2014年高考物理一轮复习精品课件： 电场及带电粒子在电场中的运动重点讲解

专题电场及带电粒子在电场中的运动索引1.电场强度、电势、电势能2.带点粒子在电场中运动3.电容器动态分析1.电场强度（1）根据电场线的疏密程度进行判断，电场线越密电场强度越大。（2）根据等势面的疏密程度进行判断。等差等势面越密处电场强度越大。（3）根据Eqa=m，a越大处电场强度越大。电场强度、电势、电势能电场强度、电势、电势能——必备知识2.电势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，且电场线垂直于等势面。2根据电场力做功公式判断。当已知q和WAB时，由公式WAB＝qUAB，即UAB＝ABWq判定。3根据电势能判断，正电荷在电势能高的地方电势高，负电荷在电势能高的地方电势反而低。3.电势能（1）电场力做正功，电荷(无论正电荷还是负电荷)从电势能较大处移向电势能较小处；（2）如果电荷克服电场力做功，那么电荷将从电势能较小处移向电势能较大处。例3．(2012·山东高考)如图所示，中虚线为一组间距相等的同心圆，圆心处固定一带正电的点电荷。一带电粒子以一定初速度射入电场，实线为粒子仅在电场力作用下的运动轨迹，a、b、c三点是实线与虚线的交点。则该粒子()A．带负电B．在c点受力最大C．在b点的电势能大于在c点的电势能D．由a点到b点的动能变化大于由b点到c点的动能变化【典例·精析】【精讲精析】选由于带电粒子受到的电场力指向轨迹凹侧，说明带电粒子带正电，选项A错误；根据库仑定律F＝kQqr2可知，选项B错误；粒子从b点运动到c点的过程中，电场力对粒子做正功，粒子电势能减小，选项C正确；由动能定理可得qU＝ΔEk，因为UabUbc，所以选项D正确。CD.【思路点拨】本题主要考点电荷形成的电场、电势的分布规律，以及带点粒子在电场中运动时动能和电势能的变化规律例2.(2012·上海高考)A、B、C三点在同一直线上，AB∶BC＝1∶2，B点位于A、C之间，在B处固定一电荷量为Q的点电荷。当在A处放一电荷量为＋q的点电荷时，它所受到的电场力为F；移去A处电荷，在C处放一电荷量为－2q的点电荷，其所受电场力为()A．－F/2B．F/2C．－FD．F【精讲精析】选设AB＝r，BC＝2r，由题意可知F＝kQqr2；而F′＝kQ·2q2r2＝12kQqr2，故F′＝12F，选项B正确。B.【思路点拨】本题主要考查了点电荷场强的计算，解答本题时应明确以下两点：（1）点电荷Q在A点产生场强的大小（2）点电荷Q在A点和C点的场强满足的关系1.如图所示，在两等量异种点电荷的电场中，MN为两电荷连线的中垂线，a、b、c三点所在直线平行于两电荷的连线，且a与c关于MN对称，b点位于MN上，d点位于两电荷的连线上。以下判断正确的是()A．b点场强大于d点场强B．b点场强小于d点场强C．a、b两点的电势差等于b、c两点间的电势差D．试探电荷＋q在a点的电势能小于在c点的电势能【对点·提能】【解析】等量异种点电荷所形成的电场中每一个位置处的电场强度都是两个电荷形成的电场相叠加的结果，在MN直线上在两电荷中点处的场强最大，在两点电荷连线上，中点场强最小(在电场线分布稠密的地方电场较强)。可以判断B正确，A错误。电势差是电势的差值，由题意可知MN是两个电荷连线的中垂线，由左右两侧电场分布的对称性知Uab＝Ubc，故C正确。把正电荷从a点移到c点，电场力做正功，电荷的电势能减小，D错误。【答案】BC2．在光滑的绝缘水平面上，有一个正方形abcd，顶点a、c处分别固定一个正点电荷，电荷量相等，如图所示．若将一个带负电的粒子置于b点，自由释放，粒子将沿着对角线bd往复运动．粒子从b点运动到d点的过程中()A．先做匀加速运动，后做匀减速运动B．先从高电势到低电势，后从低电势到高电势C．电势能与机械能之和先增大，后减小D．电势能先减小，后增大【解析】本题考查的是静电场的有关知识，意在考查考生对电场力的性质和能的性质这一综合知识点的理解和应用能力；粒子在从b点到d点的过程中虽然是先加速后减速，但不是匀变速，故A错误；由等量同种电荷的电场线可知，从b点到d点电势先升高后降低，故B不对；此过程中，粒子只受电场力作用，故其机械能和电势能之和是不变的，故C错误；粒子在从b点到d点的过程中，电场力先做正功再做负功，电势能先减少，后增加，故选D.【答案】D处理带电粒子在电场中的运动问题，首先要明确粒子在电场中的受力情况和运动情况。解题时一般遵循以下思路：(1)力和运动的关系——根据带电粒子受到的电场力，用牛顿第二定律找出加速度，结合运动学公式确定带电粒子的速度、位移等，该法适用于受恒力作用下做匀变速直线运动的情况。(2)功和能的关系——根据电场力对带电粒子所做的功引起带电粒子能量的变化，利用动能定理研究全过程中能的转化，研究带电粒子的速度变化、经历的位移等。该法也适用于非匀强电场。带点粒子在电场中运动带点粒子在电场中运动问题的解题规律例3．反射式速调管是常用的微波器件之一，它利用电子团在电场中的振荡来产生微波，其振荡原理与下述过程类似。如图所示，在虚线MN两侧分别存在着方向相反的两个匀强电场，一带电微粒从A点由静止开始，在电场力作用下沿直线在A、B两点间往返运动。已知电场强度的大小分别是E1＝2.0×103N/C和E2＝4.0×103N/C，方向如图所示，带电【典例·精析】微粒质量m＝1.0×10－20kg，带电荷量q＝－1.0×10－9C，A点距虚线MN的距离d1＝1.0cm，不计带电微粒的重力，忽略相对论效应。求：(1)B点距虚线MN的距离d2；(2)带电微粒从A点运动到B点所经历的时间t。解析：(1)带电微粒由A运动到B的过程中，由动能定理有|q|E1d1－|q|E2d2＝0①则①式解得d2＝E1E2d1＝0.50cm②(2)设微粒在虚线MN两侧的加速度大小分别为a1、a2，由牛顿第二定律有|q|E1＝ma1③|q|E2＝ma2④设微粒在虚线MN两侧运动的时间分别为t1、t2，由运动学公式有d1＝12a1t21⑤d2＝12a2t22⑥又t＝t1＋t2⑦由②③④⑤⑥⑦式解得t＝1.5×10－8s。答案：(1)0.50cm(2)1.5×10－8s1.如图所示，水平放置的平行板电容器，原来两板不带电，上极板接地，它的极板长L＝0.1m，两板间距离d＝0.4cm，有一束由相同微粒组成的带电粒子流以相同的初速度从两板中央平行于极板射入，由于重力作用粒子能落到下极板上，已知粒子质量m＝2.0×10－6kg，电荷量q＝1.0×10－8C，电容器电容C＝1.0×10－6F，若第一个粒子刚好落到下极板中点O处，取g＝10m/s2。求：图6－7【对点·提能】(1)则带电粒子入射初速度的大小；(2)两板间电场强度为多大时，带电粒子能刚好落在下极板右边缘B点；(3)落到下极板上带电粒子总的个数。[解析](1)对第一个落到O点的粒子L2＝v0td2＝12gt2得：v0＝L2gd＝2.5m/s(2)对落到B点的粒子L＝v0td2＝12at2mg－Eq＝ma得：E＝mg－mdv0L2q＝1.5×103V/m(3)由Q＝CEd＝6.0×10－6C，得：N＝Qq＝600落到下极板上粒子总数为N＋1＝601个。[答案](1)2.5m/s(2)1.5×103V/m(3)601个(1)充电后与电池两极相连(2)充电后与电池两极断开电容器动态分析电容器动态分析的两类问题例4(2012·江苏高考)一充电后的平行板电容器保持两极板的正对面积、间距和电荷量不变，在两极板间插入一电介质，其电容C和两极板间的电势差U的变化情况是()A．C和U均增大B．C增大，U减小C．C减小，U增大D．C和U均减小【思路点拨】本题主要考查了电容的定义式和决定式的理解和应用，解答本类问题时应明确那些量不变，那些量发生变化【典例·精析】【精讲精析】选根据平行板电容器电容公式C＝εrS4πkd，在两板间插入电介质后，电容C增大，因电容器所带电荷量Q不变，由C＝QU可知，U＝QC减小，B正确。B.1.一个平行板电容器充电后与电源断开，负极板B接地，P为两极板间一点，如图所示，用E表示电容器两极板间的电场强度，U表示两极板间的电压，φ表示P点的电势，则下列说法中正确的是()A．若保持B极板不动，将极板A向下移动少许，则U变小，E不变B．若将一玻璃板插入A、B两极板之间，则φ变大，E变大C．若将A极板向左平行移动少许，则U变小，φ不变D．若保持A极板不动，将极板B向上移动少许，则U变小，φ不变【对点·提能】[解析]因平行板电容器充电后与电源断开，所以电容器所带电荷量Q不变，当B板不动，A板下移时，由C＝εrS4πkd知电容C增大，由Q＝CU知两极板间电压U减小，而E＝Ud＝QCd＝4πkQεrS，所以E不变，A对；插入玻璃板，相对介电常数εr增大，即C增大，所以U减小，由E＝Ud知E减小，而φ＝E·PB，所以φ减小，B错；若将A板向左平行移动少许，则正对面积S减小，即C减小，所以U增大，C错；若A板不动，B板上移少许，则d减小，即C增大，所以U减小但E不变，而φ＝E·PB，所以φ减小，D错。[答案]A2.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，则()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．带电油滴的电势能将减少D.若电容器的电容减小，则极板带电量将增大A BCUEPdEUEdUPPPUCQCUd电容器两端电压不变，由公式＝，场强变小，电场力变小，带电油滴将沿竖直方向向下运动，；到下极板距离不变，而场强减小，由公式＝知与负极板的电势差变小，又因为下极板电势不变，所以点的电势变小，；由于电场力向上，而电场方向向下，可以推断油滴带负电，又点的电势降低，所以油滴的电势能增大，；图中电容器解析：错两端电压不变，电容减小时由公式＝对错，D带电量减小，错．答案：B