电势能的增量)得A、B 两点间电势差UAB= V=6 V,UBC= V =-3 V,A点电势高于B点电势,A、B错；由电势差可判 断,AB中点D的电势与C点电势相等,在同一个等势面上, 且AB垂直于该等势面,如图所示,因此UAC=3 V,C点电势 低于A点电势,负电荷由C点移到A点的过程中,电场力做 正功,负电荷的电势能减小,C错；电场线垂直于等势面, 因此电

23、场线与AB平行,场强E= =1 V/m,D正确.答案 为D.,40,在由电荷电势能变化和电场力做功判断电场中电势、 电势差和场强方向的问题中,先由电势能的变化和电 场力做功判断电荷移动的各点间的电势差,再由电势 差的比较判断各点电势高低,从而确定等势面,最后由 电场线总是垂直于等势面确定电场的方向.由此可见, 电场力做功与电荷电势能的变化关系具有非常重要的 意义,计算时注意一定要代入表示电荷电性和电势高 低关系的“+”、“-”号,功的正、负也要特别注意. 在应用U=Ed分析U与E的关系时,一般先按绝对值计算,电势差的正负(或电势的高低),再结合电场线方向来 判断.同时要特别明确d的含义.,41

24、,21.应用规律不当造成的错误 试题回放 置于真空中的两块带电的金属板,相距1 cm,面积均为 10 cm2,带电量分别为Q1=210-8 C,Q2=-210-8 C,若 在两板之间的中点放一个电量q=510-9 C的点电荷, 求金属板对点电荷的作用力是多大？ 错解分析 点电荷受到两板带电荷的作用力,此二力大小相等,方向相同,由库仑定律 F= =3.610-2 N,42,F=F1+F2=7.210-6 N,方向指向带负电的金属板. 如图所示. 库仑定律只适用于点电荷间的 相互作用,本题中两个带电金属 板面积较大,相距较近,不能再 看作是点电荷,应用库仑定律求解就错了. 正确答案 两个平行带电板相距很近,其间形成匀强电场,电场中的点电荷受到电场力的作用. C= =8.8510