2023年高考物理專題集錦（二）靜電場命題熱點(diǎn)例析

2023年高考物理專題集錦（二）靜電場命題熱點(diǎn)例析PAGE靜電場命題熱點(diǎn)例析靜電場是高中物理電學(xué)局部的重點(diǎn)知識(shí)，是高考必考內(nèi)容。在最近幾年的高考試題中，單獨(dú)考查靜電場或與靜電場知識(shí)相關(guān)的考題都在兩道以上。通過對(duì)近年相關(guān)考題分析研究，可以把靜電場的考查歸納為以下命題熱點(diǎn)。命題熱點(diǎn)一:庫侖定律的應(yīng)用【例1】(2022?鄭州二模〕如圖1所示，帶電體P、Q可視為點(diǎn)電荷，電荷量相等。傾角為θ、質(zhì)量為M的斜面體放在粗糙水平面上，將質(zhì)量為m的物體P放在粗糙的斜面體上。當(dāng)物體Q放在與P等高〔PQ連線水平)且與物體P相距為r的右側(cè)位置時(shí)，P靜止且受斜面體的摩擦力為0，斜面體保持靜止，靜電力常量為k，那么以下說法正確的選項(xiàng)是〔〕A.P、Q所帶電荷量為B.對(duì)斜面的壓力為0C.斜面體受到地面的摩擦力為0D.斜面體對(duì)地面的壓力為(M+m)g【解析】設(shè)P、Q所帶電荷量為q，物體P受到水平向左的庫侖力，豎直向下的重力mgFN，由平衡條件可得，解得,A項(xiàng)錯(cuò)誤；斜面對(duì)P的支持力，由牛頓第三定律可知，P對(duì)斜面的斜面的壓力為，B項(xiàng)錯(cuò)誤；對(duì)P和斜面體整體分析受力，可知水平方向受到受到Q對(duì)P向左的庫侖斥力,由平衡條件可知，斜面體受到水平向右的摩擦力大小為，C項(xiàng)錯(cuò)誤;對(duì)P和斜面體整體研究，在豎直方向上，受到豎直向下的重力(M+m)g，水平面的支持力，由平衡條件可得，水平面支持力等于(M+m)g，根據(jù)牛頓第三定律，斜面體對(duì)地面的壓力大小為(M+m)g，D項(xiàng)正確。【答案】D【點(diǎn)評(píng)】此題以斜面模型切入，考查了庫侖定律、物體平衡條件、牛頓第三定律、整體法、隔離法受力分析及其相關(guān)的知識(shí)點(diǎn)。對(duì)于斜面上物體平衡問題，可隔離物體受力分析，畫出物體受力分析圖，根據(jù)平行四邊形定那么，得出力矢量三角形，利用三角函數(shù)關(guān)系列出相關(guān)方程解答。要得出地面與斜面之間的作用力，可對(duì)斜面和物體整體受力分析，由平衡條件得出。命題熱點(diǎn)二：電場強(qiáng)度與電勢【例2】(2022?蘭州模擬)如圖2所示，Q1、Q2為兩個(gè)等量同種正點(diǎn)電荷，在Q1、Q2產(chǎn)生的電場中有M、N和O點(diǎn)，其中M和O在的連線上，O為連線的中點(diǎn)，N為垂直平分線上的點(diǎn)，ON=d。以下說法正確的選項(xiàng)是〔〕A.在M、N和O三點(diǎn)中，O點(diǎn)電勢最低B.在M、N和O三點(diǎn)中，O點(diǎn)電場強(qiáng)度最小C.假設(shè)O、N之間的電勢差為U，那么N點(diǎn)的電場強(qiáng)度為U/dD.假設(shè)O、N之間的電勢差為U，將一個(gè)帶電荷量為q的正點(diǎn)電荷從N點(diǎn)移到O點(diǎn)，電場力做功為qU【解析】根據(jù)兩個(gè)等量點(diǎn)電荷電場的特點(diǎn)可知，在和三點(diǎn)中，點(diǎn)電勢最高，點(diǎn)電勢最低，點(diǎn)的電場強(qiáng)度為零(最小〕項(xiàng)錯(cuò)誤，項(xiàng)正確；由于兩個(gè)等量點(diǎn)電荷電場不是勻強(qiáng)電場，各點(diǎn)電場強(qiáng)度不同，不能運(yùn)用E=U/d得出點(diǎn)的電場強(qiáng)度，項(xiàng)錯(cuò)誤假設(shè)、N之間的電勢差為U，將一個(gè)帶電荷量為q的正點(diǎn)電荷從點(diǎn)移到O點(diǎn)，克服電場力做功qU，項(xiàng)錯(cuò)誤。【答案【點(diǎn)評(píng)】此題以兩個(gè)等量點(diǎn)電荷電場切入，考査了電場力做功、電場強(qiáng)度、電勢及其相關(guān)的知識(shí)點(diǎn)，意在考查對(duì)E及其知識(shí)的理解和掌握。兩個(gè)等量同種正點(diǎn)電荷產(chǎn)生的電場，兩電荷連線的中點(diǎn)處電場強(qiáng)度為零，連線上其他各點(diǎn)的電場強(qiáng)度關(guān)于連線中點(diǎn)對(duì)稱。在連線的垂直平分線上，其無限遠(yuǎn)處，電場強(qiáng)度為零。從連線中點(diǎn)沿連線的垂直平分線，各點(diǎn)的電場強(qiáng)度一定是先增大后減小。由對(duì)稱性可知，兩個(gè)等量點(diǎn)電荷電場關(guān)于兩電荷連線對(duì)稱，關(guān)于連線的垂直平分線對(duì)稱。命題熱點(diǎn)三：電場線與等勢面【例(2022?吉林長春市二?！橙鐖D3所示為一個(gè)帶正電的導(dǎo)體到達(dá)靜電平衡時(shí)的電場線和等勢面的分布圖(實(shí)線為電場線，虛線為等勢面〕，A和B為導(dǎo)體內(nèi)部的兩點(diǎn)，C和D為導(dǎo)體外部的兩點(diǎn)，以無窮遠(yuǎn)處為電勢零點(diǎn)，那么以下說法正確的選項(xiàng)是〔〕A.A、B兩點(diǎn)的電場強(qiáng)度均為零，電勢也均為零B.C點(diǎn)的電場強(qiáng)度大于D點(diǎn)的電場強(qiáng)度C.同一試探電荷在點(diǎn)的電勢能一定大于它在點(diǎn)的電勢能D.C點(diǎn)的電勢高于D點(diǎn)的電勢【解析】導(dǎo)體是等勢體，帶正電的導(dǎo)體各點(diǎn)電勢均大于零，、的電勢均大于零，項(xiàng)錯(cuò)誤；由電場線的疏密程度表示電場強(qiáng)度的大小可知，點(diǎn)的電場強(qiáng)度大于點(diǎn)的電場強(qiáng)度，項(xiàng)正確根據(jù)沿電場線方向電勢逐漸降低可知點(diǎn)所在的等勢面電勢高于點(diǎn)所在的等勢面電勢，所以點(diǎn)電勢高于點(diǎn)，項(xiàng)錯(cuò)誤如果試探電荷帶負(fù)電，那么同一試探電荷在點(diǎn)的電勢能就小于它在點(diǎn)的電勢能，項(xiàng)錯(cuò)誤?！敬鸢浮军c(diǎn)評(píng)】此題以一個(gè)帶正電的導(dǎo)體到達(dá)靜電平衡時(shí)的電場線和等勢面的分布圖切入，考查了靜電平衡的帶電導(dǎo)體電場線和等勢面及其相關(guān)的知識(shí)點(diǎn)，意在考查利用電場線判斷電場強(qiáng)度和電勢。在題圖給出電場線的情況下，可以根據(jù)電場線的疏密比擬兩點(diǎn)電場強(qiáng)度的大小，根據(jù)沿電場線電勢降低比擬兩點(diǎn)電勢的上下。命題熱點(diǎn)四：靜電現(xiàn)象和靜電感應(yīng)【例4】(2022?北京海淀查缺補(bǔ)漏〕如圖4甲所示，MN為一原來不帶電的導(dǎo)體棒，q為一帶電量恒定的點(diǎn)電荷，當(dāng)?shù)竭_(dá)靜電平衡后，導(dǎo)體棒上的感應(yīng)電荷在棒內(nèi)P點(diǎn)處產(chǎn)生的場強(qiáng)大小E1,P為點(diǎn)的電勢為φ1,現(xiàn)用一導(dǎo)線將導(dǎo)體棒的N端接地，其他條件不變，如圖4乙所示，待靜電平衡后,導(dǎo)體棒上的感應(yīng)電荷在棒內(nèi)P點(diǎn)處產(chǎn)生的場強(qiáng)為E2，P點(diǎn)的電勢為φ2，那么 〔〕A.D.【解析】到達(dá)靜電平衡后，導(dǎo)體棒上的感應(yīng)電荷在棒內(nèi)P點(diǎn)處產(chǎn)生的場強(qiáng)大小E1大小等于帶電量恒定的點(diǎn)電荷q在棒內(nèi)P點(diǎn)處產(chǎn)生的場強(qiáng)大小，根據(jù)靜電平衡狀態(tài)導(dǎo)體的特點(diǎn)可知，導(dǎo)體是等勢體。導(dǎo)體P點(diǎn)的電勢為外不等于零。將導(dǎo)體棒的N端接地，其他條件不變，導(dǎo)體棒上的感應(yīng)電荷在棒內(nèi)P點(diǎn)處產(chǎn)生的場強(qiáng)為E2大小等于帶電量恒定的點(diǎn)電荷q在棒內(nèi)P點(diǎn)處產(chǎn)生的場強(qiáng)大小，即.P點(diǎn)的電勢為，C項(xiàng)正確?！敬鸢浮緾【點(diǎn)評(píng)】處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體，導(dǎo)體內(nèi)部的場強(qiáng)處處為零。導(dǎo)體是等勢體，導(dǎo)體外表是等勢面。對(duì)于孤立的帶電體，一般取無限遠(yuǎn)處的電勢為零，地球外表的電勢為零。命題熱點(diǎn)五：電容器和電容【例5】(2022?北京海淀模擬)如圖5甲所示為一種電容式位移傳感器的原理圖，當(dāng)被測物體在左右方向發(fā)生位移時(shí)，電介質(zhì)板隨之在電容器兩極板之間移動(dòng)。電容器的電容與電介質(zhì)板進(jìn)人電容器的長度x之間的關(guān)系如圖5乙所示，其中C0為電介質(zhì)沒有插人電容器時(shí)的電容。為判斷被測物體是否發(fā)生微小移動(dòng)，將該電容式位移傳感器與電源、電流表、開關(guān)組成串聯(lián)回路(圖中未畫出〕。被測物體的初始位置如圖5甲所示。電路閉合一段時(shí)間后，以下說法正確的選項(xiàng)是〔〕A.假設(shè)電源為直流電源且直流電流表示數(shù)不為零，說明物體一定在發(fā)生移動(dòng)B.假設(shè)電源為交流電源且交流電流表示數(shù)不為零，說明物體一定在發(fā)生移動(dòng)C.假設(shè)電源為直流電源且直流電流表示數(shù)變大，說明物體一定在向右發(fā)生移動(dòng)D.假設(shè)電源為交流電源且交流電流表示數(shù)變大，說明物體一定在向右發(fā)生移動(dòng)【解析】假設(shè)電源為直流電源且直流電流表示數(shù)不為零，說明電容器在充電或放電，可能電容在增大或減小，物體一定在發(fā)生移動(dòng)，A項(xiàng)正確;假設(shè)電源為直流電源且直流電流表示數(shù)變大，可能是充電電流增大，電容增大，說明物體在向左發(fā)生移動(dòng)，C項(xiàng)錯(cuò)誤;假設(shè)電源為交流電源且交流電流表示數(shù)不為零，說明電容器具有通交流的特性，不能說明物體一定在發(fā)生移動(dòng)，B項(xiàng)錯(cuò)誤;假設(shè)電源為交流電源且交流電流表示數(shù)變大，電容器的容抗在減小，說明電容器的電容增大,物體一定在向左發(fā)生移動(dòng)，D項(xiàng)錯(cuò)誤?！敬鸢浮緼【點(diǎn)評(píng)】電容器與電源連接，電容器電壓不變；電容器充電后與電源斷開，帶電量不變。電介質(zhì)插人電容器，電容器的電容增大。電容器的正對(duì)面積減小，電容器的電容減小。命題熱點(diǎn)六：帶電粒子在電場中的類平拋運(yùn)動(dòng)【例6】(2022?洛陽一模〕如圖6所示，質(zhì)量為m=5×10-8kg的帶電粒子以v0=2m/s的速度從水平放置的平行金屬板中央飛人電場，板長L=10cm，板間距離cm，當(dāng)A、B間電勢差UAB=103V時(shí)，帶電粒子恰好沿直線穿過電場。求：〔1〕帶電粒子的電性和所帶電荷量；〔2〕A、B間所加電壓在什么范圍內(nèi)帶電粒子能從板間飛出？【解析】(1)當(dāng)A、B間電勢差UAB=103V時(shí)，粒子做直線運(yùn)動(dòng)，帶電粒子帶負(fù)電。由解得.(2)當(dāng)電壓UAB比擬大時(shí)，qE>mg，粒子向上偏。由牛頓第二定律，,當(dāng)剛好能從上板邊緣飛出時(shí)，有,解得R=1800V。當(dāng)電壓UAB比擬小時(shí)，qE<mg粒子向下偏，設(shè)剛好能從下板邊緣飛出，有,