2024版新教材高中物理第十章靜電場中的能量綜合提升學(xué)生用書新人教版必修第三冊

第十章靜電場中的能量綜合提升知識網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建核心素養(yǎng)提升本章主要內(nèi)容是靜電場的能量問題，包括應(yīng)用電場力做功來求解電勢和電勢差問題；了解平行板電容器的原理，并在生活實際中應(yīng)用電容器制作“傳感器”，利用帶電粒子在電場中的運動知識，制作“噴墨打印機”．本章通過了解電場中能量的相關(guān)概念，形成物理觀念，培養(yǎng)科學(xué)思維，提高解決實際生活生產(chǎn)中問題的能力．情境1靜電推進裝置——科學(xué)思維例1.如圖所示是某種靜電推進裝置的原理圖，發(fā)射極與吸極接在高壓電源兩端，兩極間產(chǎn)生強電場，虛線為等勢面．在強電場作用下，一帶電液滴從發(fā)射極加速飛向吸極．a(chǎn)、b是其路徑上的兩點，不計液滴重力，下列說法正確的是()A．a(chǎn)點的電勢比b點的低B．a(chǎn)點的電場強度比b點的小C．液滴在a點的加速度比在b點的小D．液滴在a點的電勢能比在b點的大情境2電子透鏡——物理觀念例2.[2023·江西贛州南康中學(xué)高二上月考](多選)中國科學(xué)家通過冷凍電鏡捕捉到新冠病毒表面S蛋白與人體細(xì)胞表面ACE2蛋白的結(jié)合過程，首次揭開了新冠病毒入侵人體的神秘面紗．電子顯微鏡是冷凍電鏡中的關(guān)鍵部分，在電子顯微鏡中電子束相當(dāng)于光束，通過由電場或磁場構(gòu)成的電子透鏡實現(xiàn)會聚或發(fā)散作用，其中一種電子透鏡的電場分布如圖所示，其中虛線為等勢面，相鄰等勢面間電勢差相等．一電子僅在電場力作用下運動，其軌跡如圖中實線所示，a、b、c是軌跡上的三點．下列說法正確的是()A．a(chǎn)點的電勢高于b點的電勢B．a(chǎn)點的電場強度小于c點的電場強度C．電子在a點的電勢能小于在c點的電勢能D．電子經(jīng)過b點時的速度大于經(jīng)過a點時的速度情境3噴墨打印機——模型構(gòu)建例3.噴墨打印機的原理示意圖如圖所示，其中墨盒可以噴出墨汁液滴，此液滴經(jīng)過帶電室時被帶上負(fù)電，帶電多少由計算機按字體筆畫高低位置輸入信號加以控制．帶電后液滴以一定的初速度進入偏轉(zhuǎn)電場，帶電液滴經(jīng)過偏轉(zhuǎn)電場發(fā)生偏轉(zhuǎn)后打到紙上，顯示出字體．計算機無信號輸入時，墨汁液滴不帶電，徑直通過偏轉(zhuǎn)電場最后注入回流槽流回墨盒．設(shè)偏轉(zhuǎn)板長L1＝1.6cm，兩板間的距離d＝0.5cm，兩板間的電壓U＝8.0×103V，偏轉(zhuǎn)板的右端到紙的距離L2＝3.2cm.若一滴墨汁液滴的質(zhì)量m＝1.6×10－10kg，墨汁液滴以v0＝20m/s的初速度垂直電場方向進入偏轉(zhuǎn)電場，此液滴打到紙上的點距原入射方向的距離為2.0mm.忽略空氣阻力和重力作用．(1)求一滴墨汁液滴通過帶電室后所帶的電荷量q.(2)若要使紙上的字體放大，可通過調(diào)節(jié)兩極板間的電壓或調(diào)節(jié)偏轉(zhuǎn)板右端距紙的距離L2來實現(xiàn)．現(xiàn)調(diào)節(jié)L2使紙上的字體放大10%，調(diào)節(jié)后偏轉(zhuǎn)板的右端距紙的距離為多大？第十章綜合提升核心素養(yǎng)提升[例1]解析：高壓電源正極連接發(fā)射極，負(fù)極連接吸極，發(fā)射極和吸極間產(chǎn)生向右的電場，沿電場線方向電勢逐漸降低，故φa>φb，A錯誤；由等勢面的疏密程度可知，Ea>Eb，B錯誤；不計液滴重力，由F＝Eq＝ma可得，aa>ab，C錯誤；液滴向右加速，故電場力做正功，電勢能降低，即Epa>Epb，D正確．答案：D[例2]解析：由電場線與等勢面處處垂直和電子運動軌跡的彎曲方向可知，若電子從a點運動到b點，電場力做正功，則電子在a點時電勢能大于其在b點的電勢能；若電子從b點運動到a點，電場力做負(fù)功，則電子在a點時的電勢能依然大于其在b點時的電勢能，由于電子帶負(fù)電，故a點的電勢低于b點的電勢，故A錯誤；等差等勢面的疏密可表示電場強度的大小，由于a點等差等勢面比c點等差等勢面稀疏，則a點的電場強度大于c點的電場強度，故B正確；由電場線的方向可判斷出φc>φa，電子在電勢低的地方電勢能大，在電勢高的地方電勢能小，故電子在a點的電勢能大于在c點的電勢能，故C錯誤；電子只在電場力作用下運動，其動能和電勢能之和不變，又因為電子在a點時電勢能大于其在b點時的電勢能，故電子在a點時動能小于其在b點時的動能，則電子經(jīng)過a點時的速度小于經(jīng)過b點時的速度，故D正確．答案：BD[例3]解析：(1)設(shè)液滴在偏轉(zhuǎn)電場中運動的時間為t，離開電場時偏移量為y，打到紙上時偏移量為y1＝2.0mm，則有L1＝v0t，y＝12at2，a＝qU根據(jù)平拋運動的推論知，離開偏轉(zhuǎn)電場時速度的反向延長線過偏轉(zhuǎn)板中軸線的中點，根據(jù)三角形相似得12L112L1+L(2)設(shè)放大后