《高考备考指南 物理 》课件-章末学科思维素养

静电场第七章

章末学科思维素养(本章末对应系统用书P170)素养一电场的STS问题1.现代科技例1重庆科技馆里面设有静电体验区，体验者可以进入一个静电屏蔽的金属笼，金属笼外面有特斯拉线圈产生的200多万伏的高压，但人在金属笼里面是非常安全的，对此下面说法正确的是()A.体验者在金属笼里面安全，是因为金属笼处于静电平衡，金属笼内外没有电荷B.体验者在金属笼里面安全，是因为体验者位于金属笼内，没有与金属笼内壁接触C.体验者在金属笼里面安全，是因为金属笼处于静电平衡状态，金属笼内部场强为零D.尽管电荷只分布在处于静电平衡状态的金属笼外面，但体验者用手触摸金属笼内壁仍是不安全的C【解析】笼体表面会感应出异种电荷，A错误；处于静电平衡状态的导体是个等势体，金属笼内部的场强处处为零，C正确，B、D错误.例2

(多选)目前智能手机普遍采用了电容触摸屏，电容触摸屏是利用人体的电流感应进行工作的，它是一块四层复合玻璃屏，玻璃屏的内表面和夹层各涂一层ITO(纳米铟锡金属氧化物)，夹层ITO涂层作为工作面，四个角引出四个电极.当用户手指触摸电容屏时，手指和工作面形成一个电容器，因为工作面上接有高频信号，电流通过这个电容器分别从屏的四个角上的电极中流出，且理论上流经四个电极的电流与手指到四个角的距离成比例，控制器通过对四个电流比例的精密计算来确定手指位置.对于电容触摸屏，下列说法正确的是()A.电容触摸屏只需要触摸，不需要压力即能产生位置信号B.使用绝缘笔在电容触摸屏上也能进行触控操作C.手指压力变大时，由于手指与屏的夹层工作面距离变小，电容变小D.手指与屏的接触面积变大时，电容变大AD【解析】据题意知，电容触摸屏只需要触摸，由于只要流经四个电极的电流与手指到四个角的距离成比例，控制器就能确定手指的位置，因此不需要手指有压力，A正确；因为绝缘笔与工作面不能形成一个电容器，所以不能在电容屏上进行触控操作，B错误；手指压力变大时，由于手指与屏的夹层工作面的距离变小，电容将变大，C错误；手指与屏的接触面积变大时，电容变大，D正确.例3

(多选)电子束熔炼是指在高真空下，将高速电子束的动能转换为热能作为热源来进行金属熔炼的一种熔炼方法.如图所示，阴极灯丝被加热后产生初速度为0的电子，在3×104V加速电压的作用下，以极高的速度向阳极运动；穿过阳极后，在金属电极A1、A2间由1×103V电压形成的聚焦电场作用下，轰击到物料上，其动能全部转换为热能，使物料不断熔炼.已知某电子在熔炼炉中的轨迹如图中虚线OPO'所示，P是轨迹上的一点，聚焦电场过P点的一条电场线如图，则()A.电极A1的电势高于电极A2的电势B.电子在P点时速度方向与聚焦电场强度方向夹角大于90°C.聚焦电场只改变电子速度的方向，不改变电子速度的大小D.电子轰击到物料上时的动能大于3×104eVABD【解析】由粒子运动轨迹与力的关系可知，电子在P点受到的电场力斜向左下方，电子带负电，所以电场强度方向为斜向右上方，即电极A1的电势高于电极A2的电势，A正确；电子在P点时的速度方向与聚焦电场强度方向的夹角大于90°，B正确；聚焦电场不仅改变电子速度的方向，也改变电子速度的大小，C错误；由动能定理，电子到达P点时动能已经为3×104

eV，再经过聚焦电场加速，可知电子轰击到物料上时的动能大于3×104

eV，D正确.例4关于飞行时间质谱仪(TOF)的研究，我国再获技术成果.其原理如图所示，它可以根据测出的带电粒子的飞行时间对气体分子进行分析.在真空状态下，脉冲阀P喷出微量气体，经激光照射产生不同正离子，这些正离子自a板小孔进入a、b间的加速电场，从b板小孔射出，沿中线方向进入M、N板间的方形区域，然后到达紧靠在其右侧的探测器.已知极板a、b间的电压为U0，间距为d，极板M、N正对且长度和间距均为L，测出某一离子从a板到b板的飞行时间为t，不计离子重力及经过a板时的初速度.

(2)若在M、N间加上偏转电压U，为保证上述离子能直接打在探测器上，求U与U0的关系.

2.生产、生活实际例5当今医学上对某些肿瘤采用质子疗法进行治疗，该疗法用一定能量的质子束照射肿瘤以杀死癌细胞.现用一直线加速器来加速质子，使其从静止开始被加速到1.0×107m/s.已知加速电场的场强为1.3×105N/C，质子的质量为1.67×10－27kg，电荷量为1.6×10－19C，则下列说法正确的是()A.加速过程中质子电势能增加B.质子所受到的电场力约为2×10－15NC.质子加速需要的时间约为8×10－6sD.加速器加速的直线长度约为4mD

例6如图所示为某静电除尘器的工作原理图，请判断以下说法正确的是()A.离子发生器的作用是在空气经过时使其中的粉尘带上负电B.集尘盘负极吸附大量粉尘的原因是粉尘带上了正电C.若预过滤网破裂，不影响除尘器的除尘效果D.该除尘器能有效清除空气中的有毒气体B【解析】根据集尘盘能收集粉尘可知，粉尘带正电，A错误，B正确.过滤网的作用是滤去质量较大的颗粒，而细小颗粒更易被收集，C错误.该装置无法分辨气体是否有毒性，D错误.素养二“等效法”科学思维在电场中的应用1.等效重力法

2.物理最高点与空间最高点在叠加电场和重力场中做圆周运动的小球，经常遇到小球在竖直平面内做圆周运动的临界速度问题.小球能维持圆周运动的条件是能过最高点，这里的最高点不一定是空间最高点，而应是物理最高点.

BD

素养三函数思想分析物理问题类型1

φ－x图像例8

(2023年中山一中模拟)某静电场中x轴上各点的电场强度方向均与x轴重合，以x轴负方向为电场强度的正方向，电场强度E随x变化的规律如图所示.－d~d间的图像关于x＝0对称.下图分别表示x轴上各点的电势φ随x变化的图像，其中可能正确的是()

C【解析】由于以x轴负方向为电场强度的正方向，在－d~d区间，场强均为正值，即场强均沿x轴负方向，沿电场方向电势逐渐降低，故沿＋x方向，电势逐渐升高，由于φ－x图线的斜率表示场强大小，在O点附近场强最大，φ－x图线斜率最大，对比可知，C图符合题意.

A.y甲＝2y乙

B.y甲＝y乙C.v甲＝v乙 D.v甲＝4v乙B

类型3

Ep－x图像例10

(多选)(2023年茂名电海中学一模)一带负电的微粒(电荷量不变，所受重力不计)只在电场力作用下沿x轴正方向运动，其电势能Ep随位移x变化的关系如图所示，其中