专题六静电场

高三物理第二轮复习学案93编写人：于孟军第1页共7页专题六电场【考点透视】本专题涉及的考点有：电荷守恒，点电荷，库仑定律，电场强度、点电荷的场强，电场线，电势能、电势，电势差，匀强电场中电势差跟电场强度的关系，带电粒子在匀强电场中的运动，常见电容器，电容器的电压、电荷量和电容的关系。《大纲》对电荷守恒，点电荷，电场线，电势能、电势，匀强电场中电势差跟电场强度的关系，常见电容器，电容器的电压、电荷量和电容的关系等考点均为Ⅰ类要求。《大纲》对库仑定律，电场强度、点电荷的场强，电势差，带电粒子在匀强电场中的运动等考点均为Ⅱ类要求。电场最基本的性质是对放入其中的电荷产生力的作用；在电场中移动电荷，电场力就会对电荷做功，电荷的电势能就发生变化，因此电场还有能的性质。电场的以上属性是研究电现象的基础，因此是历年高考考查的重点内容之一。带电粒子在匀强电场中的运动问题涉及到较多的概念和规律，是一个综合性很强的考点。从物理规律应用的角度分析，涉及到受力分析、牛顿定律、功能关系，从涉及的运动过程分析，包括电场中的加速、平衡和偏转，从考查方法的角度分析，可以涉及运动的合成与分解法、正交分解法等等。分析近几年来高考物理试卷可知，带电粒子在匀强电场中的运动在高考试题中的比例非常高，几乎年年都考，题型全、难度大，特别是只要有计算题出现就一定是难度较大的综合题。【例题解析】类型一、电场的性质例1、如图所示，在x轴上关于原点O对称的两点固定放置等量异种点电荷+Q和-Q，x轴上的P点位于的右侧。下列判断正确的是（）A．在x轴上还有一点与P点电场强度相同B．在x轴上还有两点与P点电场强度相同C．若将一试探电荷+q从P点移至O点，电势能增大D．若将一试探电荷+q从P点移至O点，电势能减小变式训练1：图中虚线为匀强电场中与场强方向垂直的等间距平行直线，两粒子M、N质量相等，所带电荷的绝对值也相等，现将M、N从虚线上的O点以相同速率射出，两粒子在电场中运动的轨迹分别如图中两条实线所示。点a、b、c为实线与虚线的交点，已知O点电势高于c点。若不计重力，则（）A、M带负电荷，N带正电荷B、N在a点的速度与M在c点的速度大小相同C、N在从O点运动至a点的过程中克服电场力做功D、M在从O点运动至b点的过程中，电场力对它做的功等于零OabN粒子M粒子c高三物理第二轮复习学案93编写人：于孟军第2页共7页变式训练2：空间某一静电场的电势在x轴上分布如图所示，x轴上两点B、C点电场强度在x方向上的分量分别是BxE、CxE，下列说法中正确的有（）A．EBx的大小大于ECx的大小B．EBx的方向沿x轴正方向C．电荷在O点受到的电场力在x方向上的分量最大D．负电荷沿x轴从B移到C的过程中，电场力先做正功，后做负功类型二、带电物体在电场中的直线运动问题例2、如图所示，两平行金属板竖直放置，左极板接地，中间有小孔。右极板电势随时间变化的规律如图所示。电子原来静止在左极板小孔处。（不计重力作用）下列说法中正确的是A.从t=0时刻释放电子，电子将始终向右运动，直到打到右极板上B.从t=0时刻释放电子，电子可能在两板间振动C.从t=T/4时刻释放电子，电子可能在两板间振动，也可能打到右极板上D.从t=3T/8时刻释放电子，电子必将打到左极板上变式训练3．如图所示、A、B为平行金属板，两板相距为d，分别与电源两极相连，两板的中央各有一小孔M和N，今有一带电质点，自A板上方相距为d的P点由静止自由下落（P、M、N在同一竖直线上），空气阻力忽略不计，到达N小孔时速度恰好为零，然后沿原路返回。若保持两极板间的电压不变，则①把A板向上平移一小段距离，质点自P点良由下落后仍能返回②把A板向下平移一小段距离，质点良P点自由下落后将穿过N孔继续下落③把B板向上平移一小段距离，质点自P点自由下落后仍能返回④把B板向下平移一小段距离，质点自P点自由下落后将穿过N孔继续下落A、①②③B、①②④Ｃ、①③④Ｄ、②③变式训练4、如图所示，一个质量为m,电量为-q的小物体，可在水平轨道x上运动，O端有一与轨道垂直的固定墙，轨道处在场强大小为E，方向沿Ox轴正向的匀强电场中，小物体以初速度v0从x0点沿Ox轨道运动，运动中受到大小不变的摩擦力Ff作用，且Ff〈qE，小物体与墙碰撞时不损失机械能，求它在停止前所通过的总路程s.tφU0-U0oT/2T3T/22Tx0xm-qE高三物理第二轮复习学案93编写人：于孟军第3页共7页类型三、偏转问题例题3、如图所示，加热电子由阴极飞出时的初速忽略不计，电子发射装置的加速电压为U0。电容器板长和板间距离均为L=10cm，下极板接地。电容器右端到荧光屏的距离也是L=10cm。在电容器两极板间接一交变电压，上极板的电势随时间变化的图象如左图。（每个电子穿过平行板的时间极短，可以认为电压是不变的）求：①在t=0.06s时刻，电子打在荧光屏上的何处？②荧光屏上有电子打到的区间有多长？③屏上的亮点如何移动？变式训练5、如图所示为研究电子枪中电子在电场中运动的简化模型示意图。在Oxy平面的ABCD区域内，存在两个场强大小均为E的匀强电场I和II，两电场的边界均是边长为L的正方形（不计电子所受重力）。（1）在该区域AB边的中点处由静止释放电子，求电子离开ABCD区域的位置。（2）在电场I区域内适当位置由静止释放电子，电子恰能从ABCD区域左下角D处离开，求所有释放点的位置。（3）若将左侧电场II整体水平向右移动L/n（n≥1），仍使电子从ABCD区域左下角D处离开（D不随电场移动），求在电场I区域内由静止释放电子的所有位置。o0.10.20.30.40.53U0u0.06LLLU0yOt高三物理第二轮复习学案93编写人：于孟军第4页共7页类型四、电容器问题例4、如图所示，平行板电容器与电动势为E的直流电源（内阻不计）连接，下极板接地。一带电油滴位于容器中的P点且恰好处于平衡状态。现将平行板电容器的上极板竖直向上移动一小段距离A.带点油滴将沿竖直方向向上运动B.P点的电势将降低C.带点油滴的电势将减少D.若电容器的电容减小，则极板带电量将增大变式训练6、如图所示，在平行板电容器正中有一个带电微粒。K闭合时，该微粒恰好能保持静止。在①保持K闭合；②充电后将K断开；这两种情况下，各用什么方法可以使该带电微粒向上运动并打到上极板？A.上移上极板MB.上移下极板NC.左移上极板MD.把下极板N接地EP●KMN高三物理第二轮复习学案93编写人：于孟军第5页共7页例1、答案：AC解析：根据等量正负点电荷的电场分布可知，在x轴上还有一点与P点电场强度相同，即和P点关于O点对称，A正确。若将一试探电荷+q从P点移至O点，电场力先做正功后做负功，所以电势能先减小后增大。一般规定无穷远电势为零，过0点的中垂线电势也为零，所以试探电荷+q在P点时电势能为负值，移至O点时电势能为零，所以电势能增大，C正确。提示：熟悉掌握等量正负点电荷的电场分布。知道ABPAPBWEE，即电场力做正功，电势能转化为其他形式的能，电势能减少；电场力做负功，其他形式的能转化为电势能，电势能增加，即WE。变式训练1、答案BD【解析】图中的虚线为等势线，所以M点从O点到b点的过程中电场力对粒子做功等于零，D正确。根据MN粒子的运动轨迹可知N受到的电场力向上M受到的电场力向下，电荷的正负不清楚但为异种电荷，A错。O到a的电势差等于O到c的两点的电势差，而且电荷和质量大小相等，而且电场力都做的是正功根据动能定理得a与c两点的速度大小相同，但方向不同，B对。变式训练2、答案：AD【解析】本题的入手点在于如何判断BxE和CxE的大小，由图象可知在x轴上各点的电场强度在x方向的分量不相同，如果在x方向上取极小的一段，可以把此段看做是匀强磁场，用匀强磁场的处理方法思考，从而得到结论，此方法为微元法；需要对电场力的性质和能的性质由较为全面的理解。在B点和C点附近分别取很小的一段d，由图象，B点段对应的电势差大于C点段对应的电势差，看做匀强电场有Ed，可见BxECxE，A项正确；同理可知O点场强最小，电荷在该点受到的电场力最小，C项错误；沿电场方向电势降低，在O点左侧，BxE的方向沿x轴负方向，在O点右侧，CxE的方向沿x轴正方向，所以B项错误，D项正确。例2、解：从t=0时刻释放电子，如果两板间距离足够大，电子将向右先匀加速T/2，接着匀减速T/2，速度减小到零后，又开始向右匀加速T/2，接着匀减速T/2……直到打在右极板上。电子不可能向左运动；如果两板间距离不够大，电子也始终向右运动，直到打到右极板上。从t=T/4时刻释放电子，如果两板间距离足够大，电子将向右先匀加速T/4，接着匀减速T/4，速度减小到零后，改为向左先匀加速T/4，接着匀减速T/4。即在两板间振动；如果两板间距离不够大，则电子在第一次向右运动过程中就有可能打在右极板上。从t=3T/8+-高三物理第二轮复习学案93编写人：于孟军第6页共7页时刻释放电子，如果两板间距离不够大，电子将在第一次向右运动过程中就打在右极板上；如果第一次向右运动没有打在右极板上，那就一定会在第一次向左运动过程中打在左极板上。选AC变式训练3、C变式训练4、解：根据动能定理：W=ΔEk得200210mvsFqExf所以fFmvqExs2/2200例题3、解：①由图知t=0.06s时刻偏转电压为1.8U0，可求得y=0.45L=4.5cm，打在屏上的点距O点13.5cm。②电子的最大侧移为0.5L（偏转电压超过2.0V，电子就打到极板上了），所以荧光屏上电子能打到的区间长为3L=30cm。③屏上的亮点由下而上匀速上升，间歇一段时间后又重复出现。变式训练5、解析：（1）设电子的质量为m，电量为e，电子在电场I中做匀加速直线运动，出区域I时的为v0，此后电场II做类平抛运动，假设电子从CD边射出，出射点纵坐标为y，有2012eELmv22011()222LeELyatmv解得y＝14L，所以原假设成立，即电子离开ABCD区域的位置坐标为（－2L，14L）（2）设释放点在电场区域I中，其坐标为（x，y），在电场I中电子被加速到v1，然后进入电场II做类平抛运动，并从D点离开，有2112eExmv2211122eELyatmv解得xy＝24L，即在电场I区域内满足议程的点即为所求位置。（3）设电子从（x，y）点释放，在电场I中加速到v2，进入电场II后做类平抛运动，在高三物理第二轮复习学案93编写人：于孟军第7页共7页高度为y′处离开电场II时的情景与（2）中类似，然后电子做匀速直线运动，经过D点，则有2212eExmv2221122eELyyatmv2yeELvatmv，2yLyvnv解得21124xyLn，即在电场I区域内满足议程的点即为所求位置例4、答案B【解析】电容器两端电压U不变，由公式UEd，场强变小，电场力变小，带点油滴将沿竖直方向向下运动，A错；P到下极板距离d不变，而强场E减小，由公式U=Ed知P与正极板的电势差变小，又因为下极板电势不变，所以P点的电势变小，B对；由于电场力向上，而电场方向向下，可以推断油滴带负电，又P点的电势降低，所以油滴的电势能增大，C错；图中电容器两端电压U不变,电容C减小时由公式Q=CU，带电量减小，D错。变式训练6、①选B，②选C。