電場(chǎng)專題教案

電場(chǎng)專題教案電場(chǎng)是高中物理的重點(diǎn)知識(shí)之一．本章著重從力和能兩個(gè)角度研究電場(chǎng)的基本性質(zhì)．本章既是重點(diǎn)，又是難點(diǎn)，也是考試的熱點(diǎn)．它是電磁學(xué)的基礎(chǔ)，也是聯(lián)系力學(xué)和電磁學(xué)的一個(gè)重要鈕帶。我們將利用2-4節(jié)課的時(shí)間來對(duì)電場(chǎng)進(jìn)行講解。本章及相關(guān)內(nèi)容知識(shí)網(wǎng)絡(luò)：電荷電荷庫侖定律電荷守恒定律帶電粒子在電場(chǎng)中（1）平衡（2）直線加速（3）偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)的能的性質(zhì)電勢(shì)：＝ε/q，標(biāo)量，等勢(shì)面電勢(shì)差：UAB＝A－B＝－ε/q＝WAB/q電勢(shì)能：ε＝q，AB＝-UABq電場(chǎng)力的功：WAB＝UABq＝-εAB電場(chǎng)力做功與路徑無關(guān)電場(chǎng)力：F＝Eq(任何電場(chǎng))F＝Kq1q2/r2(真空中點(diǎn)電荷)電場(chǎng)的力的性質(zhì)場(chǎng)強(qiáng)E＝F/q，矢量，電場(chǎng)線勻強(qiáng)電場(chǎng)：E＝U/d真空中點(diǎn)電荷的電場(chǎng)：E＝KQ/r2電場(chǎng)電容器電容C＝Q/U平行板電容器C＝εS/4kd專題一電場(chǎng)的力的性質(zhì)一、目標(biāo)：①運(yùn)用庫侖定律定性或定量分析點(diǎn)電荷間的相互作用問題，并常用力學(xué)中處理物體平衡的方法分析帶電小球的平衡問題；②運(yùn)用電場(chǎng)強(qiáng)度的概念和電場(chǎng)線的性質(zhì)對(duì)各種電場(chǎng)進(jìn)行定性和定量的分析．二、理解和掌握的內(nèi)容1．對(duì)電場(chǎng)和電場(chǎng)線的理解只要有電荷存在，其周圍空間就存在電場(chǎng)，它是電荷間相互作用的媒介，電場(chǎng)具有力和能的性質(zhì)．電場(chǎng)強(qiáng)度是矢量，滿足矢量疊加原理．電場(chǎng)線是用來描述空間各點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)連續(xù)變化規(guī)律的一組假想的曲線．電場(chǎng)線的特點(diǎn)是：其方向代表場(chǎng)強(qiáng)方向、其疏密代表場(chǎng)強(qiáng)大??；電場(chǎng)線起始于正電荷（或無窮遠(yuǎn)）終止于負(fù)電荷（或無窮遠(yuǎn)）；電場(chǎng)線不能相交．2.深刻理解庫侖定律和電荷守恒定律。（1）庫侖定律：真空中兩個(gè)點(diǎn)電荷之間相互作用的電力，跟它們的電荷量的乘積成正比，跟它們的距離的二次方成反比，作用力的方向在它們的連線上。即：F=KQq/r2

其中k為靜電力常量，k=9.0×109Nm2/c2成立條件：①真空中（空氣中也近似成立），②點(diǎn)電荷。即帶電體的形狀和大小對(duì)相互作用力的影響可以忽略不計(jì)。（這一點(diǎn)與萬有引力很相似，但又有不同：對(duì)質(zhì)量均勻分布的球，無論兩球相距多近，r都等于球心距；而對(duì)帶電導(dǎo)體球，距離近了以后，電荷會(huì)重新分布，不能再用球心間距代替r）。（2）電荷守恒定律：系統(tǒng)與外界無電荷交換時(shí)，系統(tǒng)的電荷代數(shù)和守恒。3.深刻理解電場(chǎng)的力的性質(zhì)。電場(chǎng)的最基本的性質(zhì)是對(duì)放入其中的電荷有力的作用。電場(chǎng)強(qiáng)度E是描述電場(chǎng)的力的性質(zhì)的物理量。（1）定義：放入電場(chǎng)中某點(diǎn)的電荷所受的電場(chǎng)力F跟它的電荷量q的比值，叫做該點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度，簡(jiǎn)稱場(chǎng)強(qiáng)。E=F/Q，這是電場(chǎng)強(qiáng)度的定義式，適用于任何電場(chǎng)。其中的q為試探電荷（以前稱為檢驗(yàn)電荷），是電荷量很小的點(diǎn)電荷（可正可負(fù)）。電場(chǎng)強(qiáng)度是矢量，規(guī)定其方向與正電荷在該點(diǎn)受的電場(chǎng)力方向相同。（2）點(diǎn)電荷周圍的場(chǎng)強(qiáng)公式是：E=kq/r2，其中Q是產(chǎn)生該電場(chǎng)的電荷，叫場(chǎng)源電荷。（3）勻強(qiáng)電場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)公式是：，其中d是沿電場(chǎng)線方向上的距離。三．重難點(diǎn)釋疑（1）電場(chǎng)線是直線的電場(chǎng)不一定是勻強(qiáng)電場(chǎng)，如孤立點(diǎn)電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)是非勻強(qiáng)電場(chǎng)，它的電場(chǎng)線就是直線．（2）電場(chǎng)線不是帶電粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡，只的在滿足一定條件時(shí)帶電粒子運(yùn)動(dòng)的軌跡才有可能與電場(chǎng)線重合．帶電粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡是由帶電粒子受到的合外力和初速度來決定的，必須從運(yùn)動(dòng)和力的觀點(diǎn)來分析確定．【例題精析】AB圖10—１例1如圖所示，半徑相同的兩個(gè)金屬小球A、B帶有電量相等的電荷，相隔一定距離，兩球之間的相互吸引力的大小為F。今用第三個(gè)半徑相同的不帶電的金屬小球先后與A、B兩球接觸后移開，這時(shí)AB圖10—１A．F/8B．F/4C．3F/8D．3解析：由于A、B間有吸引力，則A、B帶異種電荷，設(shè)為Q，兩球之間的吸引力F＝kQ2/r2,r為兩球間的距離。當(dāng)C球與A球接觸后，A、C帶電量q1＝Q/2，當(dāng)C球再與B球接觸后，B、C兩平均水平喧電量q2＝eq\f(（Q-Q/2）,2)＝Q/4，此時(shí)A、B兩球間相互作用力的大小為Fˊ＝kQ2/8r2＝F/8。正確答案：A思考與拓寬：若金屬小球A、B較大，且相距較近，有正確答案嗎？為什么？(答案：沒有，因?yàn)檫@時(shí)庫侖定律已不適應(yīng))例2在真空中有兩個(gè)固定的正的點(diǎn)電荷A、B，帶電量分別為Q、q，相距L，(1)引入第三個(gè)點(diǎn)電荷C使它處于平衡狀態(tài)，這個(gè)點(diǎn)電荷應(yīng)放在什么位置，帶電量為多少？(2)如果A、B不固定，C應(yīng)放在什么位置，帶電量為多少時(shí)三個(gè)電荷均靜止？解析：此題目為物體平衡和庫侖定律的綜合運(yùn)用題，其解題方法與力學(xué)中處理物體平衡問題的分析方法是相同的．（還記得力學(xué)平衡的幾種分析方法嗎？）（1）A、B兩球都固定，C球只能放在A、B連線之是且適當(dāng)?shù)奈恢貌庞锌赡芷胶猓O(shè)帶電量為q′，距A點(diǎn)的距離為x，對(duì)C由物體平衡條件和庫侖定律得：KQq′/x2＝Kqq′/(L-x)2解得x＝eq\f(eq\r(,Q),eq\r(,Q)+eq\r(,q))，q′在運(yùn)算中被消去，所以q′的電性和電量多少不限．（2）A、B不固定時(shí)，三個(gè)小球均要在互相作用下平衡，由受力分析可知，C必須是負(fù)電荷，且放于A、B連線間，設(shè)電量為-q′，距A為x．對(duì)C由物體平衡條件和庫侖定律得：KQq／x2＝Kqq／(L-x)2，解得x＝eq\f(eq\r(,Q),eq\r(,Q)+eq\r(,q))對(duì)A由物體平衡條件和庫侖定律得：KQq/L2＝KQq/x2，解得x＝q（eq\f(eq\r(,Q),eq\r(,Q)+eq\r(,q))）2思考與拓寬１：三個(gè)電荷在同一直線上排列，且三個(gè)電荷由于相互作用均平衡時(shí)，它們的電性有什么規(guī)律？帶電量多少與它們之間的距離有什么關(guān)系？(答案：電荷的排列順序只有兩種可能，即：“+-+”和“-+-”；中間的電荷帶電量少，兩端的電荷帶電量多，兩羰的電荷中帶電量少的與中間電荷較近)思考與拓寬２：能否用點(diǎn)電荷的場(chǎng)強(qiáng)公式和電場(chǎng)強(qiáng)度的疊加原理來解答例１？(答案：能，當(dāng)電荷受庫侖力平衡時(shí)，它所在處的合場(chǎng)強(qiáng)為零)例3如圖10—2所示，帶箭頭的曲線表示電場(chǎng)中某區(qū)域內(nèi)電場(chǎng)線的分布情況，一帶電粒子在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的徑跡如圖中虛線所示，若不考慮其它力的作用，則下列判斷中正確的是（）BAE圖10—2A．若粒子是從BAE圖10—2B．不論粒子是從A運(yùn)動(dòng)到B還是從B運(yùn)動(dòng)到A，粒子必帶負(fù)電C．若粒子是從B運(yùn)動(dòng)到A，則其加速度減小D．若粒子是從B運(yùn)動(dòng)到A，則其速度減小解析：本題應(yīng)從物體做曲線運(yùn)動(dòng)的條件著手分析，由曲線的彎曲方向看，帶電粒子受電場(chǎng)力方向必向左方，再由正負(fù)電荷所受電場(chǎng)力方向與場(chǎng)強(qiáng)方向的關(guān)系便可確定帶電粒子帶負(fù)電，所以答案A錯(cuò)誤，答案B正確；而其加速度如何變化可由電場(chǎng)線的疏密變化來確定，因?yàn)殡妶?chǎng)線密處的場(chǎng)強(qiáng)大，同一電荷受力大，電場(chǎng)線稀疏處場(chǎng)強(qiáng)小，同一電荷受力小，由圖可見A處的電場(chǎng)線比B處稀疏，所以電荷在B處的加速度較大，所以答案C正確；速度如何變化可從電場(chǎng)力做功情況做出判斷，當(dāng)粒子從B向A運(yùn)動(dòng)時(shí)，其們移方向與受力方向的夾角小于900，電場(chǎng)力即合外力做正功，其動(dòng)能增大，速度增大，所以答案D錯(cuò)誤．思考與拓寬：若粒子帶電性質(zhì)與題中粒子的電性相反，且從A點(diǎn)進(jìn)入電場(chǎng)，請(qǐng)定性畫出其運(yùn)動(dòng)軌跡．(答案：略)專題二電場(chǎng)的能的性質(zhì)一、目標(biāo)：①以選擇題的形式對(duì)描述電場(chǎng)的各物理量（如電場(chǎng)強(qiáng)度與電勢(shì)、電勢(shì)與電勢(shì)等）能進(jìn)行比較鑒別；②利用電場(chǎng)線和等勢(shì)面的性質(zhì)對(duì)電場(chǎng)進(jìn)行分析；③從能的轉(zhuǎn)化的觀點(diǎn)分析帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)．二、理解和掌握的內(nèi)容1．理順好幾個(gè)關(guān)系：（１）電場(chǎng)力做功與電勢(shì)能的關(guān)系：電場(chǎng)力對(duì)電荷做功，電荷的電勢(shì)能減??；電荷克服電場(chǎng)力做功，電荷的電勢(shì)能增加．電勢(shì)能變化的數(shù)值等于電場(chǎng)力對(duì)電荷做功的數(shù)值．這常是判斷電荷電勢(shì)能變化的依據(jù)．（２）電勢(shì)與電勢(shì)能：①電勢(shì)是描述電場(chǎng)能的性質(zhì)的物理量，與置于電場(chǎng)中檢驗(yàn)電荷的電量大小無關(guān)，電勢(shì)能是描述電荷與電場(chǎng)相互作用能的大小的物理量，其大小由電場(chǎng)中電荷帶電量的多少和該點(diǎn)電勢(shì)共同決定．②帶電體從電場(chǎng)中的a點(diǎn)移到b點(diǎn)過程中，如果知道電場(chǎng)力對(duì)帶電體做正功還是做負(fù)功，可直接判斷其電勢(shì)能的變化．若要判斷a、b兩點(diǎn)電勢(shì)高低，必須知道帶電體是帶正電還是帶負(fù)電，反之，若要知道帶電體所帶電荷的正負(fù)，要判斷a、b兩點(diǎn)電勢(shì)高低，必須知道電場(chǎng)力對(duì)帶電體做正功還是做負(fù)功．（３）等勢(shì)面的特點(diǎn)：①等勢(shì)面一定與電場(chǎng)垂直；②在同一等勢(shì)面上移動(dòng)電荷時(shí)電場(chǎng)力不做功；③電場(chǎng)線總是從電勢(shì)高的等勢(shì)面指向電勢(shì)低的等勢(shì)面；④任何兩個(gè)等勢(shì)面都不會(huì)相交；⑤等差等勢(shì)面越密的地方電場(chǎng)強(qiáng)度越大，即等差等勢(shì)面的疏密可以描述電場(chǎng)的強(qiáng)弱．2．幾點(diǎn)說明（１）電勢(shì)的數(shù)值是相對(duì)的，不是絕對(duì)的．在求電勢(shì)大小時(shí)，首先必須選定某一位置的電勢(shì)為零，否則無法求解．零點(diǎn)的選取是任意的，但在理論上通常取離場(chǎng)源電荷無窮遠(yuǎn)處為零電勢(shì)位置；實(shí)際使用中，則取大地為零電勢(shì)．（２）電場(chǎng)中某點(diǎn)的電勢(shì)在數(shù)值上等于單位正電荷由該點(diǎn)移至零電勢(shì)點(diǎn)時(shí)電場(chǎng)力所做的功．這就說明，當(dāng)電場(chǎng)中某點(diǎn)的位置和零電勢(shì)點(diǎn)確定后，這一點(diǎn)的電勢(shì)就是一個(gè)確定的值了．某點(diǎn)的電勢(shì)與該點(diǎn)是否放有電荷無關(guān)，即電勢(shì)的大小由電場(chǎng)本身和零電勢(shì)點(diǎn)的位置決定．3．難點(diǎn)釋疑有的同學(xué)認(rèn)為＂電場(chǎng)強(qiáng)度大處電勢(shì)高＂、＂電勢(shì)高處電荷的電勢(shì)能大＂．產(chǎn)生上述錯(cuò)誤的原因是對(duì)上述概念的不理解造成的．在電場(chǎng)中一個(gè)確定的點(diǎn)電場(chǎng)強(qiáng)度是確定的，而電勢(shì)卻與零勢(shì)點(diǎn)的選取有關(guān)，另外逆電場(chǎng)線方向電勢(shì)要升高，但逆電場(chǎng)線方向電場(chǎng)強(qiáng)度不一定增大，所以場(chǎng)強(qiáng)大處電勢(shì)不一定高，電勢(shì)高處場(chǎng)強(qiáng)也不一定大；電勢(shì)能的大小由電場(chǎng)中電荷帶電量的多少和該點(diǎn)電勢(shì)共同決定，要區(qū)分正電荷和負(fù)電荷，正電荷在電勢(shì)向處的電勢(shì)能大，而負(fù)電荷在電勢(shì)高處的電勢(shì)能?。纠}精析】例1一個(gè)點(diǎn)電荷，從電場(chǎng)中的a點(diǎn)移到b點(diǎn)，其電勢(shì)能的變化量為零，則()A．a(chǎn)、b兩點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)一定相等B．該電荷一定沿等勢(shì)面移動(dòng)C．作用于該點(diǎn)電荷的電場(chǎng)力與其移動(dòng)方向總是垂直的D．a(chǎn)、b兩點(diǎn)的電勢(shì)一定相等解析：本題考查了電勢(shì)能的變化、電場(chǎng)力做功、電場(chǎng)強(qiáng)度、電勢(shì)和電勢(shì)差與及它們間的關(guān)系．由＝W=qUab＝q(Ua-Ub)可知，若＝0，則①Uab＝Ua-Ub＝0即Ua＝Ub，所以D選項(xiàng)正確．面電勢(shì)相等的點(diǎn)，其場(chǎng)強(qiáng)不一定相等，故A選項(xiàng)不正確．②W=0，即點(diǎn)電荷從a移到b，電場(chǎng)力所做的總功為零，造成這一結(jié)果有兩種可能性，其一是電荷沿等勢(shì)面移動(dòng)，這時(shí)電場(chǎng)力與電荷的移動(dòng)方向是垂直的；其二是電荷從等勢(shì)面上的a點(diǎn)經(jīng)任意路徑又回到這一等勢(shì)面上的點(diǎn)b（因?yàn)殡妶?chǎng)力做的功與路徑無關(guān)，只與初末狀態(tài)的位置有關(guān)），所以B、C也是錯(cuò)誤的．正確答案：D．例2如圖10—10所示，A、B、C、D是勻強(qiáng)電場(chǎng)中一正方形的四個(gè)頂點(diǎn)．已知A、B、C三點(diǎn)的電勢(shì)分別為A＝15V，B＝3V，C＝-3V．由此可得D點(diǎn)的電勢(shì)D＝V．BBDCA圖10—10ABCD圖10—11如圖10—11所示，設(shè)場(chǎng)強(qiáng)方向與AB方向的夾角為，AB邊長(zhǎng)為a．由U＝Ed＝ELcos知eq\f(UAB,UAc)＝eq\f(12,18)＝eq\f(2,3)＝eq\f(acos,eq\r(,2)cos(450-))---------------①eq\f(UAB,UAD)＝eq\f(12,UAD)＝eq\f(acos,acos(900-))------------------------②由①、②式解得UAD＝6V，tg＝1/2．又因?yàn)閁AD＝UA-UD，所以UD＝UA-UAD＝9V．思考1：在勻強(qiáng)電場(chǎng)中，任意兩條平行線上距離相等的兩點(diǎn)間電勢(shì)差一定相等嗎？如果相等，能利用此結(jié)論來解此題嗎？（答案：相等；能）思考2：請(qǐng)用作圖法確定題中勻強(qiáng)電場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)方向．（答案：略）例3如圖10—12所示的直線是真空中某電場(chǎng)中的一條電場(chǎng)線，A、B是這條電場(chǎng)線上的兩點(diǎn)．一個(gè)帶正電的粒子在只受電場(chǎng)力的情況下，以速度VA經(jīng)過A點(diǎn)向B點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，經(jīng)一段時(shí)間后，VAVBVAVBAB圖10—12A．A點(diǎn)的電勢(shì)一定低于B點(diǎn)的電勢(shì)B．A點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)一定大于B點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)C．該帶電粒子在A點(diǎn)的電勢(shì)能一定小于它在B點(diǎn)的電勢(shì)能D．該帶電粒子在A點(diǎn)時(shí)的動(dòng)能與電勢(shì)能之和等于它在B點(diǎn)的動(dòng)能與電勢(shì)能之和解析：當(dāng)電場(chǎng)線是直線時(shí)，同一電場(chǎng)線上各點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)方向必相同，由題中給出的粒子運(yùn)動(dòng)情況可以判斷，粒子受電場(chǎng)力方向應(yīng)向左，粒子從A到B的運(yùn)動(dòng)過程是先向右減速，速度減為零后又向左加速．因?yàn)榱Ｗ訋д姾?，受電?chǎng)力方向向左，所以電場(chǎng)線的方向應(yīng)向左，沿電場(chǎng)線方向電勢(shì)降低，所以A點(diǎn)的電勢(shì)比B點(diǎn)低，答案A正確；由電場(chǎng)中的一條電場(chǎng)線不能確定此電場(chǎng)中各點(diǎn)電場(chǎng)強(qiáng)度的大小，所以答案B不正確；粒子從A點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)的過程中，粒子克服電場(chǎng)力做功，電勢(shì)能必增大，所以答案C正確；由于粒子在運(yùn)動(dòng)過程中只有電場(chǎng)力做功，因此只存在動(dòng)能與電勢(shì)能的相互轉(zhuǎn)化，動(dòng)能與電勢(shì)能之和保持不變，所以答案D正確．正確答案ACD．VAVBVAVBAB+-圖10—13專題三電容器靜電屏蔽一、目標(biāo)：①以選擇題的形式對(duì)電容的定義及決定因素進(jìn)行判斷；②以電容器為背景分析電場(chǎng)的力和能的性質(zhì)；③研究帶電粒子在電容器中的運(yùn)動(dòng)．二、理解和掌握的內(nèi)容1．電容定義式和決定式的綜合應(yīng)用，即分析電容器的結(jié)構(gòu)變化對(duì)相關(guān)物理量的影響．其基本思路是：①首先確定不變量，若電容器充電后斷開電源，則其所帶電量Q不變，若電容器始終和直流電源相連，則兩板間的電壓U不變；②用C＝εS/4πkd，判斷電容的變化情況；③用C＝Q/U，分析Q或U的變化情況；④用E＝U/d，分析平行板電容器兩板間場(chǎng)強(qiáng)的變化情況．2．幾點(diǎn)說明Ｑ圖10Ｑ圖10—21（２）靜電屏蔽：如圖10-21所示，將一空腔金屬導(dǎo)體放在帶電體Ｑ附近，處于靜電平衡后，空腔導(dǎo)體內(nèi)部各點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)均為零，如果空腔內(nèi)有另一個(gè)導(dǎo)體存在，這個(gè)導(dǎo)體也不會(huì)受到Ｑ所產(chǎn)生電場(chǎng)的影響，即空腔金屬導(dǎo)體對(duì)其外部的電場(chǎng)有屏蔽作用．3．難點(diǎn)釋疑有的同學(xué)不理解電容器中的電場(chǎng)強(qiáng)度由什么因素決定，常導(dǎo)致分析失誤，現(xiàn)推導(dǎo)如下：由E＝U/d和C＝Q/U得Ｅ＝Ｑ／Ｃd，又C＝εS/4πkd，于是Ｅ＝4πkＱ／εS，顯然電場(chǎng)強(qiáng)度Ｅ由Ｑ、ε、S這三個(gè)因素決定，與兩極板間的距離d無關(guān)．【例題精析】P圖10—22-+例１如圖10—22所示，平行板電容器接在電源上充電后，與電源斷開，負(fù)極板接地，在兩板間有一正電荷固定在P點(diǎn)，以EP圖10—22-+A．U變小，E不變B．E變大，W變大C．U變小，W不變D．U不變，W不變解析：解答此題應(yīng)明確，電容器與電源斷開后，其所帶電量Q將保持不變．當(dāng)正極板向下移時(shí)，電容器兩板間距d減小，由C＝εS/4πkd可知電容C增大，由C＝Q/U可得U將減小，由E＝U/d、C＝Q/U和C＝εS/4πkd得E＝4πkQ/εS，所以場(chǎng)強(qiáng)E不變，答案A正確；分析P點(diǎn)所放電荷的電勢(shì)能如何變化，應(yīng)從分析P點(diǎn)的電勢(shì)變化入手，設(shè)P點(diǎn)與負(fù)極板間的距離為d′，則P點(diǎn)的電勢(shì)＝Ed′，E和d′均不變，所以P點(diǎn)的電勢(shì)不變，正電荷在P點(diǎn)的電勢(shì)能不變，答案C正確．正確答案：AC．思考1：題中若正極板不動(dòng)，將負(fù)極板向上移一些，各量如變何化？題中若是將正極板接地，而負(fù)極板不接地，保持負(fù)極板不動(dòng)，將正極板向下移，各量如何變化？（答案：E不變，U變小，W變??；E不變，U變小，W變大）思考2：題中若將一電源始終與電容器相連，保持負(fù)極板接地且不動(dòng)，將正極板向下移時(shí)，各量如變何化？（答案：E變大，U不變，W變大）膜片電極固定電極F圖10—23例２膜片電極固定電極F圖10—23A．當(dāng)F向上壓膜片電極時(shí)，電容將變小B．當(dāng)F向上壓膜片電極時(shí)，電容將變大C．當(dāng)電流計(jì)有示數(shù)時(shí)，則壓力F發(fā)生變化D．當(dāng)電流計(jì)有示數(shù)時(shí)，則壓力F不發(fā)生變化解析：此題考查電容器電容的決定因素及電容器的充放電現(xiàn)象．當(dāng)壓力F發(fā)生變化時(shí)，兩極板間距離d發(fā)生變化，由C∝εS/d可知，電容C將會(huì)發(fā)生變化，由于電源始終與電容器相連，電容器上的電壓不變，由C＝Q/U可知電容器帶電量Q將發(fā)生變化，導(dǎo)致電容器充電或放電，這時(shí)電流表中就會(huì)有電流通過．正確答案：BC．x圖10—24思考拓寬：x圖10—24例３空腔導(dǎo)體或金屬網(wǎng)罩(無論接地與否)可以把外部電場(chǎng)遮住，使其不受外電場(chǎng)的影響;接地的空腔導(dǎo)體或金屬網(wǎng)罩可以使其部不受部帶電體電場(chǎng)的影響，這種現(xiàn)象叫做．解析：當(dāng)空腔導(dǎo)體或金屬網(wǎng)罩處在電場(chǎng)中時(shí)，其表面會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電荷，只有當(dāng)感應(yīng)電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)在空腔導(dǎo)體或金屬網(wǎng)罩內(nèi)部與外電場(chǎng)相抵消時(shí)才能達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，這時(shí)空腔導(dǎo)體或金屬網(wǎng)罩內(nèi)部場(chǎng)強(qiáng)處處為零，內(nèi)部就不受外電場(chǎng)的影響．接地的空腔導(dǎo)體或金屬網(wǎng)罩與大地構(gòu)成一個(gè)整體，與大地等電勢(shì)，其周圍電場(chǎng)強(qiáng)度必須為零，因而其外部不受內(nèi)部帶電體電場(chǎng)的影響．正確答案：內(nèi)部，外部，內(nèi)部，靜電屏蔽．專題四帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)一、目標(biāo)：①定性分析帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)過程；②綜合運(yùn)用電場(chǎng)和力學(xué)知識(shí)定量處理帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)問題（主要是直線運(yùn)動(dòng)和類平拋運(yùn)動(dòng)）．二、理解和掌握的內(nèi)容幾種運(yùn)動(dòng)形式的處理方法：（１）平衡：處于靜止?fàn)顟B(tài)或勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，帶電粒子所受合力為零．應(yīng)用物體的平衡條件可解決此類問題．（２）加速：帶電粒子沿與電場(chǎng)線平行的方向進(jìn)入電場(chǎng)，所受電場(chǎng)力的方向與運(yùn)動(dòng)方向在同一條直線上，做加（減）速直線．可利用牛頓運(yùn)動(dòng)定律（勻強(qiáng)電場(chǎng)）或功能關(guān)系（任何電場(chǎng)）來求解．（３）偏轉(zhuǎn)：帶電粒子以速度υ0垂直于電場(chǎng)線方向飛入勻強(qiáng)電場(chǎng)，受到恒定的與初速度方向成900電場(chǎng)力作用而做勻變速曲線運(yùn)動(dòng)．可用類平拋運(yùn)動(dòng)的方法來處理，即將運(yùn)動(dòng)分解為垂直電場(chǎng)方向的速度為υ0勻速直線運(yùn)動(dòng)和平行電場(chǎng)方向的初速度為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng)．設(shè)帶電粒子電量為q，質(zhì)量為m，兩平行金屬板間的電壓為U，板長(zhǎng)為L(zhǎng)，板間距離為d，當(dāng)粒子以初速度υ0平行于兩極板進(jìn)入電場(chǎng)時(shí)，有：x＝L＝υ0t，y＝eq\f(1,2)at2，又E＝U/d，a＝qE/m＝qU/md；可解得，側(cè)向位移y＝UqL2/2mdυ02；偏向角的正切tgθ＝at/υ0＝UqL/mdυ02.2．幾點(diǎn)說明在處理帶電粒子在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)問題時(shí)是否考慮重力，要通過審題來決定．①基本粒子：如電子、質(zhì)子、α粒子、離子等，一般都不考慮重力；②帶電顆粒：如液滴、油滴、塵埃、小球等，一般都不能忽略重力．【例題精析】E圖10—32例1如圖10—32所示，質(zhì)量為m的帶電小球用絕緣絲線懸于OE圖10—32A．0B．g，方向豎直向下C．gtg，水平向右D．g/cos，沿繩向下圖10—33FEmgFT解析：此題是帶電粒子在電場(chǎng)中的平衡和加速問題的綜合題，要運(yùn)用物體的平衡條件及運(yùn)動(dòng)和力的關(guān)系分析．絲線被剪斷之前，小球受三個(gè)力作用，如圖10—33所示，圖中F為重力mg和電場(chǎng)力FE的合力，由物體的平衡條件絲線的拉力T＝F＝mg/cosθ,當(dāng)絲線被子剪斷時(shí)，帶電小球受的合力為F，又初速度為零，所以帶電小球?qū)⒀谾圖10—33FEmgFT思考與拓寬：題中若場(chǎng)強(qiáng)大小和方向均未知，仍使帶電小球在圖示位置靜止，當(dāng)絲線被剪斷后，電場(chǎng)強(qiáng)度是否是唯一的？如果不是求電場(chǎng)強(qiáng)度的最小值是多少？（答案：不是；mgtgθ/q）OSP圖10—34例2如圖10—OSP圖10—34A．若保持開關(guān)閉合狀態(tài)，帶電微粒仍能到達(dá)P點(diǎn)返回B．若保持開關(guān)閉合狀態(tài)，帶電微粒尚未到達(dá)P點(diǎn)就返回C．若將開關(guān)斷開后，再移上板，帶電微粒仍能到達(dá)P點(diǎn)返回D．若將開關(guān)斷開后，再移上板，帶電微粒尚未到達(dá)P點(diǎn)就返回解析：若利用重力勢(shì)能與電勢(shì)能的相互轉(zhuǎn)化對(duì)此題進(jìn)行分析較為方便．假設(shè)微粒仍能到達(dá)P點(diǎn)，當(dāng)若保持開關(guān)閉合時(shí)，兩板間總電壓不變，但上極板與P點(diǎn)的電勢(shì)差增大，則電荷克服電場(chǎng)力做的功W將大于重力對(duì)微粒做的功，所以微粒尚未到達(dá)P點(diǎn)就返回，答案B正確；若將開關(guān)斷開，則電容器帶電量Q不變，當(dāng)將上金屬板向上移動(dòng)到圖中虛線位置時(shí)，兩極間總電壓增大，P點(diǎn)與下極板的電壓也增大，則電荷克服電場(chǎng)力做的功W將大于重力對(duì)微粒做的功，所以微粒尚未到達(dá)P點(diǎn)就返回，答案D正確．正確答案BD．思考與拓寬：保持電源與兩金屬板相連，若是將下金屬板向上移一小段距離，微粒的運(yùn)動(dòng)情況如何？(答案：帶電微粒尚未到達(dá)P點(diǎn)就返回)例3如圖10—35所示，平行正對(duì)金屬板相距為d，板長(zhǎng)為L(zhǎng)，板間電壓為U，C是寬為d的擋板，其上下兩端點(diǎn)與A和B板水平相齊，且C離金屬板與屏S的距離均為L(zhǎng)/2，C能吸收射到它表面的所有粒子．現(xiàn)讓電荷量為q的帶電粒子沿A、B兩板中線入射，帶電粒子的質(zhì)量、速率均不相同，不計(jì)重力．求:ABCSLABCSL/2L/2Ld圖10—35(2)初動(dòng)能多大的粒子能到達(dá)屏上．解析：本題考查帶電粒子在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)問題的處理方法．（1）帶電粒子進(jìn)入電場(chǎng)后做類平拋運(yùn)動(dòng)，從右側(cè)飛出電場(chǎng)后做勻速直線運(yùn)動(dòng)，這時(shí)速度方向的反向延長(zhǎng)線與粒子射入方向恰相交于兩極板的正中央O1點(diǎn)，如圖10—36所示．ABCS圖10—36O2ABCS圖10—36O2O1O′B′A′A′B′＝O′B′－O′A′由幾何關(guān)系：eq\f(O′B′,d/2)＝eq\f(3L/2,L/2)得O′B′＝3d/2eq\f(O′A′,d/2)＝eq\f(3L/2,L)得O′A′＝3d/4所以A′B＝3d/2－3d/4＝3d/4，即帶電粒子到達(dá)屏S上的寬度為3d/4．(２)設(shè)從偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)邊緣射出的粒子偏向角為θ1，由幾何關(guān)系有：tgθ1＝O′B／O1O＝eq\f(3d/2,3L/2)＝d/L，cosθ1＝L/eq\r(,L2+d2)，則該粒子射出電場(chǎng)的速度υt1＝υ0/cosθ1＝eq\f(υ0eq\r(,L2+d2),L)，由動(dòng)能定理得：Uq/2＝eq\f(1,2)mυt2－eq\f(1,2)mυ02＝eq\f(1,2)mυ02(eq\f(L2+d2,L2)－1)所以此粒子的動(dòng)能為eq\f(1,2)mυ02＝UqL2/2d2．設(shè)從擋板邊緣射出的粒子偏向角為θ2，由幾何關(guān)系有：tgθ2＝O′A′/O1O＝eq\f(3d/4,3L/2)＝d2/L，cosθ2＝2L/eq\r(,4L2+d2)，則該粒子射出電場(chǎng)的速度υt2=υ0/cosθ2＝eq\f(υ0eq\r(,4L2+d2),2L)，由動(dòng)能定理得：Uq/4＝eq\f(1,2)mυt22-eq\f(1,2)mυ02＝eq\f(1,2)mυ02(eq\f(4L2+d2,4L2)–1)所以此粒子的動(dòng)能為eq\f(1,2)mυ02＝UqL2/d2．所以，初動(dòng)能滿足UqL2/2d2＜EK＜UqL2/d2的粒子能到達(dá)屏上.思考與拓寬：若沿中心線進(jìn)入電場(chǎng)中的粒子帶電量絕對(duì)值相等，但電性不同，且具有相同的動(dòng)能，設(shè)這些粒子均能擊中屏S，它們擊中屏的位置有什么特點(diǎn)？（答案：在屏上出現(xiàn)兩個(gè)亮點(diǎn)，這兩個(gè)亮點(diǎn)關(guān)于屏的中心上下對(duì)稱）專題五處理電場(chǎng)問題的方法一、目標(biāo)：能綜合運(yùn)用電場(chǎng)及力學(xué)知識(shí)對(duì)實(shí)際問題進(jìn)行分析、綜合、推理和判斷．考查的方向是在力電綜合試題中巧妙地把電場(chǎng)的概念與牛頓定律、功能關(guān)系等力學(xué)知識(shí)有機(jī)地結(jié)合起來，考查學(xué)生對(duì)力學(xué)、電學(xué)相關(guān)概念的理解和規(guī)律的綜合運(yùn)用．二、理解和掌握的內(nèi)容常用方法和關(guān)系（1）電場(chǎng)線和等勢(shì)面的應(yīng)用：處理電場(chǎng)的簡(jiǎn)單問題，通常要先畫出電場(chǎng)線和等勢(shì)面，用于比較空間各點(diǎn)的電場(chǎng)的電勢(shì)，應(yīng)注意“五看”：①看電場(chǎng)線的切線方向，確定場(chǎng)強(qiáng)的方向；②看電場(chǎng)的疏密，比較場(chǎng)強(qiáng)的大??；③看電場(chǎng)線的走向，比較電勢(shì)的高低；④看電場(chǎng)力做什么功，確定電勢(shì)能的增減；⑤看電勢(shì)能零點(diǎn)位置的選取，確定電勢(shì)能的正負(fù)．（2）電場(chǎng)中的功能關(guān)系：①計(jì)算電場(chǎng)力做的功有兩種方法：W＝qEd(適應(yīng)于勻強(qiáng)電場(chǎng))；W＝qU（適應(yīng)于一切電場(chǎng)）．②注意運(yùn)用功能關(guān)系處理電場(chǎng)問題：Ⅰ.只有電場(chǎng)力做功時(shí)，帶電粒子的電勢(shì)能只與動(dòng)能發(fā)生相互轉(zhuǎn)化，電場(chǎng)力做的功等于帶電粒子動(dòng)能的改變量，即：WAB＝qUAB＝EK＝－ε，注意：A、B為帶電粒子在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)軌跡的始末兩點(diǎn)，UAB為兩點(diǎn)間的電勢(shì)差．Ⅱ.若僅有重力和電場(chǎng)力做功，則EK＝W總＝W重＋W電＝-E重－ε電，則E重＋EK＋ε電＝0，即：帶電粒子的動(dòng)能、重力勢(shì)能、電勢(shì)能的總和保持不變．（3）帶電粒子在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)問題的處理方法：求解帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)，實(shí)際上就是力學(xué)中處理物體運(yùn)動(dòng)問題的繼續(xù)，運(yùn)用牛頓運(yùn)動(dòng)定律分析受力和運(yùn)動(dòng)過程仍是決解問題的關(guān)鍵，在此基礎(chǔ)上正確運(yùn)用牛頓運(yùn)動(dòng)定律、功能關(guān)系、動(dòng)量守恒定律是決解問題的手段．還要注意運(yùn)用等效法和類比法．【例題精析】例1如圖10—47所示，平行直線表示電場(chǎng)線，一帶電量為+10-2C的粒子在電場(chǎng)中只受電場(chǎng)AB圖10—4712力作用，由A點(diǎn)移到BAB圖10—4712A．B點(diǎn)的電勢(shì)為0B．電場(chǎng)線方向從右向左C．粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡可能是軌跡1D．粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡可能是軌跡2解析：由動(dòng)能定理，UABq＝EK，UAB＝EK/q＝-0.1/10+2＝-10V，又UAB＝UA－UB，所以UB＝UA－UAB＝0，答案A正確；由題知粒子由A點(diǎn)移到B點(diǎn)，動(dòng)能減小了，由動(dòng)能定理可知電荷克服電場(chǎng)力做了功，因此，電場(chǎng)力的方向向左，又粒子帶正電，所以電場(chǎng)線方向從右向左，答案B正確；再由運(yùn)動(dòng)和力的關(guān)系判斷，粒子運(yùn)動(dòng)的軌跡只能是軌跡1．答案C正確．正確答案：ABC．例2