（新课标）2018届高考物理二轮复习 专题整合高频突破： 专题三 电场和磁场 8 电场性质及带电粒子在电场中的运动课件.ppt

专题三　电场和磁场 考情分析 · 备考定向 第 8 讲　电场性质及带电粒子 在电场中的运动 - 6 - 知识脉络梳理 规律方法导引 - 7 - 命题热点一 命题热点二 命题热点三 电场性质的理解与应用 主要以选择题的形式考查点电荷周围的电场。 例 1 真空中电荷量均为 Q 的两异种点电荷连线和一绝缘正方体框架的两侧面 ABB 1 A 1 和 DCC 1 D 1 中心连线重合 , 连线中心和正方体中心重合 , 空间中除两异种点电荷 Q 产生的电场外 , 不计其他任何电场的影响 , 则下列说法正确的是 ( 　　 ) A. 正方体两顶点 A 、 D 电场强度相同 B. 正方体两顶点 A 、 D 电势相同 C. 两等量异种点电荷周围电场线和面 ABB 1 A 1 总是垂直 D. 负检验电荷 q 在顶点 A 处的电势能小于在顶点 D 处的电势能 D - 8 - 命题热点一 命题热点二 命题热点三 解析 由等量异种点电荷的电场线分布可知 , A 、 D 两点电场强度大小相等、方向不同 ,A 错误 ; 沿电场线方向电势降低 , A 点电势高于 D 点电势 ,B 错误 ; A 、 B 、 B 1 、 A 1 四点电势相同 , 但面 ABB 1 A 1 不是等势面 , 电场线不总与该面垂直 ,C 错误 ; A 点电势高于 D 点电势 , 将负电荷从 A 点移到 D 点 , 电场力做负功 , 电势能增大 ,D 正确。 - 9 - 命题热点一 命题热点二 命题热点三 规律方法 - 10 - 命题热点一 命题热点二 命题热点三 - 11 - 命题热点一 命题热点二 命题热点三 - 12 - 命题热点一 命题热点二 命题热点三 拓展训练 1 (2017· 安徽淮北模拟 ) 如图所示 , 大小可以忽略不计的带有同种电荷的小球 A 和 B 相互排斥 , 静止时绝缘细线与竖直方向的夹角分别为 α 和 β , 且 α < β , 两小球在同一水平线上 , 由此可知 ( 　　 ) A. B 球受到的库仑力较大 , 电荷量较大 B. B 球的质量较大 C. B 球受到的拉力较大 D. 两球接触后再分开 , 再处于静止状态时 , 悬线的偏角仍满足 α < β D - 13 - 命题热点一 命题热点二 命题热点三 平行板电容器问题 常以选择题的形式考查平行板电容器的各物理量的变化情况及电容器内带电物体的运动情况。 例 2 如图所示 , 平行板电容器与电动势为 E 的电源连接 , 上极板 A 接地 , 一带负电油滴固定于电容器中的 P 点。现将平行板电容器的下极板 B 竖直向下移动一小段距离 , 则 ( 　　 ) A. 带电油滴所受电场力不变 B. P 点的电势将升高 C. 带电油滴的电势能增大 D. 电容器的电容减小 , 极板带的电荷量增大 B - 14 - 命题热点一 命题热点二 命题热点三 - 15 - 命题热点一 命题热点二 命题热点三 规律方法 1 . 电容器电容 2 . 电容器充放电 (1) Q=CU ( 或 Δ Q=C Δ U ) (2) 充电时 , 电流流出负极板、流入正极板 ; 放电时 , 电流流入负极板、流出正极板。 3 . 关于电容器的两类问题 (1) 电压不变 → 电容器始终与直流电源相连 , 改变 ε r 、 S 、 d 中某一个量 , 判定 U 、 C 、 Q 、 E 等物理量如何变化。 (2) 电荷量不变 → 电容器充电后与电源断开 , 改变 ε r 、 d 或 S 中某一个量 , 判定 Q 、 C 、 U 、 E 等物理量如何变化。 - 16 - 命题热点一 命题热点二 命题热点三 拓展训练 2 (2016· 天津理综 ) 如图所示 , 平行板电容器带有等量异种电荷 , 与静电计相连 , 静电计金属外壳和电容器下极板都接地。在两极板间有一固定在 P 点的点电荷。以 E 表示两板间的电场强度 , E p 表示点电荷在 P 点的电势能 , θ 表示静电计指针的偏角。若保持下极板不动 , 将上极板向下移动一小段距离至图中虚线位置 , 则 ( 　　 ) A. θ 增大 , E 增大 B. θ 增大 , E p 不变 C. θ 减小 , E p 增大 D. θ 减小 , E 不变 D - 17 - 命题热点一 命题热点二 命题热点三 带电粒子在电场中的运动 主要以计算题的形式考查带电粒子在电场中的受力和运动情况。 - 18 - 命题热点一 命题热点二 命题热点三 例 3 如图所示 , 在两条平行的虚线内存在着宽度为 l 、电场强度为 E 的匀强电场 , 在与右侧虚线相距也为 l 处有一与电场平行的屏。现有一电荷量为 +q 、质量为 m 的带电粒子 ( 重力不计 ), 以垂直于电场线方向的初速度 v 0 射入电场中 , v 0 方向的延长线与屏的交点为 O 。试求 : (1) 粒子从射入到打到屏上所用的时间 ; (2) 粒子刚射出电场时的速度方向与初速度方向间夹角的正切值 tan α ; (3) 粒子打到屏上的点 P 到 O 点的距离 x 。 - 19 - 命题热点一 命题热点二 命题热点三 - 20 - 命题热点一 命题热点二 命题热点三 规律方法带电粒子在电场中运动问题的分析思路 (1) 首先分析粒子的运动规律 , 区分是在电场中的直线运动还是偏转运动问题。 (2) 对于直线运动问题 , 可根据对粒子的受力分析与运动分析 , 从以下两种途径进行处理 : ① 如果是带电粒子受恒定电场力作用下的直线运动问题 , 应用牛顿第二定律找出加速度 , 结合运动学公式确定带电粒子的速度、位移等。 ② 如果是非匀强电场中的直线运动 , 一般利用动能定理研究全过程中能的转化 , 研究带电粒子的速度变化、运动的位移等。 - 21 - 命题热点一 命题热点二 命题热点三 (3) 对于曲线运动问题 , 一般是类平抛运动模型 , 通常采用运动的合成与分解方法处理。通过对带电粒子的受力分析和运动规律分析 , 借助运动的合成与分解 , 寻找两个分运动 , 再应用牛顿运动定律或运动学方程求解。 (4) 当带电粒子从一个电场区域进入另一个电场区域时 , 要注意分析带电粒子的运动规律的变化及两区域电场交界处的有关联的物理量 , 这些关联量往往是解决问题的突破口。 - 22 - 命题热点一 命题热点二 命题热点三 拓展训练 3 (2016· 北京理综 ) 如图所示 , 电子由静止开始经加速电场加速后 , 沿平行于板面的方向射入偏转电场 , 并从另一侧射出。已知电子质量为 m , 电荷量为 e , 加速电场电压为 U 0 。偏转电场可看作匀强电场 , 极板间电压为 U , 极板长度为 l , 板间距为 d 。 - 23 - 命题热点一 命题热点二 命题热点三 (1) 忽略电子所受重力 , 求电子射入偏转电场时的初速度 v 0 和从电场射出时沿垂直板面方向的偏转距离 Δ y 。 (2) 分析物理量的数量级 , 是解决物理问题的常用方法。在解决 (1) 问时忽略了电子所受重力 , 请利用下列数据分析说明其原因。已知 U= 2 . 0 × 10 2 V, d = 4 . 0 × 10 - 2 m, m = 9 . 1 × 10 - 31 kg, e = 1 . 6 × 10 - 19 C, g 取 10 m/s 2 。 (3) 极板间既有静电场也有重力场。电势反映了静电场各点的能的性质 , 请写出电势 φ 的定义式。类比电势的定义方法 , 在重力场中建立 “ 重力势 ” φ G 的概念 , 并简要说明电势和 “ 重力势 ” 的共同特点。 - 24 - 命题热点一 命题热点二 命题热点三 - 25 - 命题热点一 命题热点二 命题热点三 - 26 - 1 2 3 4 5 6 1 . ( 多选 )(2017· 全国 Ⅰ 卷 ) 在一静止点电荷的电场中 , 任一点的电势 φ 与该点到点电荷的距离 r 的关系如图所示。电场中四个点 a 、 b 、 c 和 d 的电场强度大小分别为 E a 、 E b 、 E c 和 E d 。点 a 到点电荷的距离 r a 与点 a 的电势 φ a 已在图中用坐标 ( r a , φ a ) 标出 , 其余类推。现将一带正电的试探电荷由 a 点依次经 b 、 c 点移动到 d 点 , 在相邻两点间移动的过程中 , 电场力所做的功分别为 W a b 、 W b c 和 W c d 。下列选项正确的是 ( 　　 ) 　　　　　　　　　　 　　　　　　　 A. E a ∶ E b = 4 ∶ 1 B. E c ∶ E d = 2 ∶ 1 C. W a b ∶ W b c = 3 ∶ 1 D. W b c ∶ W c d = 1 ∶ 3 AC - 27 - 1 2 3 4 5 6 2 . 如图所示 , a 、 b 、 c 、 d 分别是一个菱形的四个顶点 , ∠ abc = 120 ° 。现将三个等量的正点电荷 +Q 分别固定在 a 、 b 、 c 三个顶点上 , 则下列判断正确的是 ( 　　 ) A. d 点电场强度的方向由 d 指向 O B. O 点处的电场强度是 d 点处的电场强度的 2 倍 C. bd 连线为一等势线 D. 引入一个电荷量为 +q 的点电荷 , 依次置于 O 点和 d 点 , 则在 d 点所具有的电势能大于在 O 点所具有的电势能 B - 28 - 1 2 3 4 5 6 3 . (2016· 全国 Ⅱ 卷 ) 如图所示 , P 是固定的点电荷 , 虚线是以 P 为圆心的两个圆。带电粒子 Q 在 P 的电场中运动 , 运动轨迹与两圆在同一平面内 , a 、 b 、 c 为轨迹上的三个点。若 Q 仅受 P 的电场力作用 , 其在 a 、 b 、 c 点的加速度大小分别为 a a 、 a b 、 a c , 速度大小分别为 v a 、 v b 、 v c 。则 ( 　　 ) A .a a > a b > a c , v a > v c > v b B .a a > a b > a c , v b > v c > v a C .a b >a c > a a , v b > v c > v a D .a b >a c > a a , v a > v c > v b D - 29 - 1 2 3 4 5 6 4 . 带有等量异种电荷的一对平行金属板 , 上极板带正电荷。如果两极板间距不是足够近或者两极板面积不是足够大 , 使得在两极板之间 , 它们的电场线也不是彼此平行的直线 , 而是如图所示的曲线 ( 电场方向未画出 ) 。虚线 MN 是穿过两极板正中央的一条直线。关于这种电场 , 以下说法正确的是 ( 　　 )   A. 平行金属板间的电场 , 可以看作匀强电场 B. b 点的电势高于 d 点的电势 C. b 点的电势低于 c 点的电势 D. 若将一正电荷从电场中的任一点由静止释放 , 它必将沿着电场线运动到负极板 C - 30 - 1 2 3 4 5 6 A - 31 - 1 2 3 4 5 6 6 . 如图所示 , 一质量为 m 、电荷量为 q ( q> 0) 的粒子在匀强电场中运动 , A 、 B 为其运动轨迹上的两点。已知该粒子在 A 点的速度大小为 v 0 , 方向与电场方向的夹角为 60 ° ; 它运动到 B 点时速度方向与电场方向的夹角为 30 ° 。不计重力。求 A 、 B 两点间的电势差。 - 32 - 1 2 3 4 5 6 - 33 - 带电粒子在交变电场中的运动问题 【典例示范】 如图甲所示 , 在真空中有一边长为 a 的正方形区域内存在匀强磁场 , 磁场方向垂直纸面向外。在磁场右侧有一对平行金属板 M 和 N , 两板间距及板长均为 b , 板间的中心线 O 1 O 2 与正方形的中心 O 在同一直线上。有一电荷量为 q 、质量为 m 的带正电的粒子以速度 v 0 从正方形的底边中点 P 沿 PO 方向进入磁场 , 从正方形 右侧 O 1 点水平飞出磁场时 , 立即给 M 、 N 两板加上如图乙所示的交流电压 , 最后粒子刚好以平行于 M 板的速度从 M 板的边缘飞出。 ( 不计粒子所受到的重力 , 两板正对面之间为匀强电场 , 边缘电场不计 ) - 34 - (1) 求磁场的磁感应强度 B 。 (2) 求交流电压的周期 T 和电压 U 0 的表达式 ( 用题目中的已知量表示 ) 。 (3) 若在 M 、 N 两板加上如图乙所示的交流电压 , 经过 后 , 该粒子刚好从 O 1 点水平飞入 M 、 N 两板间 , 最终从 O 2 点水平射出 , 且粒子在板间运动时间正好等于 T , 若 U 0 已知 , 求粒子在两板间运动过程中离 M 板的最小距离。 - 35 - 思维流程 - 36 - - 37 - 以题说法 变化的电场具有周期性 , 粒子的运动也具有周期性。这种情况下要仔细分析带电粒子的运动过程、受力情况 , 弄清楚带电粒子在变化的电场中处于什么状态 , 做什么运动 , 画出一个周期内的运动径迹的草图 , 是解决这类问题的主要方法。 - 38 - 针对训练 ( 多选 ) 如图甲所示 , 两平行金属板 MN 、 PQ 的板长和板间距离相等 , 板间存在如图乙所示的随时间周期性变化的电场 , 电场方向与两板垂直 , 不计重力的带电粒子沿板间中线垂直电场方向源源不断地射入电场 , 粒子射入电场时的初动能均为 E k0 。已知 t= 0 时刻射入电场的粒子刚好沿上板右边缘垂直电场方向射出电场。则 ( 　　 )     A. 所有粒子都不会打到两极板上 B. 所有粒子最终都垂直电场方向射出电场 C. 运动过程中所有粒子的最大动能不可能超过 2 E k0 D. 只有 t=n ( n= 0,1,2, … ) 时刻射入电场的粒子才能垂直电场方向射出电场 ABC - 39 -