2019年高考物理备考中等生百日捷进提升系列专题08静电场含解析20190524168.wps
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1、专题 0808 静电场 第一部分名师综述 电场是电学的基础,也是高考的重点,每年必考。一般以填空题或计算题的形式进行考查。库 仑定律、电场线的性质、带电体在静电场中的平衡、平行板电容器、带电粒子在电场中的运动 等是考查的重点。特别是带电粒子在电场中的运动结合交变电流、磁场知识巧妙地把电场性质 与牛顿运动定律、功能关系、动量等力学知识有机地结合起来,更是命题几率较高的热点。在 复习本部分时要牢牢抓住力和能这两条主线,将知识系统化,找出它们的联系,做到融会贯通, 同时还应注意此部分知识与科技前沿、生活实际等的联系,如静电除尘、电容式传感器、喷墨 打印机、静电分选器、示波器等。带电粒子在电场中运动一
2、类问题,是高考中考查的重点内容 之一在力、电综合试题中,多把电场与牛顿运动定律,动能定理,功能关系,运动学知识, 电路知识等巧妙地综合起来,考查学生对这些基本知识、基本规律的理解和掌握的情况,应用 基本知识分析、解决实际问题的能力。 预测高考对电场考查选择题和计算均有:选择题主要检测考生对重要概念的理解和基本规律的 运用重点考查库仑定律、电场、电场强度、电场线、匀强电场、电场强度的叠加、匀强电场 中电势差根电场强度的关系、电容器的电容等基本概念、基本规律的综合运用;计算题仍是以 高分值高难度形式出现,重点是考查电场力、电势能、电势差、电势等概念与力学综合。 从近几年的高考来看,随着招生比例的增
3、大,试题的难度相对而言有所下降,思维难度大,起 点高的超难试题没有了,但同时送分题也没有了,在论述题,计算题的思维起点都不是很高, 随着对物理过程研究的深入,思维难度逐步增大,因此有效的考查了学生的物理思维能力。因 此抓好基本物理知识的教学仍是中学物理教学的首要任务。把握好复习节奏,适当降低起点和 速度,着重学生思维能力的培养过程,以基础题训练方法,努力培养学生正确,良好的解题习 惯,加强对学生复习方法,应试策略与技巧的训练和指导。 第二部分知识背一背 一、库伦定律与电荷守恒定律 1库仑定律 (1)真空中的两个静止的点电荷之间的相互作用力与它们电荷量的乘积成正比,与它们距离 的二次方成反比,作
4、用力的方向在他们的连线上。 (2)电荷之间的相互作用力称之为静电力或库伦力。 (3)当带电体的距离比他们的自身大小大得多以至于带电体的形状、大小、电荷的分布状况 对它们之间的相互作用力的影响可以忽略不计时,这样的带电体可以看做带电的点,叫点电荷。 类似于力学中的质点,也时一种理想化的模型。 2电荷守恒定律 1 电荷既不能创生,也不能消失,只能从一个物体转移到另一个物体,或者从物体的一部分转移 到物体的另一部分,在转移的过程中,电荷的总量保持不变,这个结论叫电荷守恒定律。 电荷守恒定律也常常表述为:一个与外界没有电荷交换的系统,电荷的代数和总是保持不变的。 二、电场的力的性质 1电场强度 (1)
5、定义:放入电场中的某一点的检验电荷受到的静电力跟它的电荷量的比值,叫该点的电 场强度。该电场强度是由场源电荷产生的。 (2)公式: E F q (3)方向:电场强度是矢量,规定某点电场强度的方向跟正电荷在该点所受静电力的方向相 同。负电荷在电场中受的静电力的方向跟该点的电场强度的方向相反。 2点电荷的电场 (1)公式:E K Q r 2 (2)以点电荷为中心,r 为半径做一球面,则球面上的个点的电场强度大小相等,E 的方向沿 着半径向里(负电荷)或向外(正电荷) 3电场强度的叠加 如果场源电荷不只是一个点电荷,则电场中某点的电场强度为各个点电荷单独在该点产生的电 场强度的矢量和。 4电场线 (
6、1)电场线是画在电场中的一条条的由方向的曲线,曲线上每点的切线方向,表示该点的电 场强度的方向,电场线不是实际存在的线,而是为了描述电场而假想的线。 (2)电场线的特点 电场线从正电荷或从无限远处出发终止于无穷远或负电荷;电场线在电场中不相交;在同一电 场里,电场线越密的地方场强越大;匀强电场的电场线是均匀的平行且等距离的线。 三、电场的能的性质 1电势能 电势能:由于移动电荷时静电力做功与移动的路径无关,电荷在电场中也具有势能,这种势能 叫做电势能。 2电势 (1)电势是表征电场性质的重要物理量,通过研究电荷在电场中的电势能与它的电荷量的比 值得出。 E (2)公式: P (与试探电荷无关)
7、 q 2 (3)电势与电场线的关系:电势顺线降低。 (4)零电势位置的规定:电场中某一点的电势的数值与零电势点的选择无关,大地或无穷远 处的电势默认为零。 3等势面 (1)定义:电场中电势相等的点构成的面。 (2)特点:一是在同一等势面上的各点电势相等,所以在同一等势面上移动电荷,电场力不 做功二是电场线一定跟等势面垂直,并且由电势高的等势面指向电势低的等势面。 4电场力做功 (1)电场力做功与电荷电势能变化的关系: 电场力对电荷做正功,电荷电势能减少;电场力对电荷做负功,电荷电势能增加。电势能增加 或减少的数值等于电场力做功的数值。 (2)电场力做功的特点: 电荷在电场中任意两点间移动时,它
8、的电势能的变化量是确定的,因而移动电荷做功的值也是 确定的,所以,电场力移动电荷所做的功与移动的路径无关,仅与始末位置的电势差由关,这 与重力做功十分相似。 四、电容器、电容 1电容器 任何两个彼此绝缘又相隔很近的导体都可以看成是一个电容器。(最简单的电容器是平行板电 容器,金属板称为电容器的两个极板,绝缘物质称为电介质) 2电容 (1)定义:电容器所带的电荷量 Q 与电容器两极板间的电势差 U 的比值 C 表达式: Q U C (2)平行板电容器电容公式: S 4Kd 五、带电粒子在电场中的运动 1 1 qu mv 2 1加速: 2 2 2 2 mv 1 2偏转:当带点粒子垂直进入匀强电场时
9、,带电粒子做类平抛运动 t 粒子在电场中的运动时间 L v vy 粒子在 y 方向获得的速度 qul mdv 0 粒子在 y 方向的位移 y qul 2 2mdv 2 0 3 粒子的偏转角: arctan qul mdv 2 0 第三部分技能+ +方法 一、电场的力的性质和能的性质 1电场力:电场对放入其中的电荷有力的作用,电场力的大小和方向由电场强度和电荷共同 决定电场力的大小与电场强度的大小及带电体所带的电荷量有关,大小为 FqE;电场力的 方向与电场强度的方向及电荷的电性有关,正电荷所受的电场力方向与电场方向相同 2电势能:放在电场中的电荷的电势能由电势和电荷共同决定电势能是标量,其大小
10、与电 势的高低及带电体所带的电荷量、电性有关,大小为 Epq,注意电势的正负及电荷的正负 3比较电势高低的方法技巧 (1)沿电场线方向电势降低,电场线由电势高的等势面指向电势低的等势面; (2)先判断出 UAB 的正负(如利用电场力做功 WABqUAB 或其他方法),再由 UABAB 比 较 A、B 的高低; (3)取无穷远为零电势点,正电荷周围电势为正值,且离正电荷近处电势高;负电荷周围电 势为负值,且离负电荷近处电势低 二、带电粒子在电场中的加速与偏转 1带电粒子在电场中的加速 (1)带电粒子在匀强电场中的加速:可以应用牛顿运动定律结合匀变速直线运动的公式求解, 1 1 也可应用动能定理
11、qU mv mv 求解,其中 U 为带电粒子初末位置之间的电势差 2 12 2 2 (2)带电粒子在非匀强电场中的加速:只能应用动能定理求解 2带电粒子在电场中的偏转 (1)带电粒子在一般电场中的偏转:带电粒子做变速曲线运动,其轨迹总位于电场力方向和 速度方向的夹角之间,且向电场力的方向偏转 (2)带电粒子在匀强电场中的偏转:带电粒子(不计重力)以某一初速度垂直于匀强电场方 向进入匀强电场区域,粒子做匀变速曲线运动,属于类平抛运动,要应用运动的合成与分解的 方法求解,同时要注意:明确电场力方向,确定带电粒子到底向哪个方向偏转;借助画出的 运动示意图寻找几何关系或题目中的隐含关系带电粒子在电场中
12、的运动可从动力学、能量等 多个角度来分析和求解 三、带电体在重力场和电场中的运动 带电体在电场中运动时,如果重力远小于电场力,则其重力可忽略不计,如电子、质子、正负 离子等微观粒子;但带电液滴、带电尘埃等带电体的重力一般不能忽略带电体在重力场和电 场构成的复合场中的运动形式多样,可能做直线运动、一般曲线运动、圆周运动等;研究对象 可能为单个物体,也可能是多个物体组成的系统;研究方法与力学综合题的分析方法相近,因 涉及电场力做功和电势能的变化问题,其机械能不再守恒,但机械能和电势能之和可能守恒, 4 一般应用牛顿运动定律、运动学规律、动能定理和能量守恒定律求解 第四部分基础练+ +测 一、单选题
13、 1空间同一直线上 A、B、C、D 处分别固定放置点电荷 q1、q2、q3、q4,已知 q1、q4带等量正 电荷,q2、q3带等量负电荷,四点电荷在 AD 中垂线 P 点场强 E=0。AP、BP 与直线 AD夹角分别为 30、45,BO=OC,PO=OP,将电荷 Q 先从 P 点移到 O 点、再从 O 点移到 P点,电场力做功分 别为 W1、W2,则 q1与 q2电荷量的比值、W1与 W2的关系正确的是 A电荷量之比为2 2, W1=-W2 B电荷量之比为2 2, W1=W2 C电荷量之比为 2, W1=-W2 D电荷量之比为 2, W1=W2 【答案】 A 【解析】 【详解】 q1 q2 q
14、1 设 OP=h,因 P 点的场强为零,则2k 2cos60 ,解得q2 = 2 2;由题 = 2k 2cos45 h h ( ) ( ) sin30 sin45 可知,从 P 到 O 与从 O 到 P电场方向相反,则电荷 Q 从 P 到 O 与从 O 到 P电场力做功等大, 符号相反,即 W1=-W2,故选 A. 2在平面直角坐标系的 x 轴上关于原点 O 对称的 P、Q 两点各放一个等量点电荷后,x 轴上各 点电场强度 E 随坐标 x 的变化曲线如图所示。规定沿 x 轴正向为场强的正方向,则下列说法正 确的是 A将一个正试探电荷从 P 点沿 x 轴移向 Q 点的过程中电势能先增大后减小 B
15、x 轴上从 P 点到 Q 点的电势先降低后升高 5 C若将一个正试探电荷从两点电荷连线的垂直平分线上的一侧移至另一侧对称点的过程中一 定是电场力先做正功后做负功 D若将一个正试探电荷从两点电荷连线的垂直平分线上的一侧移至另一侧对称点的过程中受 到的电场力可能先增大后减小 【答案】 D 【解析】 【详解】 由电场分布可知,P 带正电荷,Q 带负电荷,P、Q 之间的电场线从 P 指向 Q,则将一个正试探 电荷从 P 点沿 x 轴移向 Q 点的过程中电场力做正功,则电势能一直减小,选项 A 错误;x 轴上 从 P 点到 Q 点的电势一直降低,选项 B 错误;两电荷连线的垂直平分线是等势面,则若将一个
16、 正试探电荷从两点电荷连线的垂直平分线上的一侧移至另一侧对称点的过程中电场力不做功, 选项 C 错误;两电荷连线的垂直平分线上,在两电荷连线的中点处场强最大,则若将一个正试 探电荷从两点电荷连线的垂直平分线上的一侧移至另一侧对称点的过程中受到的电场力先增 大后减小,选项 D 正确; 3质子疗法进行治疗,该疗法用一定能量的质子束照射肿瘤杀死癌细胞。现用一直线加速器 来加速质子,使其从静止开始被加速到 1.0107m/s。已知加速电场的场强为 1.3105N/C,质 子的质量为 1.6710-27kg,电荷量为 1.610-19C,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
17、力约为 21015N C质子加速需要的时间约为 810-6s D加速器加速的直线长度约为 4m 【答案】 D 【解析】 【详解】 A加速过程中电场力对质子做正功,则质子电势能减小,选项 A 错误; B质子所受到的电场力约为 F=Eq=1.31051.610-19N=21014N,选项 B 错误; F 2 10 -14 C加速度a = m = ,则质子加速需要的时间约为 m/s2 1.2 1013m/s2 t = 1.67 10 -27 v a = 1.0 107 s = 8.3 10 -7s ,选项 C 错误; 1.2 1013 v 1.0 107 D加速器加速的直线长度约为x = 2t =
18、2 8.3 10 ,选项 D 正确。 -7m 4m 4如图所示,水平地面上有一个倾角为 的斜面,其表面绝缘另一个带正电的滑块放在斜 6 面上,两物体均处于静止状态当加上水平向右的匀强电场后,滑块与斜面仍相对地面静止, 则 A滑块与斜面间的摩擦力一定变大 B滑块对斜面的压力一定变大 C斜面体与地面间的摩擦力可能不变 D斜面体对地面的压力一定变大 【答案】 B 【解析】 【详解】 滑块开始受重力、支持力和静摩擦力处于平衡,加上匀强电场后,滑块多了一个水平向右的电 场力,所受的静摩擦力方向可能沿斜面向上,可能沿斜面向下,则摩擦力的大小可能减小、可 能增大,可能不变。故 A 错误。未加电场前,斜面体对
19、滑块的支持力 N=mgcos,加上电场后, 支持力的大小变为 N=mgcos+qEsin,知滑块对斜面的压力变大。故 B 正确。对整体分析, 未加电场时,水平方向上不受力,斜面体与地面的摩擦力为零,加上电场后,整体受到水平向 左的摩擦力,知斜面体与地面间的摩擦力增大。竖直方向支持力的大小仍然等于总重力,所以 斜面体与地面间的压力不变。故 CD错误。故选 B。 5如图所示电路中,电源内阻为 r,电流表 A 和电压表 V 均为理想电表。平行板电容器 C 内 部有一个用绝缘细线悬挂的带电小球,稳定时细线偏离竖直方向一个小角度,当滑动变阻器滑 片 P 从右端向左端滑动的过程中,下列说法正确的是 A电流
20、表示数增大 B电压表示数增大 C细线与竖直方向的偏角减小 D滑片 P 移动中可能有两个位置使电源输出功 率相等 【答案】 D 【解析】 7 【详解】 AB、当滑动变阻器的触头 P 从右端滑至左端的过程中,变阻器接入电路的电阻减小,滑动变阻 器与灯 L 并联的电阻减小,外电路总电阻减小,根据闭合电路欧姆定律分析得知,电路中总电 流 I 增大,路端电压减小,则电压表 V 的示数减小,滑动变阻器与灯 L 并联的电压U并 = E - I( R0 +r)减小,通过灯 L 的电流减小,电流表示数减小,故 A、B 错误; UC C、电容器 C 的电压UC = IR0,I 增大,UC增大,根据E = d和F
21、= qE可电场力增大,根据平衡 条件可知线与竖直方向的偏角增大,故 C 错误; D、若电源内阻的阻值大于电阻 R0的阻值,当滑动变阻器的触头 P 从右端滑至左端的过程中, 可能会外电阻先大于电源内阻后小于电源内阻,则有电源输出功率先增大后减小,所以滑片 P 移动中可能有两个位置使电源输出功率相等,故 D 正确; 故选 D。 6如图所示,空间有一正三棱锥 OABC,点A、B、C分别是三条棱的中点。现在顶点 O 处固 定一正的点电荷,则下列说法中正确的是( ) AA、B、C三点的电场强度相同 B ABC所在平面为等势面 C将一正的试探电荷从A点沿直线AB移到B点,静电力对该试探电荷先做正功后做负功
22、 A + A D若A点的电势为A,A 点的电势为A,则AA连线中点 D 处的电势D一定小于 2 【答案】 D 【解析】 【详解】 Q A、B、C三点到 O 点的距离相等,根据点电荷的场强公式E = k 分析可知,A、B、C三点 r2 的电场强度大小相等,但方向不同,故 A 错误。A、B、C 的三个点到场源电荷的距离相等,在 同一等势面,但其它点到场源电荷的距离与 A、B、C 三点到场源电荷的距离不等,故 ABC 所在平面不是等势面,故 B 错误;将一正的试探电荷从A点沿直线AB移到B点,电势先升高 后降低,电势能先增大后减小,则静电力对该试探电荷先做负功后做正功,故 C 错误。由于AD 间场强
23、大于 DA 间场强,由U = Ed 知,A、D 间的电势差大于 DA 间的电势差,则有:A - D 1 D - A,则D UDK,即K - O D - K,解得 K 点电势为K 1.5V,故 D 错误; 故选 BC。 18如图所示,在光滑绝缘水平面上有一半径为 R 的圆,AB是一条直径,空间有与水平面平 行的匀强电场,场强大小为 E。在圆上 A 点有一发射器,以相同的动能平行于水平面沿不同方 向发射带电量为+q的小球,小球会经过圆周上不同的点,在这些点中,以过 C 点的小球动能 最大,且 AC两点间的距离为 3R。忽略小球间的相互作用,下列说法正确的是 A电场的方向与 AB 间的夹角为 30
24、B电场的方向与 AB 间的夹角为 60 C若 A 点的电势 A=0,则 C 点的电势 C=-1.5ER D若在 A 点以初动能 Ek0发射的小球,则小球经过 B 点时的动能 EkB=Ek0+ 3qER 【答案】 BC 【解析】 【详解】 AB、点 A 与点 C 间的距离为 3R,连接 CO,CO = AO = R,说明CAO = ACO = 30;小球 在匀强电场中,从 a 点运动到 c 点,根据动能定理有:qUAC = Ek,因为到达 C 点时的小球的动 能最大,所以UAC最大,则在圆周上找不到与 C 电势相等的点,且由 A 到 C 电场力对小球做正 功,过 C 点作切线,为等势线电场线与等
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