2024年高中物理新教材同步學案 必修第三冊 第10章　章末素養(yǎng)提升（含解析）

章末素養(yǎng)提升物理觀念電場能的性質1.靜電力做功與電勢能變化之間的關系：靜電力做正功，即WAB>0，電勢能減少，靜電力做負功，即WAB<0，電勢能增加2.電勢：電荷在電場中某一點的電勢能與它的電荷量之比。公式：φ＝eq\f(Ep,q)3.電勢差：電場中兩點之間電勢的差值，也叫作電壓。靜電力做功與電勢差的關系WAB＝qUAB或UAB＝eq\f(WAB,q)4.等勢面：電場中電勢相同的各點構成的面5.勻強電場中兩點間的電勢差等于電場強度與這兩點間沿電場方向的距離的乘積，關系式UAB＝Ed電容器1.定義式：C＝eq\f(Q,U)(比值定義法)2.平行板電容器電容的決定式：C＝eq\f(εrS,4πkd)帶電粒子在電場中的加速兩金屬極板之間的電壓為U，一質量為m、帶電荷量為q的正電粒子從正極板靜止釋放，到達負極板時速度為v，則qU＝eq\f(1,2)mv2帶電粒子在電場中的偏轉帶電粒子以初速度v0垂直電場方向射入電場，極板長度為l，兩極板間電壓為U，兩極板間距為d(不計粒子重力)初速度方向：粒子做勻速直線運動，通過電場的時間t＝eq\f(l,v0)離開電場時垂直于板方向的分速度vy＝at＝eq\f(qUl,mdv0)速度方向與初速度方向夾角的正切值tanθ＝eq\f(vy,v0)＝eq\f(qUl,mdv02)離開電場時沿靜電力方向的偏移量y＝eq\f(1,2)at2＝eq\f(qUl2,2mdv02)科學思維1.科學推理、論證：本章關于電勢能、電勢、電場強度與電勢差的關系等知識的學習都是通過演繹的方式進行的。例如把恒力做功的普遍公式用于勻強電場中靜電力做功的情況，推導出靜電力做功與路徑無關的結論2.用物理量之比定義新物理量，被定義的新物理量跟定義式中的物理量不是同一研究對象，沒有相互影響的因果關系，通過電勢能與電荷量的比值定義電勢，用來描述靜電場中某一位置的性質，與試探電荷無關科學探究1.能針對電容器充、放電過程中的電壓、電流等物理量的變化提出相關的問題或猜想2.會根據(jù)實驗電路選擇合適的器材進行實驗；能在初步觀察的基礎上確定記錄數(shù)據(jù)的時間間隔；能通過同學間的合作，記錄不同時刻電壓表、電流表的讀數(shù)3.會根據(jù)實驗數(shù)據(jù)畫出I－t圖像，推斷電荷量的變化情況科學態(tài)度與責任1.通過實驗的操作，形成嚴謹細致，實事求是的科學態(tài)度2.通過電容器等知識的學習，體會科學、技術、社會之間的密切聯(lián)系，逐漸形成探索自然的內在動力例1(2023·內蒙古北師大集寧附中高二月考)下列是某同學對電場中的概念、公式的理解，其中正確的是()A．根據(jù)電場強度的定義式E＝eq\f(F,q)，電場中某點的電場強度與試探電荷的電荷量成反比B．根據(jù)電容的定義式C＝eq\f(Q,U)，電容器的電容與所帶電荷量成正比，與兩極板間的電壓成反比D．根據(jù)公式UAB＝eq\f(WAB,q)，帶電荷量為1C的正電荷，從A點移動到B點克服靜電力做功為1J，則A、B兩點的電勢差為1V答案C解析電場強度取決于電場本身，與有無試探電荷無關，電場強度的定義式，只是為了研究電場的性質方便而定義的，A錯誤；電容器的電容是描述電容器容納電荷本領的物理量，電容大小取決于電容器的本身，不能理解成電容器的電容與所帶電荷量成正比，與兩極板間的電壓成反比，B錯誤；電場中某點電場強度是由場源電荷決定的，所以由真空中點電荷電場強度公式，可知電場中某點電場強度與場源電荷的電荷量成正比，與該點到場源電荷的距離的平方成反比，C正確；由UAB＝eq\f(WAB,q)，可知帶電荷量為1C的正電荷，從A點移動到B點克服靜電力做功為1J，即靜電力做功是－1J，則有UAB＝eq\f(WAB,q)＝eq\f(－1,1)V＝－1V，則A、B兩點的電勢差為－1V，D錯誤。例2如圖所示，空間存在足夠大的水平方向的勻強電場，絕緣的曲面軌道處于勻強電場中，曲面上有一帶電金屬塊在力F的作用下沿曲面向上移動。已知金屬塊在向上移動的過程中，力F做功40J，金屬塊克服靜電力做功10J，金屬塊克服摩擦力做功20J，重力勢能改變了30J，則()A．電場方向水平向左B．電場方向水平向右C．在此過程中金屬塊電勢能減少20JD．在此過程中金屬塊機械能增加10J答案D解析因為不知道帶電金屬塊的電性，所以無法判斷電場方向，故A、B錯誤；克服靜電力做功為10J，則電勢能增加10J，故C錯誤；機械能的改變量等于除重力以外的其他力所做的總功，故ΔE＝40J－10J－20J＝10J，故D正確。例3(多選)(2021·湖南卷)如圖，圓心為O的圓處于勻強電場中，電場方向與圓平面平行，ab和cd為該圓直徑。將電荷量為q(q>0)的粒子從a點移動到b點，靜電力做功為2W(W>0)；若將該粒子從c點移動到d點，靜電力做功為W。下列說法正確的是()A．該勻強電場的電場強度方向與ab平行B．將該粒子從d點移動到b點，靜電力做功為0.5WC．a(chǎn)點電勢低于c點電勢D．若只受靜電力，從d點射入圓形電場區(qū)域的所有帶電粒子都做曲線運動答案AB解析沿cd方向建立x軸，垂直于cd方向建立y軸，如圖所示。從c到d有W＝Exq·2R，從a到b有2W＝Eyq·eq\r(3)R＋ExqR，可得Ex＝eq\f(W,2qR)，Ey＝eq\f(\r(3)W,2qR)，則E＝eq\r(Ex2＋Ey2)＝eq\f(W,qR)，tanθ＝eq\f(Ey,Ex)＝eq\r(3)，由于電場方向與水平方向成60°，則電場強度方向與ab平行，且由a指向b，A正確；將該粒子從d點移動到b點，靜電力做的功為W′＝Eqeq\f(R,2)＝0.5W，B正確；沿電場線方向電勢逐漸降低，則a點電勢高于c點電勢，C錯誤；若粒子從d點射入圓形電場區(qū)域的速度方向與ab平行，則粒子做勻變速直線運動，D錯誤。例4(2022·烏魯木齊市一中高二期中)一水平放置的平行板電容器的兩極板間距為d，極板分別與電池兩極相連，上極板中心有一個小孔(小孔對電場的影響可忽略不計)。小孔正上方eq\f(d,2)處的P點有一帶電粒子，該粒子從靜止開始下落，經(jīng)過小孔進入電容器，并在下極板處(未與極板接觸)返回。若將下極板向上移動eq\f(d,4)，則仍從P點開始下落的相同粒子將()A．打到下極板上B．在下極板處返回C．在距上極板eq\f(d,2)處返回D．在距上極板eq\f(2d,5)處返回答案C解析對下極板移動前，從靜止釋放到速度為零的過程運用動能定理得mg·eq\f(3,2)d－qU＝0，將下極板向上平移eq\f(d,4)，設運動到距離上極板x處返回；因極板分別與電池兩極相連，則電容器的電壓U不變，則電容器的電場強度為E＝eq\f(4U,3d)，根據(jù)動能定理得mg·(eq\f(d,2)＋x)－q·eq\f(4U,3d)·x＝0，聯(lián)立兩式解得x＝eq\f(d,2)，故選C。例5(2022·漢壽縣第一中學高二階段練習)如圖在真空中存在著豎直向下的勻強電場，電場強度為E。一根絕緣細線長為L，一端固定在圖中的O點，另一端固定有一個質量為m、帶電荷量為＋q、可視為點電荷的小球，O點距離地面的高度為H，將小球拉至與O點等高的位置A處從靜止釋放。(1)求小球運動到O點正下方B點時的速度大小；(2)求小球在B點時細線對小球的拉力大??；(3)若小球通過B點時，細線恰好斷開，求小球落地點與O點的水平位移x。答案(1)eq\r(\f(2mg＋qEL,m))(2)3(mg＋qE)(3)2eq\r(H－LL)解析(1)從A到B過程，由動能定理得mgL＋qEL＝eq\f(1,2)mv2－0小球到達B點時的速