適用于老高考舊教材廣西專版2023屆高考物理二輪總復習第二部分專題三第8講電場性質及帶電粒子在電場中的運動課件

第8講電場性質及帶電粒子在電場中的運動專題三內容索引010203考情分析?備考定向核心梳理?規(guī)律導引高頻考點?探究突破04新題演練?能力遷移05怎樣得高分考情分析?備考定向命題熱點考題統(tǒng)計第8講

電場性質及帶電粒子在電場中的運動熱點一

電場性質的理解與應用2018卷Ⅰ,16;2019卷Ⅰ,15;2019卷Ⅲ,21;2020卷Ⅱ,20;2020卷Ⅲ,21;2021卷Ⅱ,19;2021卷Ⅰ,15;2022乙卷,19熱點二

平行板電容器問題2018卷Ⅲ,21;2020卷Ⅰ,17熱點三

帶電粒子在電場中的運動2018卷Ⅰ,21;2018卷Ⅱ,21;2019卷Ⅱ,20;2019卷Ⅱ,24;2019卷Ⅲ,24;2020卷Ⅰ,25;2021卷Ⅰ,20;2022甲卷,21命題熱點考題統(tǒng)計第9講

磁場性質及帶電粒子在磁場中的運動熱點一

對磁場性質和磁場力的理解2018卷Ⅰ,19;2018卷Ⅱ,20;2019卷Ⅰ,17;2021卷Ⅱ,16;2022乙卷,18;2022甲卷,25熱點二

帶電粒子在磁場中的圓周運動2019卷Ⅱ,17;2019卷Ⅲ,18;2021卷Ⅰ,16熱點三

帶電粒子在勻強磁場中的臨界和極值問題2020卷Ⅰ,18;2020卷Ⅱ24;2020卷Ⅲ,18命題熱點考題統(tǒng)計第10講

帶電粒子在組合場、復合場中的運動熱點一

帶電粒子在組合場中的運動2018卷Ⅰ,25;2018卷Ⅲ,24;2019卷Ⅰ,24;2020卷Ⅱ,17;2021卷Ⅱ,25;2022甲卷,18熱點二

帶電粒子在復合場中的運動2018卷Ⅱ,25熱點三

涉及復合場技術的應用2022乙卷,21命題規(guī)律

近幾年高考命題點主要集中在:點電荷、等量異種點電荷的電場強度、電勢、電勢能;庫侖定律的應用;平行板電容器中電場強度、電勢能和電勢差的變化;帶電粒子在電場中的運動;安培力和左手定則;帶電粒子在勻強磁場中的圓周運動以及帶電粒子在復合場中的運動。其中質譜儀和回旋加速器是考查的熱點內容?？疾榉绞缴婕斑x擇題和計算題,以計算題為主,計算題還常常成為壓軸題。這部分內容命題有可能以科學技術的具體問題為背景,考查帶電粒子的運動,因此從實際問題中獲取并處理信息、把實際問題轉化成物理模型、提高分析解決實際問題的能力是復習的重點。核心梳理?規(guī)律導引【知識脈絡梳理】

【規(guī)律方法導引】

1.知識規(guī)律(1)靜電力的性質。2.思想方法(1)物理思想:分解的思想、等效的思想。(2)物理方法:類比法、對稱法、矢量三角形法。高頻考點?探究突破命題熱點一電場性質的理解與應用主要以選擇題的形式考查點電荷周圍的電場。例1(多選)(2020·山東卷)真空中有兩個固定的帶正電的點電荷,電荷量不相等。一個帶負電的試探電荷置于二者連線上的O點時,僅在電場力的作用下恰好保持靜止狀態(tài)。過O點作兩正電荷連線的垂線,以O點為圓心的圓與連線和垂線分別交于a、c和b、d,如圖所示。以下說法正確的是(

)A.a點電勢低于O點B.b點電勢低于c點C.該試探電荷在a點的電勢能大于在b點的電勢能D.該試探電荷在c點的電勢能小于在d點的電勢能思維導引

答案:BD解析:

試探電荷在O點僅在電場力作用下保持靜止,則其所受合力為零。若將試探電荷向左移動少許,則其將在靜電力作用下向左運動,靜電力做正功,電勢能減少,試探電荷帶負電,故由O向a運動過程中電勢升高,同理由O向c運動過程中電勢升高,所以ac連線上O點電勢最低。bd連線上按上述判斷方法可知,O點電勢最高,所以選項A錯誤,B正確。因為φa>φb,φc>φd,試探電荷帶負電,所以Epa<Epb,Epc<Epd,故選項C錯誤,D正確。規(guī)律方法

三個物理量的判斷方法

電場強度強弱的判斷①根據(jù)電場線或等勢面的疏密判斷②根據(jù)公式E=k和電場強度疊加原理判斷電勢高低的判斷①根據(jù)電場線的方向判斷②由UAB=和UAB=φA-φB判斷③根據(jù)電場力做功(或電勢能)判斷電勢能大小的判斷①根據(jù)Ep=qφ判斷②根據(jù)ΔEp=-W電,由電場力做功判斷拓展訓練1(2021·浙江高三二模)硒鼓是激光打印機的核心部件,主要由感光鼓、充電輥、顯影裝置、粉倉和清潔裝置構成,工作中充電輥表面的導電橡膠給感光鼓表面均勻地布上一層負電荷。我們可以用下面的模型模擬上述過程:電荷量均為-q的點電荷,對稱均勻地分布在半徑為R的圓周上,若某時刻圓周上P點處的一個點電荷的電荷量突變成+2q,則圓心O點處的電場強度為(

)答案:D

解析:

根據(jù)對稱性和電場的疊加原理,知原來O點處電場強度為零,說明P點處的點電荷在O點處產生的電場強度與其余點電荷在O點處產生的合電場強度大小相等、方向相反,則其余點電荷在O點處產生的合電場強度大小拓展訓練2(多選)(2020·全國卷Ⅱ)如圖所示,豎直面內一絕緣細圓環(huán)的上、下半圓分別均勻分布著等量異種電荷。a、b為圓環(huán)水平直徑上的兩個點,c、d為豎直直徑上的兩個點,它們與圓心的距離均相等。則(

)A.a、b兩點的電場強度相等B.a、b兩點的電勢相等C.c、d兩點的電場強度相等D.c、d兩點的電勢相等ABC解析:

采用微元法,在等量異種點電荷形成的電場中,以兩點電荷連線與中垂線交點為圓心,以小于兩點電荷之間連線的任一距離為直徑作圓,則此圓直徑兩端點處的合電場強度是相同的。在此圓環(huán)直徑端點取等量異種點電荷,在兩點電荷形成的電場中,根據(jù)前面的分析可知,a、b兩點電場強度相等,c、d兩點電場強度相等。故在圓環(huán)中所有電荷形成的電場中,a、b兩點的電場強度相等,c、d兩點的電場強度相等,A、C正確。在圓環(huán)豎直方向取等量異種電荷,a、b位于中垂線上,兩點電勢都為0,B正確。c位置靠近正電荷,電勢大于0;d位置靠近負電荷,電勢小于0,D錯誤。命題熱點二平行板電容器問題常以選擇題的形式考查平行板電容器的各物理量的變化情況及電容器內帶電物體的運動情況。例2(2021·廣西桂林期末)如圖所示,兩塊較大的金屬板A、B平行水平放置并與一電源相連,S閉合后,兩板間有一質量為m、電荷量為q的油滴恰好在P點處于靜止狀態(tài)。則下列說法正確的是(

)A.在S仍閉合的情況下,若將A板向下平移一小段位移,則油滴向下加速運動,G中有b→a的電流B.在S仍閉合的情況下,若將A板向右平移一小段位移,則油滴向上加速運動,G中有b→a的電流C.若將S斷開,且將A板向左平移一小段位移,P點電勢降低D.若將S斷開,再將A板向下平移一小段位移,P點電勢變大思維導引

答案:C

知,U增大;根據(jù)U=Ed可知,E增大,靜電力增大,油滴向上運動;但由于電荷量不變,電場強度E變大,因此PB電勢差增大,而B板接地,因此P點電勢降低,故C正確。若將S斷開,Q不變,再將A板向下平移一小段位移,根據(jù)規(guī)律方法

關于平行板電容器的動態(tài)問題分析

2.明確兩種類型:(1)電容器始終與直流電源相連→電壓U不變,改變εr、S、d中某一個量,判定C、E、Q等物理量的變化。(2)電容器充電后與電源斷開→電荷量Q不變,改變εr、S、d中某一個量,判定C、E、U等物理量的變化。拓展訓練3(多選)(2022·廣西河池八校聯(lián)考)如圖所示,電容式麥克風的振動膜是利用超薄金屬或鍍金的塑料薄膜制成的,它與基板構成電容器,并與電阻、電池構成閉合回路。麥克風正常工作時,振動膜隨聲波左右振動。下列說法正確的是(

)A.振動膜向右運動時,電容器極板間的電場強度不變B.振動膜向右運動時,a點的電勢比b點的電勢高C.振動膜向左運動時,電阻上有從a到b的電流D.振動膜向左運動時,振動膜所帶的電荷量減小BD命題熱點三帶電粒子在電場中的運動主要以計算題的形式考查帶電粒子在電場中的受力和運動情況。例3(2022·天津濱海新區(qū)高考模擬)目前我國正在運轉的空間站天和核心艙,搭載了一種全新的推進裝置——霍爾推力器。其工作原理簡化如下:由陰極逸出(初速度極小)的一部分電子進入放電室后,在靜電力與磁場力的共同作用下被束縛在一定的區(qū)域內,與推進劑工質(氙原子)發(fā)生碰撞使其電離;電離后的氙離子在磁場中的偏轉角度很小,其運動可視為在軸向靜電力作用下的直線運動,并最終被高速噴出,霍爾推力器由于反沖獲得推進動力。設某次核心艙進行姿態(tài)調整,開啟霍爾推力器,電離后的氙離子初速度為0,經電壓為U的電場加速后高速噴出,單位時間內噴出氙離子的數(shù)目為N。已知一個氙離子的質量為m,電荷量為q,忽略離子間的相互作用力和電子能量的影響。(1)求氙離子噴出加速電場的速度v及其所形成的等效電流I。(2)求霍爾推力器獲得的平均推力F的大小。(3)可以用霍爾推力器工作過程中產生的推力與電壓為U的電場對氙離子做功的功率的比值S來反映霍爾推力器的工作情況。通過計算說明,如果要增大S可以采取哪些措施。思維導引

規(guī)律方法

帶電粒子在電場中運動問題的分析思路(1)首先分析粒子的運動規(guī)律,區(qū)分是在電場中的直線運動還是偏轉運動問題。(2)對于直線運動問題,可根據(jù)對粒子的受力分析與運動分析,從以下兩種途徑進行處理:①如果是帶電粒子受恒定靜電力作用下的直線運動問題,應用牛頓第二定律找出加速度,結合運動學公式確定帶電粒子的速度、位移等。②如果是非勻強電場中的直線運動,一般利用動能定理研究全過程中能的轉化,研究帶電粒子的速度變化、運動的位移等。(3)對于曲線運動問題,一般是類平拋運動模型,通常采用運動的合成與分解方法處理。通過對帶電粒子的受力分析和運動規(guī)律分析,借助運動的合成與分解,尋找兩個分運動,再應用牛頓運動定律或運動學方程求解。(4)當帶電粒子從一個電場區(qū)域進入另一個電場區(qū)域時,要注意分析帶電粒子的運動規(guī)律的變化及兩區(qū)域電場交界處的有關聯(lián)的物理量,這些關聯(lián)量往往是解決問題的突破口。拓展訓練4(2022·廣西南寧期中)三塊相同的金屬平板A、B、D自上而下水平放置,間距分別為h和d,如圖所示。A、B兩板中心開孔,在A板的開孔上擱有一金屬容器P,與A板接觸良好,其內盛有導電液體。A板通過閉合的開關S與電動勢為U0的電池正極相連,B板與電池負極相連并接地。容器P內液體在底部小孔O處形成質量為m,電荷量為q的液滴后自由下落,穿過B板的開孔O'落到D板上,其電荷被D板吸附,液體隨即蒸發(fā)。接著容器底部又形成相同的液滴自由下落,如此繼續(xù)。設整個裝置放在真空中。(1)第一個液滴到達D板時的速度為多少?(2)D板最終可達到多高的電勢?(3)設液滴的電荷量是A板所帶電荷量的a倍(a=0.02),A板與B板構成的電容器的電容為C0=5×10-12F,U0=1000V,m=0.02g,h=d=5cm,g取10m/s2。試計算D板最終的電勢值。解析:

(1)液滴下落過程中重力和靜電力都做正功,由動能定理,得

(2)B板與電池負極相連并接地,D板處的電勢大小可以表示為DB的電勢差,由動能定理研究整個過程,得mg(h+d)+U0q-Uq=0Q=C0U0q=aQ聯(lián)立并代入數(shù)據(jù)得φ=U=2.01×105

V。新題演練?能力遷移1.(2021·云南期末)如圖所示,在一個半徑為R的均勻金屬球殼左側M點放置一個電荷量為-q的點電荷,O點為球殼的球心,已知M、O、N三點在一條直A解析:

根據(jù)點電荷電場強度公式,點電荷在N處產生的電場強度EM=k,方向由N指向O;由于靜電平衡,球殼為等勢體,球殼內部N點的電場強度為零,M處點電荷在N點產生的電場強度與球殼上感應電荷在N點產生的電場強度大小相等、方向相反,所以球殼上感應電荷在N點產生的電場強度大小E感=EM=,方向由O指向N,故A正確,B、C、D錯誤。2.避雷針上方有雷雨云時,避雷針附近的電場線分布如圖所示,圖中中央的豎直黑線AB代表了避雷針,CD為水平地面,M、N是電場線中兩個點。下列說法正確的是(

)A.M點的電勢比N點的電勢高B.M點的電場強度比N點的電場強度大C.在試探電荷從M點到N點的多條路徑中,沿直線MN走靜電力做功最少D.CD的電勢為零,但其表面附近的電場線有些位置和地面不垂直A解析:

沿電場線電勢逐漸降低,可知M點的電勢比N點的電勢高,故A正確;N點處的電場線比M點密集,可知M點的電場強度比N點的電場強度小,故B錯誤;由于M、N兩點的電勢差一定,可知無論試探電荷沿什么路徑從M點到N點,靜電力做功都是相同的,故C錯誤;CD的電勢為零,地面為等勢面,則CD表面附近的電場線與地面都是垂直的,故D錯誤。3.(多選)(2021·遼寧鞍山模擬)如圖所示,Q是真空中固定的點電荷,a、b、c是以Q所在位置為圓心、半徑分別為r和2r的球面上的三點。將電荷量為q1、q2的正試探電荷分別從a、c兩點移至無窮遠處,兩電荷的電勢能均增大且增量相同。已知取無窮遠處的電勢為零時,點電荷在周圍某點的電勢φ=k,其中R為該點到點電荷的距離。不計q1、q2的相互作用,下列判斷正確的是(

)A.Q帶負電B.b、c兩點電場強度相同C.a、b兩點的電場強度大小之比為1∶4D.q1<q2AD解析:

將正試探電荷q1、q2分別從a、c移至無窮遠電勢能增大,靜電力做負功,靜電力的方向指向Q,電場強度方向指向Q,則Q帶負電,故A正確。根據(jù)4∶1,故C錯誤。將電荷量為q1、q2的正試探電荷分別從a、c兩點移至無窮遠處,兩電荷的電勢能增量相同,說明靜電力做負功相同,通過靜電力做功與電勢差關系知q1<q2,故D正確。4.(多選)(2020·全國卷Ⅲ)如圖所示,∠M是銳角三角形PMN最大的內角,電荷量為q(q>0)的點電荷固定在P點。下列說法正確的是(

)A.沿MN邊,從M點到N點,電場強度的大小逐漸增大B.沿MN邊,從M點到N點,電勢先增大后減小C.正電荷在M點的電勢能比其在N點的電勢能大D.將正電荷從M點移動到N點,靜電力所做的總功為負BC解析:

本題以點電荷的電場為背景,意在考查靜電場的電場強度分布規(guī)律和電勢、電勢能、靜電力做功的關系。沿MN邊,從M點到N點,距P點的距離先變小后變大,P點的點電荷帶正電,電場強度E=k,越靠近P點,電場強度越大,電勢越大,所以電場強度先變大后變小,電勢先變大后變小,選項A錯誤,B正確;正電荷在電勢高的位置電勢能也大,所以正電荷在M點的電勢能大于其在N點的電勢能,選項C正確;將正電荷由電勢能大的M點移到電勢能小的N點,靜電力做正功,選項D錯誤。5.(2022·河北邢臺開學卷)電容式加速度傳感器在安全氣囊、手機移動設備等方面應用廣泛,其工作原理簡化為如圖所示的示意圖。質量塊左側連接輕質彈簧,右側連接電介質。彈簧與電容器固定在外框上,質量塊可帶動電介質移動以改變電容器的電容,則下列說法正確的是(

)A.電介質插入極板間越深,電容器的電容越小B.若傳感器運動時向右的加速度逐漸增大,則電路中有由b向a的電流C.若傳感器以恒定加速度向左運動,則電路中有由a向b的電流D.若傳感器以恒定加速度向右運動,則電路中有由a向b的電流B解析:

由公式C=可知,電介質插入極板間越深,電容器電容越大,選項A錯誤。當傳感器運動時向右的加速度逐漸增大,質量塊要向左運動,導致插入極板間電介質變淺,因此電容會減小,由于電壓不變,根據(jù)Q=CU可知,極板間的電荷量減小,電容器處于放電狀態(tài),因此電路中有由b向a的電流,選項B正確。若傳感器以恒定加速度向右運動時,彈簧長度保持不變,電容器極板間的電介質的長度不變,電容器電容不變,電路中無電流,選項C、D錯誤。6.(2022·廣東卷)密立根通過觀測油滴的運動規(guī)律證明了電荷的量子性,因此獲得了1923年的諾貝爾獎。下圖是密立根油滴實驗的原理示意圖,兩個水平放置、相距為d的足夠大金屬極板,上極板中央有一小孔。通過小孔噴入一些小油滴,由于碰撞或摩擦,部分油滴帶上了電荷。有兩個質量均為m0、位于同一豎直線上的球形小油滴A和B,在時間t內都勻速下落了距離h1。此時給兩極板加上電壓U(上極板接正極),A繼續(xù)以原速度下落,B經過一段時間后向上勻速運動。B在勻速運動時間t內上升了距離h2(h2≠h1),隨后與A合并,形成一個球形新油滴,繼續(xù)在兩極板間運動直至勻速。已知球形油滴受到的空氣阻力大小為,其中k為比例系數(shù),m為油滴質量,v為油滴運動速率。不計空氣浮力,重力加速度為g。求:(1)比例系數(shù)k;(2)油滴A、B的電性和電荷量,B上升距離h2電勢能的變化量;(3)新油滴勻速運動速度的大小和方向。(2)兩極板加上電壓U后,A繼續(xù)以原速度下落,因此A不帶電。B要向下減速,因此所受電場力豎直向上