2015年高考物理二轮专题辅导与训练课件47电场及带电粒子在电场中的运动

专题四电场和磁场第7讲电场及带电粒子在电场中的运动【主干回顾】【核心精华】知识规律(1)电场力的性质。①电场强度的定义式：②真空中点电荷的场强公式：③匀强电场场强与电势差的关系式：FEq。2QEkr。UEd。(2)电场能的性质。①电势的定义式：②电势差的定义式：UAB=③电势差与电势的关系式：UAB=φA-φB。④电场力做功与电势能的关系式：WAB=-ΔEp。pEq。ABWq。思想方法(1)物理思想：等效思想、分解思想。(2)物理方法：理想化模型法、比值定义法、控制变量法、对称法、合成法、分解法等。热点考向一电场性质的理解与应用【典题1·师生探究】真空中电量均为Q的两异种点电荷连线和一绝缘正方体框架的两侧面ABB1A1和DCC1D1中心连线重合，连线中心和立方体中心重合，空间中除两异种点电荷Q产生的电场外，不计其他任何电场的影响，则下列说法中正确的是()A.正方体两顶点A、D电场强度相同B.正方体两顶点A、D电势相同C.两等量异种点电荷周围电场线和面ABB1A1总是垂直D.负检验电荷q在顶点A处的电势能小于在顶点D处的电势能【破题关键】(1)题干信息“真空中电量均为Q的两异种点电荷连线和一绝缘正方体框架的两侧面ABB1A1和DCC1D1中心连线重合，连线中心和立方体中心重合”说明：A、D两点关于________________________________称，侧面ABB1A1与_____________________垂直。(2)“绝缘正方体框架”说明：_________________________________________________。两等量异种点电荷连线的中垂面对两等量异种点电荷连线两异种点电荷Q产生的电场的分布情况不受框架的影响【解析】选D。由等量异种点电荷的电场线分布可知，A、D两点电场强度大小相等，方向不同，A错误；沿电场线方向电势降低，A点电势高于D点电势，B错误；A、B、B1、A1四点电势相同，但面ABB1A1不是等势面，电场线不总与该面垂直，C错误；A点电势高于D点电势，将负电荷从A点移到D点，电场力做负功，电势能增大，D正确。【拓展延伸】(1)在【典题1】中若将一正电荷从C点沿CC1直线移送到C1点，试分析电场力对正电荷的做功情况和电势能的变化情况。【解析】由电场线分布的对称性以及电场力与场强的方向关系可知，正电荷由C点移送到CC1中点的过程，电场力与速度方向的夹角为锐角，电场力做正功，电荷的电势能减少；正电荷由CC1中点移送到C1点的过程，电场力与速度方向的夹角为钝角，电场力做负功，电荷的电势能增加，整个过程电场力做的总功为零，正电荷在C、C1两点的电势能相等。(2)在【典题1】中若将两异种点电荷替换为两等量正点电荷，试分析B、C两点的场强和电势关系以及负检验电荷在A、B两点的电势能大小关系。【解析】由两等量正点电荷的电场线分布特点可知，正方体框架八个顶点的场强大小相等，方向各不相同；各个顶点电势都相同，因此B、C两点的场强大小相等，方向不同，B、C两点电势相同；由Ep=qφ可知，负检验电荷在A、B两点的电势能相等。【典题2·自主探究】(2014·辽师大附中二模)如图所示，一重力不计的带电粒子以某一速度进入负点电荷形成的电场中，且只在电场力作用下依次通过M、N、P三点，其中N点是轨迹上距离负点电荷最近的点。若粒子在M点和P点的速率相等，则()A.粒子在N点时的速率最大B.UMN=UNPC.粒子在N点时的加速度最大D.粒子在M点时的电势能大于其在N点时的电势能【审题流程】第一步：审题干→提取信息(1)N点是轨迹上距离负点电荷最近的点粒子在轨迹上N点所受电场力最大。(2)粒子在M点和P点的速率相等粒子在M点和P点的动能相同。(3)只在电场力作用下依次通过M、N、P三点运动的粒子带负电。第二步：审问题→明确解题思路(1)分析粒子从M点到N点电场力做功情况→由功能关系比较M、N两点的速率大小及粒子在M点和N点的电势能大小关系。(2)分析UMN和UNP的关系→需要对粒子在由M点到N点和由N点到P点列动能定理方程确定。【解析】选C。据带电粒子所受电场力指向运动轨迹的凹侧，再根据题图可知该粒子从M点到N点电场力做负功，从N点到P点电场力做正功，所以带电粒子的动能先减少后增加，则在N点的动能最小，速度也最小，A错误；电势能先增加后减少，D错误；据题意知，粒子在M点和P点速率相等，据动能定理有qUMN=和qUNP=，所以UMN=-UNP，B错误；在N点的电场线密集，即粒子在N点所受的电场力较大，加速度也较大，C正确。22NMmvmv2222NPmvmv22【解题悟道】电场性质的判断思路(1)明确电场的电场线与等势面的分布规律；(2)利用电场线的疏密分布规律或场强的叠加原理判定场强的强弱；(3)根据电场线的方向、电场线的疏密及电势能的大小分析电势的高低；(4)应用电场力做功与电势能改变之间的关系判定电势能的大小或电场力做功情况。【对点训练】1.(2014·温州一模)真空中有一带负电的电荷绕固定的点电荷+Q运动，其轨迹为椭圆，如图所示。已知abcd为椭圆的四个顶点，+Q处在椭圆焦点上，则下列说法正确的是()A.b、d两点的电场强度大小一定相等B.a、c两点的电势相等C.负电荷由b运动到d电场力做正功D.负电荷由a经d运动到c的过程中，电势能先减小后增大【解析】选B。由点电荷场强公式E=可知，d点场强小于b点的场强，A错误；由点电荷电场分布可知，a、c与Q距离相等，必定位于同一个等势面，B正确；由于b点的电势比d点的电势高，故负电荷由b运动到d，电场力做负功，C错误；负电荷由a经d运动到c的过程中，电场力先做负功再做正功，电势能先增大后减小，故D错误。2Qkr2.(多选)(2014·新课标全国卷Ⅰ)如图，在正点电荷Q的电场中有M、N、P、F四点，M、N、P为直角三角形的三个顶点，F为MN的中点，∠M=30°。M、N、P、F四点处的电势分别用φM、φN、φP、φF表示。已知φM=φN，φP=φF，点电荷Q在M、N、P三点所在平面内，则()A.点电荷Q一定在MP的连线上B.连接PF的线段一定在同一等势面上C.将正试探电荷从P点搬运到N点，电场力做负功D.φP大于φM【解析】选A、D。本题考查了电场问题。根据题意分别画出MN和FP的中垂线，由几何关系知，两中垂线交点在MP连线上，如图。点电荷在图中的O位置，A项正确，B项错误；因为是正点电荷形成的电场，将正试探电荷从P搬运到N，电场力做正功，C项错误；因为是正点电荷形成的电场，越靠近场源电荷的等势面电势越高，D项正确。【加固训练】(多选)(2014·揭阳二模)某静电除尘器工作时内部电场线分布的俯视图如图，带负电粉尘被吸附时由b点运动到a点，以下说法正确的是()A.该电场是匀强电场B.a点电势高于b点电势C.电场力对粉尘做正功D.粉尘的电势能增大【解析】选B、C。由图可以看出，电场线的分布并不均匀，故该电场不是匀强电场，A错误；由于电场线的方向由a指向b，沿电场线的方向电势是降低的，故a点电势高于b点电势，B正确；带负电粉尘受到的电场力的方向是由b指向a的，故粉尘由b点运动到a点时，电场力做正功，C正确；由于电场力做正功，故粉尘的电势能减小，D错误。热点考向二与平行板电容器有关的电场问题【典题3·师生探究】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。一带电油滴位于两板中央的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下移动一小段距离，则()A.带电油滴将沿竖直方向向上运动B.带电油滴将沿竖直方向向下运动C.P点的电势将降低D.电容器的电容减小，电容器的带电量将减小【破题关键】(1)题干信息“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”说明：____________________________________________________。(2)题干信息“带电油滴位于两板中央的P点且恰好处于平衡状态”说明：带电油滴受_____________而平衡。平行板电容器两极板间电势差保持不变，下极板电势为零重力和电场力【解析】选A。根据电容器的决定式C=，当上极板向下移动时，d减小，电容变大，又C=，电压U不变，因此电容器带电量增多，D错误；根据电容器内部电场强度E=可知，d减小，场强增大，油滴受到向上的电场力增大，将向上运动，A正确，B错误；由于场强增大，由U=Ed可知，P与下极板电势差变大，P点电势升高，C错误。rS4kdQUUd【拓展延伸】(1)在【典题3】中，试分析带电油滴的电势能和重力势能之和如何变化？【解析】带电油滴沿竖直方向向上运动的过程，只有电场力和重力做功，油滴的动能、重力势能和电势能的总和不变，油滴的动能增大，故电势能和重力势能之和减小。(2)在【典题3】中，若电容器充电稳定后，断开电源，试分析当电容器下极板竖直向上移动一小段距离后，带电油滴将如何运动，其电势能如何变化。【解析】电容器充电稳定后，断开电源，两极板所带电荷量保持不变，由C=、C=、E=可得，E=，当电容器下极板竖直向上移动一小段距离时，场强不变，油滴受力情况不变，故油滴静止不动。由带电油滴受力情况可以判断油滴带负电，由U=Ed知P与下极板电势差变小，P点电势降低，由EP=qφ可知带电油滴的电势能增加。rS4kdQUUdr4kQS【解题悟道】平行板电容器问题的分析思路(1)明确平行板电容器中的哪些物理量是不变的，哪些物理量是变化的以及怎样变化；(2)应用平行板电容器的决定式C=分析电容器的电容的变化；(3)应用电容的定义式C=分析电容器带电量和两板间电压的变化情况；(4)根据控制变量法对电容的变化进行综合分析，得出结论。rS4kdQU【对点训练】1.在探究平行板电容器电容的实验中，对一个电容为C、正对面积为S、两极板之间距离为d的电容器，充电Q后，()A.若带电量再增加ΔQ，其他条件不变，则电容器两极板之间的电压一定增加B.若带电量再增加ΔQ，其他条件不变，则电容器两极板之间的电场强度可能不变QCC.保持带电量Q不变，若电容器两极板之间的距离增大到2d，其他条件不变，则电场强度增加到原来的2倍D.保持带电量Q不变，若电容器正对面积减小到原来的，其他条件不变，则电场强度增加到原来的4倍12【解析】选A。由C=可得，当带电量再增大ΔQ，其他条件不变时，则电容器两极板之间的电压一定增加ΔU=A正确；电荷量变化，则两极板间的电压发生变化，根据E=可得，电场强度一定变化，B错误；保持电荷量不变，根据公式可得，两极板间的电场强度大小与两极板间的距离无关，C错误；根据公式若电容器正对面积减小到原来的，其他条件不变，则电场强度增加到原来的2倍，D错误。QQUUQC，UdrSUQECCd4kdU、、r4kQES，r4kQES，122.(2014·武威二模)如图所示的实验装置中，极板A接地，平行板电容器的极板B与一个灵敏的静电计相接。将A极板向左移动，增大电容器两极板间的距离时，电容器所带的电量Q、电容C、两极间的电压U、电容器两极板间的场强E的变化情况是()A.Q变小，C不变，U不变，E变小B.Q变小，C变小，U不变，E不变C.Q不变，C变小，U变大，E不变D.Q不变，C变小，U变大，E变小【解析】选C。由题意可知，电容器未接电源，故电容器的电荷量不变，所以A、B错误；根据可知，当两极板间的距离d增大时，C变小，U变大，三式联立可得故电场强度E不变，所以选项C正确，D错误。rSQUCECUd4kd、、r4kQES，3.电源和一个水平放置的平行板电容器、两个变阻器R1、R2和定值电阻R3组成如图所示的电路。当把变阻器R1、R2调到某个值时，闭合开关S，电容器中的一个带电液滴正好处于静止状态。当再进行其他相关操作时(只改变其中的一个)，以下判断正确的是()A.将R1的阻值增大时，液滴仍保持静止状态B.将R2的阻值增大时，液滴将向下运动C.断开开关S，电容器上的带电