2020届高考物理二轮复习 专题三 第一讲 电场及带电粒子在电场中的运动课件

专题三电场与磁场[核心知识体系]第一讲电场及带电粒子在电场中的运动近三年全国卷考情统计高考必备知识概览常考点全国卷Ⅰ全国卷Ⅱ全国卷Ⅲ电场力的性质2019·T152018·T16电场能的性质2018·T212017·T202018·T212019·T212017·T21平行板电容器问题2018·T21带电粒子在电场中的运动2017·T252019·T202019·T242017·T252019·T241．(多选)(2019·全国卷Ⅱ)静电场中，一带电粒子仅在电场力的作用下自M点由静止开始运动，N为粒子运动轨迹上的另外一点，则()A．运动过程中，粒子的速度大小可能先增大后减小B．在M、N两点间，粒子的轨迹一定与某条电场线重合C．粒子在M点的电势能不低于其在N点的电势能D．粒子在N点所受电场力的方向一定与粒子轨迹在该点的切线平行[题眼点拨]①“仅在电场力的作用下”说明带电粒子的动能和电势能之和保持不变；②“轨迹上的另外一点”说明粒子运动到N点时速度可能为零，也可能不为零．解析：在两个同种点电荷的电场中，一带同种电荷的粒子在两电荷的连线上自M点由静止开始运动，粒子的速度先增大后减小，选项A正确；带电粒子仅在电场力作用下运动，若运动到N点的动能为零，则带电粒子在N、M两点的电势能相等；仅在电场力作用下运动，带电粒子的动能和电势能之和保持不变，可知若粒子运动到N点时动能不为零，则粒子在N点的电势能小于在M点的电势能，即粒子在M点的电势能不低于其在N点的电势能，选项C正确；若静电场的电场线不是直线，带电粒子仅在电场力作用下的运动轨迹不会与电场线重合，选项B错误；若粒子运动轨迹为曲线，根据粒子做曲线运动的条件，可知粒子在N点所受电场力的方向一定不与粒子轨迹在该点的切线平行，选项D错误．答案：AC2．(2019·全国卷Ⅲ)空间存在一方向竖直向下的匀强电场，O、P是电场中的两点．从O点沿水平方向以不同速度先后发射两个质量均为m的小球A、B.A不带电，B的电荷量为q(q0)．A从O点发射时的速度大小为v0，到达P点所用时间为t；B从O点到达P点所用时间为t2.重力加速度为g，求：(1)电场强度的大小；(2)B运动到P点时的动能．[题眼点拨]①“A不带电，B的电荷量为q(q0)”说明A做平抛运动，B做类平抛运动且所受电场力竖直向下；②A、B均从“O点到达P点”说明此过程A、B运动的水平位移和竖直位移均相同．解析：(1)设电场强度的大小为E，小球B运动的加速度为a.根据牛顿第二定律、运动学公式和题给条件，有mg＋qE＝ma，①12at22＝12gt2，②解得E＝3mgq；③(2)设B从O点发射时的速度为v1，到达P点时的动能为Ek，O、P两点的高度差为h，根据动能定理有Ek－12mv21＝mgh＋qEh，④又有v1t2＝v0t，⑤h＝12gt2，⑥联立③④⑤⑥式得Ek＝2m(v20＋g2t2)．⑦答案：见解析3．(多选)(2018·全国卷Ⅰ)图中虚线a、b、c、d、f代表匀强电场内间距相等的一组等势面，已知平面b上的电势为2V．一电子经过a时的动能为10eV，从a到d的过程中克服电场力所做的功为6eV.下列说法正确的是()A．平面c上的电势为零B．该电子可能到达不了平面fC．该电子经过平面d时，其电势能为4eVD．该电子经过平面b时的速率是经过d时的2倍[题眼点拨]①“图中虚线a、b、c、d、f代表匀强电场内间距相等的一组等势面”说明任意两等势面间电场力做功相等；②“从a到d的过程中克服电场力所做的功为6eV”说明从a到d的过程中任两等势面间克服电场力所做的功为2eV.解析：因等势面间距相等，由U＝Ed得相邻虚线之间的电势差相等，由a到d，eUad＝6eV，故Uad＝6V．各虚线电势如图所示，因电场力做负功，故电场方向向右，沿电场线方向电势降低，φc＝0，故A正确；因电子的速度方向未知，若不垂直于等势面，如图中实线所示，电子可能到达不了平面f，故B正确；经过d时，电势能Ep＝eφd＝2eV，故C正确；由a到b，Wab＝Ekb－Eka＝－2eV，所以Ekb＝8eV；由a到d.Wad＝Ekd－Eka＝－6eV，所以Ekd＝4eV；则Ekb＝2Ekd，根据Ek＝12mv2知vb＝2vd，故D错误．答案：AB4．(多选)(2018·全国卷Ⅱ)如图，同一平面内的a、b、c、d四点处于匀强电场中，电场方向与此平面平行，M为a、c连线的中点，N为b、d连线的中点．一电荷量为q(q0)的粒子从a点移动到b点，其电势能减小W1.若该粒子从c点移动到d点，其电势能减小W2，下列说法正确的是()A．此匀强电场的场强方向一定与a、b两点连线平行B．若该粒子从M点移动到N点，则电场力做功一定为W1＋W22C．若c、d之间的距离为L，则该电场的场强大小一定为W2qLD．若W1＝W2，则a、M两点之间的电势差一定等于b、N两点之间的电势差[题眼点拨]①“匀强电场”说明M点的电势等于a、c两点电势和的一半，N点的电势等于b、d两点电势和的一半；②“一电荷量为q(q0)的粒子从a点移动到b点，其电势能减小W1.若该粒子从c点移动到d点，其电势能减小W2”说明a点移动到b点和c点移动到d点电场力做功已知．解析：由题意无法确定匀强电场的方向，则A、C错误：由题意M为a、c连线的中点，N为b、d连线的中点，φM＝φa＋φc2、φN＝φb＋φd2.则WMN＝q(φM－φN)＝q(φa＋φc2－φb＋φd2)＝q(φa－φb2＋φc－φd2)＝W1＋W22，B正确；若W1＝W2，qUaM－qUbN＝q(φa－φM)－q(φb－φN)＝q(φa－φb)－q(φM－φN)＝W1－W1＋W22＝W1－W22＝0，D正确．答案：BD5．(多选)(2017·全国卷Ⅰ)在一静止点电荷的电场中，任一点的电势φ与该点到点电荷的距离r的关系如图所示．电场中四个点a、b、c和d的电场强度大小分别为Ea、Eb、Ec和Ed.点a到点电荷的距离ra与点a的电势φa已在图中用坐标(ra，φa)标出，其余类推．现将一带正电的试探电荷由a点依次经b、c点移动到d点，在相邻两点间移动的过程中，电场力所做的功分别为Wab、Wbc和Wcd.下列选项正确的是()A．Ea∶Eb＝4∶1B．Ec∶Ed＝2∶1C．Wab∶Wbc＝3∶1D．Wbc∶Wcd＝1∶3[题眼点拨]①“在一静止点电荷的电场中”说明电场强度的大小与距离的平方成反比；②“任一点的电势φ与该点到点电荷的距离r的关系如图所示”说明各点的电势之差可求．解析：设点电荷的电荷量为Q，根据点电荷电场强度公式E＝kQr2，ra∶rb＝1∶2，rc∶rd＝3∶6，可知，Ea∶Eb＝4∶1，Ec∶Ed＝4∶1，选项A正确，B错误；将一带正电的试探电荷由a点移动到b点电场力做的功Wab＝q(φa－φb)＝3q(J)，试探电荷由b点移动到c点电场力做的功Wbc＝q(φb－φc)＝q(J)，试探电荷由c点移动到d点电场力做的功Wcd＝q(φc－φd)＝q(J)，由此可知，Wab∶Wbc＝3∶1，Wbc∶Wcd＝1∶1，选项C正确，D错误．答案：AC命题特点与趋势1．近几年高考题型主要以选择题为主，命题热点主要集中在电场强度、电场线的用途、电势能的变化、电势高低的判断、匀强电场中电势差与电场强度的关系、带电粒子在电场中的运动等．2．2020年命题，选择题会以电场线、等势线为背景，结合场强、电势、电势能等基本概念进行考查，也可能会出现以带电粒子在电场中运动为背景考查学生建模能力和数学处理能力的计算题．解题要领1．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．2．重视电场线、等势面、运动轨迹相结合的题目．带电粒子在电场中的加速、偏转以及电容器的相关知识在实际生产、生活中的应用，如静电除尘、电容式传感器、喷墨打印机、示波器等．考点1电场力的性质(2018·全国卷Ⅰ)如图所示，三个固定的带电小球a、b和c，相互间的距离分别为ab＝5cm，bc＝3cm，ca＝4cm.小球c所受库仑力的合力的方向平行于a、b的连线．设小球a、b所带电荷量的比值的绝对值为k则()A．a、b的电荷同号，k＝169B．a、b的电荷异号，k＝169C．a、b的电荷同号，k＝6427D．a、b的电荷异号，k＝6427[题眼点拨]①“相互间的距离分别为ab＝5cm，bc＝3cm，ca＝4cm”说明三个带电小球构成的三角形的夹角已知；②“小球c所受库仑力的合力的方向平行于a、b的连线”说明小球c所受库仑力的合力可能水平向右，也可能水平向左，解题时可假设其中一个方向．解析：对小球c所受库仑力分析，设其所受库仑合力水平向右，如图所示．则a、b的电荷异号，设ac与ab的夹角为θ，tanθ＝FbcFac＝34，a、b电荷量的比值k＝qaqb＝6427，选项D正确．答案：D库仑定律与力学的综合应用问题，解决的思路与解决力学问题的思路相同，即选取研究对象，受力分析，利用平衡条件或牛顿运动定律列方程求解．但需注意库仑力的特点，特别是在动态平衡问题、变速运动问题中．带电体间距离发生变化时，库仑力也要发生变化，要分析力与运动的相互影响．[对点训练]考向电场线的分析1．(多选)反天刀是生活在尼罗河的一种鱼类，沿着它身体的长度方向分布着电器官，这些器官能在鱼周围产生电场，如图为反天刀周围的电场线分布示意图，A、B、C为电场中的点，下列说法正确的是()A．头部带负电B．A点电场强度大于B点电场强度C．负离子运动到A点时，其加速度方向向右D．图中从A至C的虚线可以是正离子的运动轨迹解析：电场线从正电荷或无穷远处出发，终止于负电荷或无穷远处，根据电场线由鱼的头部出发可知，头部带正电，故A错误；电场线疏密程度表示电场强度大小，A处电场线比B处密，所以A处电场强度大于B处电场强度，故B正确；负离子在A点受到的电场力向左，其加速度方向向左，故C错误；正离子所受的电场力方向沿着电场线的方向，且指向运动轨迹的凹侧，故D正确．答案：BD考向电场强度的分析与求解2．(多选)(2019·衡水模拟)如图所示，竖直面内固定的均匀带电圆环半径为R，带电量为＋Q，在圆环的最高点用绝缘丝线悬挂一质量为m、带电量为q的可视为质点的小球，小球在垂直圆环平面的对称轴上处于平衡状态，小球到圆环中心O距离为R，已知静电力常量为k，重力加速度为g，则小球所处位置的电场强度为()A.mgqB.2mg2qC．kQR2D．k2Q4R2解析：带电小球受到库仑力为圆环各个点对小球库仑力的合力，以小球为研究对象，受力如图所示．圆环各个点对小球的库仑力的合力为qE，由平衡条件得，竖直方向Fsinθ＝mg，小球到圆环中心O距离为R，而竖直面内固定的均匀带电圆环半径为R，则sinθ＝22，解得F＝2mg，水平方向Fcosθ＝qE，解得E＝mgq，故A正确，B错误；将圆环看成由n个小段组成，当n相当大时，每一小段都可以看成点电荷，由对称性知，各小段带电体在小球所处位置场强E的竖直分量相互抵消，而水平分量之和即为带电环在小球处的场强E，结合矢量的合成法则及三角知识，则有小球所处位置的电场强度为E＝nkQn（2R）2×22＝k2Q4R2，故C错误，D正确．答案：AD考点2电场能的性质(多选)(2019·全国卷Ⅲ)如图，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[题眼点拨]①“q和－q(q0)”说明是等量异种点电荷产生的电场；②“a、b是正方体的另外两个顶点”说明a、b关于正方体的几何中心对称．解析：a、b两点到两点电荷连线的距离相等，且关于两点电荷连线中点对称，可知a、b两点的电场强度大小相等，方向相同，选项B、C正确．电荷量分别为q和－q(q0)的点电荷(等量异种点电荷)固定在正方体的两个顶点上，正方体的另外两个顶点a、b在两点电荷q和－q连线的垂直平分面两侧，故a点和b点的