适用于老高考旧教材广西专版2023届高考物理二轮总复习第二部分专题三第8讲电场性质及带电粒子在电场中的运动课件

第8讲电场性质及带电粒子在电场中的运动专题三内容索引010203考情分析•备考定向核心梳理•规律导引高频考点•探究突破04新题演练•能力迁移05怎样得高分考情分析•备考定向命题热点考题统计第8讲

电场性质及带电粒子在电场中的运动热点一

电场性质的理解与应用2018卷Ⅰ,16;2019卷Ⅰ,15;2019卷Ⅲ,21;2020卷Ⅱ,20;2020卷Ⅲ,21;2021卷Ⅱ,19;2021卷Ⅰ,15;2022乙卷,19热点二

平行板电容器问题2018卷Ⅲ,21;2020卷Ⅰ,17热点三

带电粒子在电场中的运动2018卷Ⅰ,21;2018卷Ⅱ,21;2019卷Ⅱ,20;2019卷Ⅱ,24;2019卷Ⅲ,24;2020卷Ⅰ,25;2021卷Ⅰ,20;2022甲卷,21命题热点考题统计第9讲

磁场性质及带电粒子在磁场中的运动热点一

对磁场性质和磁场力的理解2018卷Ⅰ,19;2018卷Ⅱ,20;2019卷Ⅰ,17;2021卷Ⅱ,16;2022乙卷,18;2022甲卷,25热点二

带电粒子在磁场中的圆周运动2019卷Ⅱ,17;2019卷Ⅲ,18;2021卷Ⅰ,16热点三

带电粒子在匀强磁场中的临界和极值问题2020卷Ⅰ,18;2020卷Ⅱ24;2020卷Ⅲ,18命题热点考题统计第10讲

带电粒子在组合场、复合场中的运动热点一

带电粒子在组合场中的运动2018卷Ⅰ,25;2018卷Ⅲ,24;2019卷Ⅰ,24;2020卷Ⅱ,17;2021卷Ⅱ,25;2022甲卷,18热点二

带电粒子在复合场中的运动2018卷Ⅱ,25热点三

涉及复合场技术的应用2022乙卷,21命题规律

近几年高考命题点主要集中在:点电荷、等量异种点电荷的电场强度、电势、电势能;库仑定律的应用;平行板电容器中电场强度、电势能和电势差的变化;带电粒子在电场中的运动;安培力和左手定则;带电粒子在匀强磁场中的圆周运动以及带电粒子在复合场中的运动。其中质谱仪和回旋加速器是考查的热点内容。考查方式涉及选择题和计算题,以计算题为主,计算题还常常成为压轴题。这部分内容命题有可能以科学技术的具体问题为背景,考查带电粒子的运动,因此从实际问题中获取并处理信息、把实际问题转化成物理模型、提高分析解决实际问题的能力是复习的重点。核心梳理•规律导引【知识脉络梳理】

【规律方法导引】

1.知识规律(1)静电力的性质。2.思想方法(1)物理思想:分解的思想、等效的思想。(2)物理方法:类比法、对称法、矢量三角形法。高频考点•探究突破命题热点一电场性质的理解与应用主要以选择题的形式考查点电荷周围的电场。例1(多选)(2020·山东卷)真空中有两个固定的带正电的点电荷,电荷量不相等。一个带负电的试探电荷置于二者连线上的O点时,仅在电场力的作用下恰好保持静止状态。过O点作两正电荷连线的垂线,以O点为圆心的圆与连线和垂线分别交于a、c和b、d,如图所示。以下说法正确的是(

)A.a点电势低于O点B.b点电势低于c点C.该试探电荷在a点的电势能大于在b点的电势能D.该试探电荷在c点的电势能小于在d点的电势能思维导引

答案:BD解析:

试探电荷在O点仅在电场力作用下保持静止,则其所受合力为零。若将试探电荷向左移动少许,则其将在静电力作用下向左运动,静电力做正功,电势能减少,试探电荷带负电,故由O向a运动过程中电势升高,同理由O向c运动过程中电势升高,所以ac连线上O点电势最低。bd连线上按上述判断方法可知,O点电势最高,所以选项A错误,B正确。因为φa>φb,φc>φd,试探电荷带负电,所以Epa<Epb,Epc<Epd,故选项C错误,D正确。规律方法

三个物理量的判断方法

电场强度强弱的判断①根据电场线或等势面的疏密判断②根据公式E=k和电场强度叠加原理判断电势高低的判断①根据电场线的方向判断②由UAB=和UAB=φA-φB判断③根据电场力做功(或电势能)判断电势能大小的判断①根据Ep=qφ判断②根据ΔEp=-W电,由电场力做功判断拓展训练1(2021·浙江高三二模)硒鼓是激光打印机的核心部件,主要由感光鼓、充电辊、显影装置、粉仓和清洁装置构成,工作中充电辊表面的导电橡胶给感光鼓表面均匀地布上一层负电荷。我们可以用下面的模型模拟上述过程:电荷量均为-q的点电荷,对称均匀地分布在半径为R的圆周上,若某时刻圆周上P点处的一个点电荷的电荷量突变成+2q,则圆心O点处的电场强度为(

)答案:D

解析:

根据对称性和电场的叠加原理,知原来O点处电场强度为零,说明P点处的点电荷在O点处产生的电场强度与其余点电荷在O点处产生的合电场强度大小相等、方向相反,则其余点电荷在O点处产生的合电场强度大小拓展训练2(多选)(2020·全国卷Ⅱ)如图所示,竖直面内一绝缘细圆环的上、下半圆分别均匀分布着等量异种电荷。a、b为圆环水平直径上的两个点,c、d为竖直直径上的两个点,它们与圆心的距离均相等。则(

)A.a、b两点的电场强度相等B.a、b两点的电势相等C.c、d两点的电场强度相等D.c、d两点的电势相等ABC解析:

采用微元法,在等量异种点电荷形成的电场中,以两点电荷连线与中垂线交点为圆心,以小于两点电荷之间连线的任一距离为直径作圆,则此圆直径两端点处的合电场强度是相同的。在此圆环直径端点取等量异种点电荷,在两点电荷形成的电场中,根据前面的分析可知,a、b两点电场强度相等,c、d两点电场强度相等。故在圆环中所有电荷形成的电场中,a、b两点的电场强度相等,c、d两点的电场强度相等,A、C正确。在圆环竖直方向取等量异种电荷,a、b位于中垂线上,两点电势都为0,B正确。c位置靠近正电荷,电势大于0;d位置靠近负电荷,电势小于0,D错误。命题热点二平行板电容器问题常以选择题的形式考查平行板电容器的各物理量的变化情况及电容器内带电物体的运动情况。例2(2021·广西桂林期末)如图所示,两块较大的金属板A、B平行水平放置并与一电源相连,S闭合后,两板间有一质量为m、电荷量为q的油滴恰好在P点处于静止状态。则下列说法正确的是(

)A.在S仍闭合的情况下,若将A板向下平移一小段位移,则油滴向下加速运动,G中有b→a的电流B.在S仍闭合的情况下,若将A板向右平移一小段位移,则油滴向上加速运动,G中有b→a的电流C.若将S断开,且将A板向左平移一小段位移,P点电势降低D.若将S断开,再将A板向下平移一小段位移,P点电势变大思维导引

答案:C

知,U增大;根据U=Ed可知,E增大,静电力增大,油滴向上运动;但由于电荷量不变,电场强度E变大,因此PB电势差增大,而B板接地,因此P点电势降低,故C正确。若将S断开,Q不变,再将A板向下平移一小段位移,根据规律方法

关于平行板电容器的动态问题分析

2.明确两种类型:(1)电容器始终与直流电源相连→电压U不变,改变εr、S、d中某一个量,判定C、E、Q等物理量的变化。(2)电容器充电后与电源断开→电荷量Q不变,改变εr、S、d中某一个量,判定C、E、U等物理量的变化。拓展训练3(多选)(2022·广西河池八校联考)如图所示,电容式麦克风的振动膜是利用超薄金属或镀金的塑料薄膜制成的,它与基板构成电容器,并与电阻、电池构成闭合回路。麦克风正常工作时,振动膜随声波左右振动。下列说法正确的是(

)A.振动膜向右运动时,电容器极板间的电场强度不变B.振动膜向右运动时,a点的电势比b点的电势高C.振动膜向左运动时,电阻上有从a到b的电流D.振动膜向左运动时,振动膜所带的电荷量减小BD命题热点三带电粒子在电场中的运动主要以计算题的形式考查带电粒子在电场中的受力和运动情况。例3(2022·天津滨海新区高考模拟)目前我国正在运转的空间站天和核心舱,搭载了一种全新的推进装置——霍尔推力器。其工作原理简化如下:由阴极逸出(初速度极小)的一部分电子进入放电室后,在静电力与磁场力的共同作用下被束缚在一定的区域内,与推进剂工质(氙原子)发生碰撞使其电离;电离后的氙离子在磁场中的偏转角度很小,其运动可视为在轴向静电力作用下的直线运动,并最终被高速喷出,霍尔推力器由于反冲获得推进动力。设某次核心舱进行姿态调整,开启霍尔推力器,电离后的氙离子初速度为0,经电压为U的电场加速后高速喷出,单位时间内喷出氙离子的数目为N。已知一个氙离子的质量为m,电荷量为q,忽略离子间的相互作用力和电子能量的影响。(1)求氙离子喷出加速电场的速度v及其所形成的等效电流I。(2)求霍尔推力器获得的平均推力F的大小。(3)可以用霍尔推力器工作过程中产生的推力与电压为U的电场对氙离子做功的功率的比值S来反映霍尔推力器的工作情况。通过计算说明,如果要增大S可以采取哪些措施。思维导引

规律方法

带电粒子在电场中运动问题的分析思路(1)首先分析粒子的运动规律,区分是在电场中的直线运动还是偏转运动问题。(2)对于直线运动问题,可根据对粒子的受力分析与运动分析,从以下两种途径进行处理:①如果是带电粒子受恒定静电力作用下的直线运动问题,应用牛顿第二定律找出加速度,结合运动学公式确定带电粒子的速度、位移等。②如果是非匀强电场中的直线运动,一般利用动能定理研究全过程中能的转化,研究带电粒子的速度变化、运动的位移等。(3)对于曲线运动问题,一般是类平抛运动模型,通常采用运动的合成与分解方法处理。通过对带电粒子的受力分析和运动规律分析,借助运动的合成与分解,寻找两个分运动,再应用牛顿运动定律或运动学方程求解。(4)当带电粒子从一个电场区域进入另一个电场区域时,要注意分析带电粒子的运动规律的变化及两区域电场交界处的有关联的物理量,这些关联量往往是解决问题的突破口。拓展训练4(2022·广西南宁期中)三块相同的金属平板A、B、D自上而下水平放置,间距分别为h和d,如图所示。A、B两板中心开孔,在A板的开孔上搁有一金属容器P,与A板接触良好,其内盛有导电液体。A板通过闭合的开关S与电动势为U0的电池正极相连,B板与电池负极相连并接地。容器P内液体在底部小孔O处形成质量为m,电荷量为q的液滴后自由下落,穿过B板的开孔O'落到D板上,其电荷被D板吸附,液体随即蒸发。接着容器底部又形成相同的液滴自由下落,如此继续。设整个装置放在真空中。(1)第一个液滴到达D板时的速度为多少?(2)D板最终可达到多高的电势?(3)设液滴的电荷量是A板所带电荷量的a倍(a=0.02),A板与B板构成的电容器的电容为C0=5×10-12F,U0=1000V,m=0.02g,h=d=5cm,g取10m/s2。试计算D板最终的电势值。解析:

(1)液滴下落过程中重力和静电力都做正功,由动能定理,得

(2)B板与电池负极相连并接地,D板处的电势大小可以表示为DB的电势差,由动能定理研究整个过程,得mg(h+d)+U0q-Uq=0Q=C0U0q=aQ联立并代入数据得φ=U=2.01×105

V。新题演练•能力迁移1.(2021·云南期末)如图所示,在一个半径为R的均匀金属球壳左侧M点放置一个电荷量为-q的点电荷,O点为球壳的球心,已知M、O、N三点在一条直A解析:

根据点电荷电场强度公式,点电荷在N处产生的电场强度EM=k,方向由N指向O;由于静电平衡,球壳为等势体,球壳内部N点的电场强度为零,M处点电荷在N点产生的电场强度与球壳上感应电荷在N点产生的电场强度大小相等、方向相反,所以球壳上感应电荷在N点产生的电场强度大小E感=EM=,方向由O指向N,故A正确,B、C、D错误。2.避雷针上方有雷雨云时,避雷针附近的电场线分布如图所示,图中中央的竖直黑线AB代表了避雷针,CD为水平地面,M、N是电场线中两个点。下列说法正确的是(

)A.M点的电势比N点的电势高B.M点的电场强度比N点的电场强度大C.在试探电荷从M点到N点的多条路径中,沿直线MN走静电力做功最少D.CD的电势为零,但其表面附近的电场线有些位置和地面不垂直A解析:

沿电场线电势逐渐降低,可知M点的电势比N点的电势高,故A正确;N点处的电场线比M点密集,可知M点的电场强度比N点的电场强度小,故B错误;由于M、N两点的电势差一定,可知无论试探电荷沿什么路径从M点到N点,静电力做功都是相同的,故C错误;CD的电势为零,地面为等势面,则CD表面附近的电场线与地面都是垂直的,故D错误。3.(多选)(2021·辽宁鞍山模拟)如图所示,Q是真空中固定的点电荷,a、b、c是以Q所在位置为圆心、半径分别为r和2r的球面上的三点。将电荷量为q1、q2的正试探电荷分别从a、c两点移至无穷远处,两电荷的电势能均增大且增量相同。已知取无穷远处的电势为零时,点电荷在周围某点的电势φ=k,其中R为该点到点电荷的距离。不计q1、q2的相互作用,下列判断正确的是(

)A.Q带负电B.b、c两点电场强度相同C.a、b两点的电场强度大小之比为1∶4D.q1<q2AD解析:

将正试探电荷q1、q2分别从a、c移至无穷远电势能增大,静电力做负功,静电力的方向指向Q,电场强度方向指向Q,则Q带负电,故A正确。根据4∶1,故C错误。将电荷量为q1、q2的正试探电荷分别从a、c两点移至无穷远处,两电荷的电势能增量相同,说明静电力做负功相同,通过静电力做功与电势差关系知q1<q2,故D正确。4.(多选)(2020·全国卷Ⅲ)如图所示,∠M是锐角三角形PMN最大的内角,电荷量为q(q>0)的点电荷固定在P点。下列说法正确的是(

)A.沿MN边,从M点到N点,电场强度的大小逐渐增大B.沿MN边,从M点到N点,电势先增大后减小C.正电荷在M点的电势能比其在N点的电势能大D.将正电荷从M点移动到N点,静电力所做的总功为负BC解析:

本题以点电荷的电场为背景,意在考查静电场的电场强度分布规律和电势、电势能、静电力做功的关系。沿MN边,从M点到N点,距P点的距离先变小后变大,P点的点电荷带正电,电场强度E=k,越靠近P点,电场强度越大,电势越大,所以电场强度先变大后变小,电势先变大后变小,选项A错误,B正确;正电荷在电势高的位置电势能也大,所以正电荷在M点的电势能大于其在N点的电势能,选项C正确;将正电荷由电势能大的M点移到电势能小的N点,静电力做正功,选项D错误。5.(2022·河北邢台开学卷)电容式加速度传感器在安全气囊、手机移动设备等方面应用广泛,其工作原理简化为如图所示的示意图。质量块左侧连接轻质弹簧,右侧连接电介质。弹簧与电容器固定在外框上,质量块可带动电介质移动以改变电容器的电容,则下列说法正确的是(

)A.电介质插入极板间越深,电容器的电容越小B.若传感器运动时向右的加速度逐渐增大,则电路中有由b向a的电流C.若传感器以恒定加速度向左运动,则电路中有由a向b的电流D.若传感器以恒定加速度向右运动,则电路中有由a向b的电流B解析:

由公式C=可知,电介质插入极板间越深,电容器电容越大,选项A错误。当传感器运动时向右的加速度逐渐增大,质量块要向左运动,导致插入极板间电介质变浅,因此电容会减小,由于电压不变,根据Q=CU可知,极板间的电荷量减小,电容器处于放电状态,因此电路中有由b向a的电流,选项B正确。若传感器以恒定加速度向右运动时,弹簧长度保持不变,电容器极板间的电介质的长度不变,电容器电容不变,电路中无电流,选项C、D错误。6.(2022·广东卷)密立根通过观测油滴的运动规律证明了电荷的量子性,因此获得了1923年的诺贝尔奖。下图是密立根油滴实验的原理示意图,两个水平放置、相距为d的足够大金属极板,上极板中央有一小孔。通过小孔喷入一些小油滴,由于碰撞或摩擦,部分油滴带上了电荷。有两个质量均为m0、位于同一竖直线上的球形小油滴A和B,在时间t内都匀速下落了距离h1。此时给两极板加上电压U(上极板接正极),A继续以原速度下落,B经过一段时间后向上匀速运动。B在匀速运动时间t内上升了距离h2(h2≠h1),随后与A合并,形成一个球形新油滴,继续在两极板间运动直至匀速。已知球形油滴受到的空气阻力大小为,其中k为比例系数,m为油滴质量,v为油滴运动速率。不计空气浮力,重力加速度为g。求:(1)比例系数k;(2)油滴A、B的电性和电荷量,B上升距离h2电势能的变化量;(3)新油滴匀速运动速度的大小和方向。(2)两极板加上电压U后,A继续以原速度下落,因此A不带电。B要向下减速,因此所受电场力竖直向上