（天津专用）2020高考物理二轮复习 专题三 电场与磁场 第8讲 电场及带电粒子在电场中的运动课件

专题三电场与磁场第8讲电场及带电粒子在电场中的运动-3-专题知识•理脉络真题诠释•导方向-4-专题知识•理脉络真题诠释•导方向1.(2019·天津卷)如图所示,在水平向右的匀强电场中,质量为m的带电小球,以初速度v从M点竖直向上运动,通过N点时,速度大小为2v,方向与电场方向相反,则小球从M运动到N的过程()A.动能增加12mv2B.机械能增加2mv2C.重力势能增加32mv2D.电势能增加2mv2B-5-专题知识•理脉络真题诠释•导方向解析:小球由M到N点过程动能增加量为ΔEk=12m(2v)2-12mv2=32mv2,选项A错误;小球在竖直方向做上抛运动,竖直方向的位移为h=𝑣22𝑔,故克服重力做功为W=mgh=12mv2,即重力势能增加12mv2,选项C错误;动能增加32mv2,重力势能增加12mv2,故机械能增加2mv2,选项B正确;根据能量守恒定律可知,电势能减小2mv2,选项D错误。命题考点电势能与电场力做功。能力要求本题考查选择处理电场中曲线运动的能力,小球在水平和竖直两个方向受到的都是恒力,运用运动的合成与分解法研究是常用的思路。-6-专题知识•理脉络真题诠释•导方向2.(2019·全国卷1)如图所示,空间存在一方向水平向右的匀强电场,两个带电小球P和Q用相同的绝缘细绳悬挂在水平天花板下,两细绳都恰好与天花板垂直,则()A.P和Q都带正电荷B.P和Q都带负电荷C.P带正电荷,Q带负电荷D.P带负电荷,Q带正电荷D-7-专题知识•理脉络真题诠释•导方向解析:两个带电小球在匀强电场中均处于平衡状态,只有两小球带异种电荷、相互间为吸引力,才可能平衡。小球P带负电荷时,匀强电场提供的力与小球Q对小球P的吸引力抵消,合力为零,此时小球Q带正电荷,匀强电场提供的力与小球P对小球Q的吸引力抵消,合力为零,故A、B、C错误,D正确。命题考点库仑定律;电场强度与电场力。能力要求本题考查带电小球在电场力的作用下处于平衡状态的分析,关键是明确电场力和库仑力的方向特点,同时注意共点力平衡条件的应用是解题的关键。-8-专题知识•理脉络真题诠释•导方向3.(多选)(2019·全国卷3)如图所示,电荷量分别为q和-q(q0)的点电荷固定在正方体的两个顶点上,a、b是正方体的另外两个顶点。则()A.a点和b点的电势相等B.a点和b点的电场强度大小相等C.a点和b点的电场强度方向相同D.将负电荷从a点移到b点,电势能增加BC-9-专题知识•理脉络真题诠释•导方向解析:取无穷远处电势为0,a点距-q近,距q远,电势为负;b点距q近,距-q远,电势为正,b点电势大于a点电势,A错误。电势能Ep=qφ,负电荷在电势小处电势能大,即负电荷在a点的电势能大于在b点的电势能,将负电荷从a点移到b点,电势能减小,D错误。正电荷的电场强度沿半径向外,负电荷的电场强度沿半径向内,E=𝑘𝑄𝑟2,点电荷q在a点的电场强度与点电荷-q在b点的电场强度相同,大小和方向都一样;点电荷q在b点的电场强度与点电荷-q在a点的电场强度相同,大小和方向都一样,则a点的合电场强度与b点的合电场强度相同,B、C正确。-10-专题知识•理脉络真题诠释•导方向命题考点电场强度与电场力、电场线、电势、电势能与电场力做功。能力要求本题考查等量异种电荷电场的分布情况,解题的关键在于明确立体几何关系的确定和应用,能想象出其对应的几何图像是解题的关键。-11-专题知识•理脉络真题诠释•导方向4.(2019·天津卷)2018年,人类历史上第一架由离子引擎推动的飞机诞生,这种引擎不需要燃料,也无污染物排放。引擎获得推力的原理如图所示,进入电离室的气体被电离成正离子,而后飘入电极A、B之间的匀强电场(初速度忽略不计),A、B间电压为U,使正离子加速形成离子束,在加速过程中引擎获得恒定的推力。单位时间内飘入的正离子数目为定值,离子质量为m,电荷量为Ze,其中Z是正整数,e是元电荷的电荷量。-12-专题知识•理脉络真题诠释•导方向(1)若引擎获得的推力为F1,求单位时间内飘入A、B间的正离子数目N;(2)加速正离子束所消耗的功率P不同时,引擎获得的推力F也不同,试推导𝐹𝑃的表达式;(3)为提高能量的转换效率,要使𝐹𝑃尽量大,请提出增大𝐹𝑃的三条建议。-13-专题知识•理脉络真题诠释•导方向答案:(1)𝐹12𝑍𝑒𝑚𝑈(2)𝐹𝑃=2𝑚𝑍𝑒𝑈(3)见解析解析:(1)设正离子经过电极B时的速度为v,根据动能定理,有ZeU=12mv2-0①设正离子束所受的电场力为F1',根据牛顿第三定律,有F1'=F1②设引擎在Δt时间内飘入电极间的正离子个数为ΔN,由牛顿第二定律,有F1'=ΔNm𝑣-0Δ𝑡③联立①②③式,且N=Δ𝑁Δ𝑡得N=𝐹12𝑍𝑒𝑚𝑈。④-14-专题知识•理脉络真题诠释•导方向(2)设正离子束所受的电场力为F',由正离子束在电场中做匀加速直线运动,有P=12F'v⑤考虑到牛顿第三定律得到F'=F,联立①⑤式得𝐹𝑃=2𝑚𝑍𝑒𝑈。⑥(3)为使𝐹𝑃尽量大,分析⑥式得到三条建议:用质量大的离子;用电荷量小的离子;减小加速电压。命题考点动能定理,电势差和电场强度的关系。能力要求本题考查了动能定理和牛顿定律的综合运用,解题的难点在于从题中获取有用的信息,建立物理模型,选择合适的规律进行求解。-15-突破点一突破点二突破点三突破点四突破点五电场性质的理解与应用考查方向常以选择题形式考查。突破方略1.电场强度、电势、电势能的表达式及特点对比比较项表达式特点电场强度E=Fq,E=kQr2,E=Ud矢量,由电场本身决定,电场线越密电场强度越大电势φ=E𝑝q标量,与零电势点的选择有关,沿电场线方向电势逐渐降低电势能Ep=qφ,ΔEp=-W电标量,电场力做正功,电势能减小-16-突破点一突破点二突破点三突破点四突破点五2.电势、电势差的几个特点(1)电场中某一点的电势等于各场源电荷在该点产生的电势的代数和。(2)匀强电场中,同一直线上或相互平行的直线上相同距离上的电势差相等。3.电荷电势能高低的判断(1)由Ep=qφ判断:正电荷在电势高的地方电势能大,负电荷在电势低的地方电势能大。(2)由WAB=EpA-EpB判断:电场力做正功,电势能减小,电场力做负功,电势能增加。(3)只有电场力做功时,电荷的电势能与动能之和守恒。-17-突破点一突破点二突破点三突破点四突破点五模型构建【例1】(多选)(2019·天津滨海新区月考)如图所示的匀强电场E的区域内,由A、B、C、D、A'、B'、C'、D'作为顶点构成一正方体空间,电场方向与面ABCD垂直。下列说法正确的是()A.AD两点间电势差UAD与AA'两点间电势差UAA'相等B.带正电的粒子从A点沿路径A→D→D'移到D'点,电场力做正功C.带负电的粒子从A点沿路径A→D→D'移到D'点,电势能减小D.带电的粒子从A点移到C'点,沿对角线AC'与沿路径A→B→B'→C'电场力做功相同BD-18-突破点一突破点二突破点三突破点四突破点五解析:电场力的方向与面ABCD垂直,所以面ABCD是等势面,A、D两点的电势差为0,又因A、A'两点沿电场线的方向有距离,所以UAA'不为0,故A错误;带正电的粒子从A到D,电场力不做功,从D到D',电场力做正功,故带正电的粒子从A点沿路径A→D→D'移到D'点过程电场力做正功,故B正确;带负电的粒子从A到D,电场力不做功,从D到D',电场力做负功,故带负电的粒子从A点沿路径A→D→D'移到D'点过程电场力做负功,电势能增加,故C错误;静电力做功与路径无关,故带电粒子从A点移到C'点,沿对角线A→C'与沿路径A→B→B'→C'静电力做功相同,故D正确。-19-突破点一突破点二突破点三突破点四突破点五以题说法分析电场的特点和性质问题的一般思路(1)电场强度①根据电场线的疏密程度进行判断。②根据等差等势面的疏密程度进行判断。③根据E=k𝑄𝑟2结合矢量合成进行判断。(2)电势①根据沿电场线方向电势逐渐降低进行判断。②根据φ=𝐸p𝑞进行判断。③空间存在两个或两个以上的电场时,根据电势的叠加求代数和进行判断。-20-突破点一突破点二突破点三突破点四突破点五(3)电势能①根据电场力做功判断,若电场力对电荷做正功,电势能减少,反之则增加,即WAB=-ΔEp。②根据能量守恒定律判断,电场力做功的过程是电势能和其他形式的能相互转化的过程,若只有电场力做功,电荷的电势能与动能相互转化,而总和应保持不变,即当动能增加时,电势能减少,反之则增加,即ΔEk=-ΔEp。-21-突破点一突破点二突破点三突破点四突破点五迁移训练1.(多选)(2019·天津期末)电场中的电场线和等势面如图所示,下列说法正确的有()A.A、B两点电势高低及电场强度大小的关系是φAφB,EAEBB.负点电荷q在A、B处电势能EpAEpBC.从A到B移动正点电荷,电场力做正功D.负点电荷只在电场力作用下从A运动到B,动能增加AD-22-突破点一突破点二突破点三突破点四突破点五解析:电场线的疏密表示电场的强弱,A点处电场线比B处电场线密,则A点的电场强度比B点的电场强度大,即EAEB;沿电场线的方向电势降低,由题图可知,电场线的方向向左,B点的电势高,即φAφB,故A正确;B所在等势面的电势高于A所在等势面的电势,所以B点比A点的电势高,由电势能公式Ep=qφ分析得知,负电荷在A点的电势能比在B点的电势能大,故B错误;A、B两点间的电势差UAB=φA-φB,因为φAφB,所以UAB0,可知电场力做负功,故C错误;负电荷由A向B移动,电势能减小,静电力做正功,故D正确。-23-突破点三突破点四突破点五突破点一突破点二电势差与电场强度的关系考查方向常以选择题形式考查。突破方略1.匀强电场中电势差与电场强度的关系(1)UAB=Ed,d为A、B两点沿电场方向的距离。(2)沿电场强度方向电势降落得最快。(3)在同一直线上或相互平行的两条直线上距离相等的两点间电势差相等。-24-突破点三突破点四突破点五突破点一突破点二2.E=𝑈𝑑在非匀强电场中的几点妙用(1)解释等差等势面的疏密与电场强度大小的关系:当电势差U一定时,电场强度E越大,则沿电场强度方向的距离d越小,即电场强度越大,等差等势面越密。(2)定性判断非匀强电场电势差的大小关系:如距离相等的两点间的电势差,E越大,U越大;E越小,U越小。-25-突破点三突破点四突破点五突破点一突破点二模型构建【例2】(2019·辽宁大连二十四中联考)如图所示,在直角三角形所在的平面内存在匀强电场,其中A点电势为0,B点电势为3V,C点电势为6V。已知∠ACB=30°,AB边长为m,D为AC的中点。现将一点电荷放在D点,且点电荷在C点产生的电场强度为1.5N/C,则放入点电荷后,B点电场强度大小为()3A.2.5N/CB.3.5N/CC.22N/CD.5N/CA-26-突破点三突破点四突破点五突破点一突破点二解析:由φD=𝜑𝐴+𝜑𝐶2=3V可知B、D两点电势相等,BD所在直线为等势线,根据电场线与等势线垂直,且沿电场线方向电势逐渐降低可知,与BD垂直且指向A的方向为电场方向,如图所示。UB'A=φB'-φA=3V,d=AB'=3cos30°m,根据匀强电场中电场强度与电势差的关系可知,匀强电场的电场强度大小E=𝑈𝐵'𝐴𝑑=33cos30°N/C=2N/C。根据点电荷电场的特点可知,放在D点的点电荷在B点产生的电场强度与在C点产生的电场强度大小相等,都是1.5N/C,根据电场叠加原理,B点的电场强度大小为EB=22+1.52N/C=2.5N/C,A正确。-27-突破点三突破点四突破点五突破点一突破点二分析推理(1)放在D点的点电荷在C、B两点产生的电场强度大小相等吗?(2)匀强电场的电场强度如何求解?(1)提示:相等。(2)提示:找到等势线,再画出电场线,据E=求解。𝑈𝑑-28-突破点三突破点四突破点五突破点一突破点二迁移训练2.(多选)(2019·四