2020版高考物理二轮复习 第一部分 专题复习训练 3-7 带电粒子在电场中的运动课件

第一部分专题复习训练03电场与磁场知识结构第7讲带电粒子在电场中的运动考情动态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年高考命题，选择题可能会以电场线、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．核心知识知识必记1．电场力的性质(1)电场强度的定义式：E＝Fq.(2)真空中点电荷的电场强度公式：E＝kQr2.(3)匀强电场的电场强度与电势差的关系式：E＝Ud.2．电场能的性质(1)电势的定义式：φ＝Epq.(2)电势差的定义式：UAB＝WABq.(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＝EpA－EpB.3．熟记“面线”关系(1)电场线总是与等势面垂直，且由电势高的等势面指向电势低的等势面．(2)电场线越密的地方，等差等势面也越密．(3)沿等势面移动电荷，电场力不做功，沿电场线移动电荷，电场力一定做功．考点导练考点1电场的性质【例1】(2019年山东五校联考)关于静电场的电场线，下列说法正确的是()A．电场强度较大的地方电场线一定较疏B．沿电场线方向，电场强度一定越来越小C．沿电场线方向，电势一定越来越低D．电场线一定是带电粒子在电场中运动的轨迹【解析】电场强度较大的地方电场线一定较密集，选项A错误；沿电场线方向，电场强度不一定越来越小，例如匀强电场，选项B错误；沿电场线方向，电势一定越来越低，选项C正确；电场线不一定与带电粒子的轨迹重合，只有带电粒子只受电场力作用，且电场线是直线，带电粒子的初速度为零或初速度方向与电场线方向在同一条直线上时电场线才与带电粒子的轨迹重合，选项D错误．【答案】C【例2】(2019年石家庄二模)如图3—7—1所示，匀强电场中有一个与电场线平行的平面，平面中有一个直角三角形ABC，其中∠B＝90°，∠C＝30°，AB＝2m．若在B处有一个放射源，能沿平面向各方向射出动能为10eV的电子，电子经过A、C两点时的动能分别为11eV和7eV.不考虑电子间的相互作用，则该电场的电场强度大小为()图3—7—1A．1N/CB．2N/CC．3N/CD．4N/C图3—7—2【解析】由B到A由动能定理得φB＝0，则－eUBA＝EkA－EkB＝1eVUBA＝－1V＝φB－φA，得φA＝1V同理，－eUBC＝EkC－EkB＝－3eVUBC＝3V＝φB－φC得φC＝－3VBO连线与AC垂直，AC为电场线方向E＝UAOdOA＝11N/C＝1N/C.【答案】A☞归纳总结(1)电场强度的判断①场强方向是电场中正电荷受力方向，负电荷受力的反方向，也是电场线上某点的切线方向．②电场强弱可用电场线疏密判断．(2)电势高低的比较①根据电场线方向判断，沿着电场线方向，电势越来越低；②将带电荷量为＋q的电荷从电场中的某点移至无穷远处电场力做正功越多，则该点的电势越高；③根据电势差UAB＝φA－φB判断，若UAB0，则φAφB，反之φAφB.(3)电势能变化的判断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W＝－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，总和应保持不变，即当动能增加时，电势能减少．[变式训练]1．(2019年福建模拟)(多选)如图3－7－3所示，在光滑绝缘水平面上P点正上方的O点固定了一电荷量为＋Q的点电荷，在水平面上的N点，由静止释放一质量为m、电荷量为－q的带电小球，小球经过P点时速度为v，图中θ＝60°，则在点电荷形成的电场中()图3—7—3A．N点电势高于P点电势B．UPN＝mv22qC．P点电场强度大小是N点的2倍D．带电小球从N点到P点的过程中电势能减少了12mv2解析：N点距离正电荷较远，根据顺着电场线方向电势降低可知，N点电势低于P点电势，故A错误．带电小球由N到P的过程，由动能定理得－qUNP＝12mv2，解得UNP＝－mv22q，则UPN＝－UNP＝mv22q，故B正确．P点电场强度大小是EP＝kQrP2，N点电场强度大小是EN＝kQrN2，则EP∶EN＝rN2∶rP2＝4∶1，故C错误．带电小球从N点到P点的过程中，电场力做正功12mv2，则电势能减少了12mv2，故D正确．答案：BD2．(2019年甘肃第六次月考)如图3—7—4所示，在xOy坐标系中以O为中心的椭圆上有A、B、C、D、E五个点，在其一个焦点P上放一负点电荷，下列判断正确的是()图3—7—4A．B、E两点电场强度相同B．A点电势比D点电势高C．将一负点电荷由B沿BCDE移到E点，电场力做功为零D．同一正点电荷在D点的电势能小于在C点的电势能解析：由电场线的分布情况和对称性可知，B、E两点电场强度大小相等，但方向不同，所以电场强度不同，故A错误．D点到负电荷的距离大于A点到负电荷的距离，离负电荷越远电势越高，则知D的电势高于A点的电势，故B错误．B、E两点电势相等，负点电荷在B、E两点的电势能相等，所以负点电荷由B沿BCDE移到E点，电场力做功为零，故C正确．D点的电势高于C点电势，而正电荷在电势高处电势能大，则知同一正电荷在D点的电势能大于在C点的电势能，故D错误．答案：C考点2有关平行板电容器的问题1．三个关系式(1)对于平行板电容器：板间电场为匀强电场，不考虑边缘效应．(2)三个关系式：定义式C＝QU，决定式C＝εrS4πkd，关系式E＝Ud.2．两个重要结论(1)电容器与电路(或电源)相连，则两端电压取决于电路(或电源)，稳定时相当于断路，两端电压总等于与之并联的支路电压．(2)充电后电容器与电路断开，电容器所带电荷量不变，此时若只改变两板间距离，则板间电场强度大小不变．3．当有电容器的回路接有二极管时，因二极管的单向导电性，将使电容器的充电或放电受到限制．【例3】(2019年保定模拟)(多选)如图3—7—5所示，两平行正对的带电金属板A、B水平放置，其中B板接地，一带电油滴恰好静止地悬浮在P点．下列说法中正确的是()图3—7—5A．将A板向下移动一段距离，两板间电势差减小B．将A板水平向左移动一小段距离，油滴向上加速运动C．A板以左端为轴(垂直于纸面)逆时针旋转一个小角度后油滴仍保持静止状态D．增加A板所带电荷量，P点电荷一定升高【解析】A．φB＝0，移动极板电荷量不变，场强E不变，U＝Ed可得d减小则U减小，A正确；B.A极向右平移正对面积减小，C＝εS4πkd得C减小，C＝QU得，U增大，U＝Ed得E增大，即电场力变大，故B正确；C.转动后电场力方向变化则不可能再平衡，C错误；D.A、B板电性未知，故电势升高或降低未知，故D错误．【答案】AB【例4】如图3—7—6所示，平行板电容器PQ与电源相接，电源与电容器之间接一理想二极管D.当电容器极板Q移至虚线处时，有关电容器的下列说法正确的是()图3—7—6A．电容减小，极板所带电荷量减小B．电容减小，极板间电压不变C．极板间电压不变，电场强度减小D．极板所带电荷量不变，电场强度不变【解析】由C＝εrS4πkd可知板间距离变大，电容减小，假设电压不变，则电荷量会减小，由于二极管的单向导电性使得电容器不能放电，则电荷量不变，那么根据C＝QU可知，极板间的电压增大，根据C＝εrS4πkd，C＝QU，U＝Ed，得E＝4πkQεrS，由此分析可知，板间电场强度E不变，D正确．【答案】D☞归纳总结电容器动态分析的解题思路(1)确定不变量，分析是电压不变还是所带电荷量不变．(2)根据C＝εrS4πkd，分析平行板电容器电容的变化情况，如例4中“下移极板”则d发生变化．(3)根据C＝QU分析电容器所带电荷量或两极板间电压的变化情况．(4)根据E＝Ud或E＝4πkQεrS分析电容器极板间电场强度的变化情况．(5)根据Q的变化情况，分析电容器发生充电还是放电，分析电路中电流的方向．[变式训练]3．第八届中国(上海)国际超级电容器产业展览会于2017年8月23日至25日在上海新国际博览中心举行．如图3—7—7所示为超级平行板电容器，相距为d的两极板M、N分别与电压为U的恒定电源两极连接，极板M带正电．现有一质量为m的带电油滴在极板中央处于静止状态，且此时极板带电荷量与油滴带电荷量的比值为k，则()图3—7—7A．油滴带正电B．油滴带电荷量为mgUdC．电容器的电容为kmgdU2D．将极板N向下缓慢移动一小段距离，油滴将向上运动解析：带电油滴静止在两极板间，重力与电场力等大、反向，电场力竖直向上，电容器上极板与电源正极相连为正极板，两板间电场方向竖直向下，综上可知，带电油滴带负电，选项A错误；由场强与电势差关系可知，mg＝Eq＝Udq，解得q＝mgdU，选项B错误；由题意知，电容器带电荷量Q＝kq＝kmgdU，由电容的定义式知，C＝QU＝kmgdU2，选项C正确；电容器与电源保持连接，两板间电势差不变，N板向下移动，板间距离变大，F电＝Udq，油滴所受电场力减小，油滴向下运动，选项D错误．答案：C4．(多选)将平行板电容器两极板之间的距离、电压、电场强度大小、电容和极板所带的电荷量分别用d、U、E、C和Q表示．下列说法正确的是()A．保持U不变，将d变为原来的两倍，则E变为原来的一半B．保持E不变，将d变为原来的一半，则U变为原来的两倍C．保持C不变，将Q变为原来的两倍，则U变为原来的两倍D．保持d、C不变，将Q变为原来的一半，则E变为原来的一半解析：保持U不变，将d变为原来的两倍，根据E＝Ud可得E变为原来的一半，A正确；保持E不变，将d变为原来的一半，根据U＝Ed可得U变为原来的一半，B错误；根据公式C＝QU可知将Q变为原来的两倍，则U变为原来的两倍，C正确；根据C＝QU可得C不变，将Q变为原来的一半，U变为原来的一半，根据公式E＝Ud可知d不变，U变为原来的一半，E变为原来的一半，D正确．答案：ACD考点3带电粒子在电场中的运动【例5】(2019年名校联盟卷)如图3—7—8所示，地面上某区域存在着水平向右的匀强电场，一个质量为m的带负电的小球以水平方向的初速度v0由O点射入该区域，刚好竖直向下通过竖直平面中的P点．已知连线OP与初速度方向的夹角为60°，不计空气阻力，重力加速度为g.则以下说法正确的是()图3—7—8A．电场力大小为3mg2B．小球所受的合外力大小为3mg3C．小球由O到P点用时3v0gD．小球通过P点时的动能为5mv022【解析】x＝12at2y＝12gt2a＝Eqm⇒xy＝13＝qEmg即qE＝33mg.A错；F合＝（qE）2＋（mg）2＝233mg，故B错；vy＝3v0＝gt.得t＝3v0g，C对；Ekp＝12mvp2＝12m(3v0)2＝32mv02，D错．【答案】C【例6】(2019年衡水中学调研)在直角坐标系中，三个边长都为l＝2m的正方形如图3－7－9所示排列，第一象限正方形区域ABOC中有水平向左的匀强电场，电场强度大小为E0，第二象限正方形COED的对角线CE左侧CED区域内有竖直向下的匀强电场，三角形OEC区域内无电场，正方形DENM区域内无电场．图3—7—9(1)现有一带电荷量为＋q、质量为m的带电粒子(重力不计)从AB边上的A点由静止释放，恰好能通过E点，求CED区域内的匀强电场的电场强度E1的大小．(2)保持(1)问中电场强度不变，若在正方形区域ABOC内的某些点由静止释放与上述相同的带电粒子，要使所有的粒子都经过E点，则释放的坐标值x、y间应满足什么关系？(3)若CDE区域内的电场强度大小变为E2＝43E0，方向不变，其他条件都不变，则在正方形区域ABOC内的某些点由静止释放与上述相同的带电粒子，要使所有粒子都经过N点，则释放点坐标值x、y间又应满足什么关系？【解】(1)设粒子出第一象限时速度为v，加速过程qE0l＝12mv2粒