2023屆二輪復(fù)習(xí) 專題3 第1講　電場　帶電粒子在電場中的運(yùn)動 課件（51張）（山東專用）

第一講電場帶電粒子在電場中的運(yùn)動專題三2023內(nèi)容索引0102核心考點(diǎn)聚焦微專題?熱考命題突破【知識網(wǎng)絡(luò)建構(gòu)】

核心考點(diǎn)聚焦考點(diǎn)一電場性質(zhì)的理解與應(yīng)用核心歸納命題角度1

庫侖定律、電場強(qiáng)度的矢量性及大小計(jì)算(1)庫侖定律(2)電場強(qiáng)度的矢量性及大小計(jì)算用到的思維方法有疊加法、對稱法、微元法、補(bǔ)償法等。命題角度2

電勢高低和電勢能變化的判斷(1)電勢高低的判斷①根據(jù)電場線方向判斷:沿著電場線方向電勢逐漸降低。②將電荷量為q的正電荷從電場中的某點(diǎn)移至無窮遠(yuǎn)處時,靜電力做正功越多,則該點(diǎn)的電勢越高。③根據(jù)電勢差UAB=φA-φB判斷:若UAB>0,則φA>φB;反之,φA<φB。(2)電勢能變化的判斷①根據(jù)靜電力做功判斷:若靜電力對電荷做正功,電勢能減少;反之則增加,即W=-ΔEp。②根據(jù)電勢高低判斷:正電荷在電勢越高的位置電勢能越大;負(fù)電荷在電勢越高的位置電勢能越小。③根據(jù)能量守恒定律判斷:靜電力做功的過程是電勢能和其他形式的能相互轉(zhuǎn)化的過程,能量的總和保持不變,即當(dāng)動能增加時,電勢能減少。命題角度3

電場中的三類圖像問題(1)v-t圖像:根據(jù)v-t圖像中速度的變化、斜率的絕對值的變化(即加速度大小的變化),確定電荷所受靜電力的方向與靜電力的大小變化情況,進(jìn)而確定電場的方向、電勢的高低及電勢能的變化情況。(2)φ-x圖像:①電場強(qiáng)度的大小等于φ-x圖線斜率的絕對值;②在φ-x圖像中可以直接判斷各點(diǎn)電勢的大小,并可根據(jù)電勢大小關(guān)系大致確定電場強(qiáng)度的方向;③在φ-x圖像中分析電荷移動時做功的正負(fù),可用WAB=qUAB分析WAB的正負(fù),然后做出判斷。(3)E-x圖像:①根據(jù)給出的E-x圖像,確定電場強(qiáng)度的方向,根據(jù)電場強(qiáng)度的大小變化,確定電場的強(qiáng)弱分布;②圖線與橫軸所圍面積在數(shù)值上表示電勢差。典例剖析例1(命題角度3)(多選)(2022河北石家莊一模)如圖甲所示,在x軸上有O、A、B、C、D五點(diǎn),坐標(biāo)分別為0、x0、2x0、3x0、4x0,靜電場的電場強(qiáng)度方向與x軸平行,電勢φ隨x的分布如圖乙所示。一質(zhì)量為m、電荷量為q的帶正電的粒子,以初速度v0從O點(diǎn)沿x軸正方向進(jìn)入電場,不計(jì)粒子重力,下列說法正確的是(

)B.若粒子能運(yùn)動到A處,粒子一定能運(yùn)動到D處C.若粒子能運(yùn)動到B處,粒子在A、B間做勻速直線運(yùn)動CD對點(diǎn)訓(xùn)練1.(命題角度1、2)(多選)(2022全國乙卷)如圖所示,兩對等量異種點(diǎn)電荷+q、-q(q>0)固定于正方形的4個頂點(diǎn)上,L、N是該正方形兩條對角線與其內(nèi)切圓的交點(diǎn),O為內(nèi)切圓的圓心,M為切點(diǎn)。則(

)A.L和N兩點(diǎn)處的電場方向相互垂直B.M點(diǎn)的電場方向平行于該點(diǎn)處的切線,方向向左C.將一帶正電的點(diǎn)電荷從M點(diǎn)移動到O點(diǎn),靜電力做正功D.將一帶正電的點(diǎn)電荷從L點(diǎn)移動到N點(diǎn),靜電力做功為零AB解析

兩個正點(diǎn)電荷在N點(diǎn)產(chǎn)生的電場方向由N指向O,N點(diǎn)又處于兩負(fù)點(diǎn)電荷連線的中垂線上,則兩負(fù)點(diǎn)電荷在N點(diǎn)產(chǎn)生的電場方向由N指向O,則N點(diǎn)的電場方向由N指向O,同理可知,兩個負(fù)點(diǎn)電荷在L點(diǎn)產(chǎn)生的電場方向由O指向L,L點(diǎn)又處于兩正點(diǎn)電荷連線的中垂線上,兩正點(diǎn)電荷在L點(diǎn)產(chǎn)生的電場方向由O指向L,則L點(diǎn)的電場方向由O指向L,由于正方形兩對角線互相垂直平分,則L和N兩點(diǎn)處的電場方向相互垂直,故A正確;正方形下方的一對等量異種點(diǎn)電荷在M點(diǎn)產(chǎn)生的電場方向向左,而正方形上方的一對等量異種點(diǎn)電荷在M點(diǎn)產(chǎn)生的電場方向向右,由于M點(diǎn)與上方一對等量異種點(diǎn)電荷距離較遠(yuǎn),則M點(diǎn)的電場方向向左,故B正確;由題圖可知,M點(diǎn)和O點(diǎn)都位于上方和下方兩對等量異種點(diǎn)電荷的等勢線上,即M點(diǎn)和O點(diǎn)電勢相等,所以將一帶正電的點(diǎn)電荷從M點(diǎn)移動到O點(diǎn),靜電力做功為零,故C錯誤;在兩個正點(diǎn)電荷產(chǎn)生的電場中,L點(diǎn)的電勢低于N點(diǎn)的電勢,在兩個負(fù)點(diǎn)電荷產(chǎn)生的電場中,L點(diǎn)的電勢也低于N點(diǎn)的電勢,故在合電場中,L點(diǎn)的電勢低于N點(diǎn)的電勢,則將一帶正電的點(diǎn)電荷從L點(diǎn)移動到N點(diǎn),靜電力做功不為零,故D錯誤。2.(命題角度1、2)(2022福建龍巖模擬)如圖所示,虛線為某靜電場中的等勢線,實(shí)線為某帶電粒子在該靜電場中運(yùn)動的軌跡,a、b、c為粒子的運(yùn)動軌跡與等勢線的交點(diǎn),粒子只受靜電力作用,則下列說法正確的是(

)A.a點(diǎn)的電場強(qiáng)度比b點(diǎn)的小B.a點(diǎn)的電勢一定比b點(diǎn)的小C.粒子在a點(diǎn)的動能比在c點(diǎn)的小D.粒子在b點(diǎn)的電勢能比在c點(diǎn)的小D解析

因不知題目中的等勢線是否是等差等勢線,故無法判斷a點(diǎn)和b點(diǎn)電場強(qiáng)度的大小,A錯誤;根據(jù)軌跡可知粒子所受靜電力的方向向右,但由于不知帶電粒子的電性,故無法判斷電場強(qiáng)度方向,也就無法判斷a點(diǎn)和b點(diǎn)電勢的大小,B錯誤;根據(jù)電場線與等勢線處處垂直且靜電力指向軌跡的凹側(cè),可知粒子從a到c的過程先是靜電力與速度方向夾角為銳角,靜電力做正功,粒子動能增大,電勢能減小,后是靜電力與速度方向夾角為鈍角,靜電力做負(fù)功,動能減小,電勢能增大,同理,從c到a的過程也是靜電力先做正功,后做負(fù)功,所以在a、c之間運(yùn)動過程中,粒子的動能先增大后減小,電勢能先減小后增大,由于a、c在同一等勢線上,故粒子在a點(diǎn)和在c點(diǎn)動能相等,在b點(diǎn)的電勢能比在c點(diǎn)的小,C錯誤,D正確。3.(命題角度1)(2022山東卷)半徑為R的絕緣細(xì)圓環(huán)固定在圖示位置,圓心位于O點(diǎn),環(huán)上均勻分布著電荷量為Q的正電荷。點(diǎn)A、B、C將圓環(huán)三等分,取走A、B處兩段弧長均為Δl的小圓弧上的電荷。將一點(diǎn)電荷q置于OC延長線上距O點(diǎn)為2R的D點(diǎn),O點(diǎn)的電場強(qiáng)度剛好為零。圓環(huán)上剩余電荷分布不變,q為(

)C解析

若再取走C處弧長為Δl的小圓弧上的電荷,根據(jù)對稱性,細(xì)圓環(huán)上剩余電荷產(chǎn)生的電場在O點(diǎn)的電場強(qiáng)度為零,即取走A、B處電荷后,細(xì)圓環(huán)上電荷產(chǎn)生的電場在O點(diǎn)的電場強(qiáng)度等于C處小圓弧上電荷產(chǎn)生的電場在O點(diǎn)的電場強(qiáng)度。因?yàn)镺點(diǎn)電場強(qiáng)度為零,說明C處小圓弧上的電荷產(chǎn)生的電考點(diǎn)二與平行板電容器有關(guān)的電場問題核心歸納命題角度1

平行板電容器的基本公式命題角度2

平行板電容器動態(tài)變化問題的兩種情況

深化拓展分析平行板電容器的動態(tài)變化問題時的兩個關(guān)鍵點(diǎn)(1)確定不變量:首先要明確動態(tài)變化過程中的哪些量不變,一般情況下是電荷量不變或板間電壓不變。典例剖析例2(命題角度2)(多選)如圖所示為某汽車上的加速度電容傳感器的俯視圖。金屬塊左、右側(cè)分別連接電介質(zhì)、輕質(zhì)彈簧,彈簧的另一端與電容器均固定在外框上,金屬塊可帶動電介質(zhì)相對于外框無摩擦地左右移動,電容器與供電電源連接,并串聯(lián)計(jì)算機(jī)的信號采集器。下列關(guān)于該傳感器的說法正確的是(

)A.在汽車向左做勻速直線運(yùn)動的過程中,電路中有電流B.在汽車向右做勻加速直線運(yùn)動的過程中,彈簧長度不變,電路中無電流C.在汽車向右做加速度增大的減速運(yùn)動的過程中,電路中有順時針方向的充電電流D.在汽車向右做加速度增大的加速運(yùn)動的過程中,電路中有順時針方向的充電電流BD解析

當(dāng)汽車向左做勻速直線運(yùn)動時,電介質(zhì)位置不變,則電容器的電容不變,因兩極板間電壓不變,根據(jù)Q=CU知電容器的電荷量不變,因此電路中沒有電流,A錯誤;在汽車向右做勻加速直線運(yùn)動的過程中,根據(jù)牛頓第二定律知,彈力大小不變,則電容器的電容不變,因電壓不變,則電容器的電荷量不變,因此電路中沒有電流,B正確;在汽車向右做加速度增大的減速運(yùn)動的過程中,由牛頓第二定律知,向左的彈力增大,彈簧被壓縮,則插入極板間的電介質(zhì)變少,根據(jù)電容的決定式C=知電容減小,由Q=CU知電容器的電荷量減小,故電路中有逆時針方向的放電電流,C錯誤;在汽車向右做加速度增大的加速運(yùn)動的過程中,彈簧向右的彈力變大,則彈簧被拉長,插入極板間的電介質(zhì)變多,根據(jù)C=知電容增大,由Q=CU知電容器的電荷量增大,故電路中有順時針方向的充電電流,D正確。對點(diǎn)訓(xùn)練4.(命題角度1)一種“超級電容器”由于電極中加入了表面積非常大的石墨烯,所以具備超大的容量,適合作為動力電池的助力動力源。相對于普通電容器,該“超級電容器”(

)A.極板電荷量較大 B.極板間的電場強(qiáng)度較大C.單位電壓容納的電荷量較大 D.帶相同電荷量時電壓較大C解析

由于該超級電容器具備超大的容量,即單位電壓容納的電荷量較大,也就是電容C較大,故帶相同電荷量時電壓較小,C正確,D錯誤;電容器的容納能力較大,并不代表實(shí)際使用中極板電荷量較大、電場強(qiáng)度較大,也有可能極板電荷量很小,電場強(qiáng)度很小,A、B錯誤。5.(命題角度2)(多選)電源、開關(guān)、平行板電容器連成如圖所示的電路,A板接地,電容器的電容為C,閉合開關(guān)S,電源對電容器充電后,A板帶正電,電荷量為Q,板間電壓為U,板間電場強(qiáng)度大小為E,兩板中點(diǎn)O處的電勢為φO,負(fù)電荷在O點(diǎn)電勢能為EpO。則下列說法正確的是(

)A.若保持開關(guān)閉合,將A板下移少許,則U不變,Q增大,E增大B.若保持開關(guān)閉合,將B板下移少許,則U減小,Q減小,E不變C.若斷開開關(guān),將A板下移少許,則C增大,φO升高,EpO減小D.若斷開開關(guān),將B板下移少許,則C減小,φO降低,EpO減小AC考點(diǎn)三帶電粒子在電場中的運(yùn)動核心歸納命題角度1

帶電粒子在電場中的直線運(yùn)動命題角度2

帶電粒子在勻強(qiáng)電場中的偏轉(zhuǎn)問題(1)在垂直電場方向上,粒子做勻速直線運(yùn)動,在這個方向上找出平行板的板長和運(yùn)動時間等相關(guān)物理量;(2)沿靜電力方向上,粒子做勻加速直線運(yùn)動,在這個方向上找出偏轉(zhuǎn)加速度、偏轉(zhuǎn)位移、偏轉(zhuǎn)速度等相關(guān)物理量。命題角度3

帶電粒子(帶電體)在電場中的綜合問題

考慮重力:液滴、油滴、塵埃、小球把電學(xué)問題轉(zhuǎn)化為力學(xué)問題,建立帶電粒子在電場中運(yùn)動的力學(xué)模型,從帶電粒子的受力與運(yùn)動的關(guān)系及功能關(guān)系兩條途徑進(jìn)行分析與研究。深化拓展解決帶電粒子在電場中運(yùn)動問題的基本思路

典例剖析例3(命題角度3)(2020全國Ⅰ卷)在一柱形區(qū)域內(nèi)有勻強(qiáng)電場,柱的橫截面是以O(shè)為圓心、半徑為R的圓,AB為圓的直徑,如圖所示。質(zhì)量為m、電荷量為q(q>0)的帶電粒子在紙面內(nèi)自A點(diǎn)先后以不同的速度進(jìn)入電場,速度方向與電場的方向垂直。已知剛進(jìn)入電場時速度為零的粒子,自圓周上的C點(diǎn)以速率v0穿出電場,AC與AB的夾角θ=60°。運(yùn)動中粒子僅受靜電力作用。(1)求電場強(qiáng)度的大小。(2)為使粒子穿過電場后的動能增量最大,該粒子進(jìn)入電場時的速度應(yīng)為多大?(3)為使粒子穿過電場前后動量變化量的大小為mv0,該粒子進(jìn)入電場時的速度應(yīng)為多大?解題指導(dǎo)審題:關(guān)鍵詞句分析解讀柱形區(qū)域內(nèi)有勻強(qiáng)電場圓形邊界的勻強(qiáng)電場質(zhì)量為m、電荷量為q(q>0)的帶電粒子帶正電的粒子,質(zhì)量和電荷量已知自A點(diǎn)先后以不同的速度進(jìn)入電場,速度方向與電場的方向垂直在電場中做類平拋運(yùn)動已知剛進(jìn)入電場時速度為零的粒子,自圓周上的C點(diǎn)以速率v0穿出電場在電場中做初速度為零的勻加速直線運(yùn)動,電場的方向由A指向C破題:1.根據(jù)在A點(diǎn)速度為零的粒子會沿著電場線方向運(yùn)動,由動能定理(或牛頓第二定律、運(yùn)動學(xué)公式)列方程求電場強(qiáng)度。2.要使粒子動能增量最大,靜電力做功應(yīng)最多,即要求沿電場線方向移動距離最多,作AC垂線并且與圓相切,切點(diǎn)為D,即粒子要從D點(diǎn)射出時沿電場線方向移動距離最多,通過粒子在電場中做類平拋運(yùn)動可求。3.因?yàn)槌跛俣葹?時,動量增量的大小為mv0,所以在電場方向上速度變化為v0,根據(jù)C點(diǎn),應(yīng)用幾何關(guān)系確定其出電場的點(diǎn),然后用類平拋知識求解。解析

(1)粒子初速度為零,由C點(diǎn)射出電場,故電場方向與AC平行,由A指向C。由幾何關(guān)系和電場強(qiáng)度的定義知lAC=R①F=qE②(2)如圖所示,由幾何關(guān)系知AC⊥BC,故電場中的等勢線與BC平行。作與BC平行的直線與圓相切于D點(diǎn),與AC的延長線交于P點(diǎn),則自D點(diǎn)從圓周上穿出的粒子的動能增量最大。由幾何關(guān)系知設(shè)粒子以速度v1進(jìn)入電場時動能增量最大,在電場中運(yùn)動的時間為t1。粒子在AC方向做加速度為a的勻加速運(yùn)動,運(yùn)動的距離等于lAP;在垂直于AC的方向上做勻速運(yùn)動,運(yùn)動的距離等于lDP。由牛頓第二定律和運(yùn)動學(xué)公式有F=ma⑥(3)設(shè)粒子以速度v進(jìn)入電場時,在電場中運(yùn)動的時間為t。以A為原點(diǎn),粒子進(jìn)入電場的方向?yàn)閤軸正方向,電場方向?yàn)閥軸正方向建立直角坐標(biāo)系。由運(yùn)動學(xué)公式有粒子在電場中運(yùn)動時,其x方向的動量不變,y方向的初始動量為零。設(shè)穿過電場前后動量變化量的大小為mv0的粒子,離開電場時其y方向的速度分量為v2,由題給條件及運(yùn)動學(xué)公式有mv2=mv0=mat?聯(lián)立②④⑥⑩???式得v=0?另解:由題意知,初速度為0時,動量增量的大小為mv0,此即問題的一個解。自A點(diǎn)以不同的速率垂直于電場方向射入電場的粒子,沿y方向位移相等時,所用時間都相同。因此,不同粒子運(yùn)動到線段CB上時,動量變化都相同,自B點(diǎn)射出電場的粒子,其動量變化也為mv0。由幾何關(guān)系及運(yùn)動學(xué)規(guī)律可得,此時入射速率v=v0。對點(diǎn)訓(xùn)練6.(命題角度2)(2022浙江卷)如圖所示,帶等量異種電荷的兩正對平行金屬板M、N間存在勻強(qiáng)電場,板長為L(不考慮邊界效應(yīng))。t=0時刻,M板中點(diǎn)處的粒子源發(fā)射兩個速度大小為v0的相同粒子,垂直M板向右的粒子,到達(dá)N板時速度大小為

v0;平行M板向下的粒子,剛好從N板下端射出。不計(jì)重力和粒子間的相互作用,則(

)A.M板電勢高于N板電勢B.兩個粒子的電勢能都增加C解析

由于不知道兩粒子的電性,故不能確定M板和N板的電勢高低,故A錯誤。根據(jù)題意垂直M板向右的粒子,到達(dá)N板時速度增加,動能增加,則靜電力做正功,電勢能減小;平行M板向下的粒子到達(dá)N板時靜電力也做正功,電勢能同樣減小,故B錯誤。設(shè)兩板間距離為d,平行M板向下的粒子在兩板間7.(命題角度1、3)(多選)(2022全國甲卷)地面上方某區(qū)域存在方向水平向右的勻強(qiáng)電場,將一帶正電荷的小球自電場中P點(diǎn)水平向左射出。小球所受的重力和靜電力的大小相等,重力勢能和電勢能的零點(diǎn)均取在P點(diǎn)。則射出后(

)A.小球的動能最小時,其電勢能最大B.小球的動能等于初始動能時,其電勢能最大C.小球速度的水平分量和豎直分量大小相等時,其動能最大D.從射出時刻到小球速度的水平分量為零時,重力做的功等于小球電勢能的增加量BD解析

設(shè)電場強(qiáng)度為E,小球電荷量為q,質(zhì)量為m,初速度為v0由題知mg=Eq水平方向,小球向左先做勻減速運(yùn)動到速度為零后反向做勻加速運(yùn)動,加速度大小為g;豎直方向,小球做自由落體運(yùn)動,加速度大小為g電勢能只與靜電力做功有關(guān),當(dāng)小球水平向左速度為零時,電勢能最大,微專題?熱考命題突破命題篇新教材、新高考、新情境電場知識在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用情境解讀電場的知識在生產(chǎn)、生活和科技創(chuàng)新、前沿理論中的應(yīng)用較為廣泛,如靜電除塵器、噴漆、復(fù)印、植絨、選礦、顯像管、示波器、離子加速器、密立根實(shí)驗(yàn)等,解決此類問題的根本還是分析帶電粒子在電場中的運(yùn)動,另外,要注意粒子的重力是否考慮?？枷蚍治鲭妶龅男再|(zhì)是高考的?？純?nèi)容,主要涉及電場強(qiáng)度、靜電力、電勢和靜電力做功等基本概念,通常結(jié)合電場線及等勢面的知識命題,高考中涉及電場的題目常與生產(chǎn)、生活、科技創(chuàng)新、前沿理論中的應(yīng)用相結(jié)合,多以選擇題的形式出現(xiàn),難度不大。案例探究例題(2022廣東普寧模擬)密立根油滴實(shí)驗(yàn)的原理圖如圖所示,油滴噴出時,因與噴霧器摩擦而帶負(fù)電,油滴通過小孔進(jìn)入平行板電容器AB之間,調(diào)節(jié)兩板間的電壓,讓油滴緩慢勻速下落,根據(jù)已測定的油滴直徑等相關(guān)物理量,可推算出該油滴的電荷量,不計(jì)油滴間相互作用。下列相關(guān)說法正確的是(

)A.油滴由于失去正電荷而帶負(fù)電B.若僅增大A、B間電壓,油滴將加速下落C.若僅增大A、B間距離,油滴將減速下