專題八 電場,【高考幫物理】：專題八 電場,考情精解讀,A.考點幫知識全通關(guān),目錄 CONTENTS,考綱要求,命題規(guī)律,命題分析預(yù)測,考點1 電場及力的性質(zhì),考點2 電場及能的性質(zhì),考點3 電容器及帶電粒子在電場中的運動,方法1 庫侖定律與力學(xué)規(guī)律的綜合應(yīng)用方法,方法2 求解電場強度的特殊思維方法,方法3 電場中功能問題的求解方法,方法4 電場中圖象的應(yīng)用方法,方法6 帶電粒子在電場中運動的求解方法,B.方法幫題型全突破,C.考法幫考向全掃描,考向1 電場力的性質(zhì),考向2 電場能的性質(zhì),考向3 電容器及帶電粒子在電場中的運動,物理 專題八：電場,方法5 電容器動態(tài)變化問題的分析方法,考情精解讀,考綱要求 命題規(guī)律 命題分析預(yù)測,物理 專題八：電場,1.物質(zhì)的電結(jié)構(gòu)、電荷守恒 2.靜電現(xiàn)象的解釋 3.點電荷 4.庫侖定律 5.靜電場 6.電場強度、點電荷的場強 7.電場線 8.電勢能、電勢 9.電勢差 10.勻強電場中電勢差與電場強度的關(guān)系 11.帶電粒子在勻強電場中的運動 12.示波管 13.常見電容器 14.電容器的電壓、電荷量和電容的關(guān)系,考綱要求,命題規(guī)律,1.本專題是高考的重點和熱點內(nèi)容,主要考查電場的描述、電場力的性質(zhì)和能的性質(zhì)、平行板電容器及動態(tài)分析、帶電粒子在電場及復(fù)合場中的運動等內(nèi)容; 2.試題涉及知識內(nèi)容多,考查角度靈活多變,往往與科學(xué)技術(shù)相聯(lián)系,問題綜合抽象,對物理建模能力及數(shù)學(xué)應(yīng)用能力等要求較高,命題分析預(yù)測,A.考點幫知識全通關(guān),考點1 電場及力的性質(zhì) 考點2 電場及能的性質(zhì) 考點3 電容器及帶電粒子在電場中的運動,物理 專題八：電場,1.物質(zhì)的電結(jié)構(gòu)、電荷守恒 (1)物體帶電的實質(zhì) 物體是由物質(zhì)組成的,物質(zhì)是由原子構(gòu)成的,而原子又是由原子核和核外電子構(gòu)成的.我們知道,電子帶負電,原子核帶正電,原子核對核外電子有吸引作用. 由原子組成的物體,若帶有等量的正、負電荷,則對外表現(xiàn)為不帶電的狀態(tài),我們稱該物體呈電中性. 呈電中性的物體失去電子則帶正電,得到電子則帶負電. 物體帶電的實質(zhì)就是電子的得失.,考點1電場及力的性質(zhì),(2)三種起電方式的比較,物理 專題八：電場,物理 專題八：電場,對于兩個均勻帶電絕緣球體,可以將其視為電荷集中于球心的點電荷,r為兩球心之間的距離. 對于兩個帶電金屬球,要考慮金屬球表面電荷的重新分布. 庫侖力在r=10-1510-9 m的范圍內(nèi)均有效,但不能根據(jù)公式錯誤地推論:當(dāng)r0時,F.其實,在這樣的條件下,兩個帶電體已經(jīng)不能再看作點電荷了. (4)庫侖定律與萬有引力定律的比較,物理 專題八：電場,3.電場強度 (1)電場強度的性質(zhì),物理 專題八：電場,(2)電場強度的三個計算公式,4.電場線 (1)定義:在電場中畫出一系列從正電荷或無窮遠出發(fā)到無窮遠或負電荷終止的曲線,使曲線上每一點的切線方向都跟該點的場強方向一致,這些曲線叫電場線. (2)勻強電場:如果電場中各點場強的大小相等,方向相同,這樣的電場叫勻強電場.勻強電場的電場線是間距相等的平行線. (3)電場線的特點 電場線始于正電荷(或無窮遠),終于無窮遠(或負電荷); 電場線不閉合,也互不相交; 電場線與等勢面處處垂直,且由電勢高的等勢面指向電勢低的等勢面. (4)等量異種點電荷與等量同種點電荷的電場分布列表比較如下:,物理 專題八：電場,物理 專題八：電場,物理 專題八：電場,續(xù)表,1.重力做功與靜電力做功的比較,考點2電場及能的性質(zhì),2.電場強度與電勢的區(qū)別和聯(lián)系,物理 專題八：電場,續(xù)表,物理 專題八：電場,3.電勢與電勢差的區(qū)別和聯(lián)系,物理 專題八：電場,4.重力場與靜電場的比較,物理 專題八：電場,5.電場線與等勢面的區(qū)別與聯(lián)系,物理 專題八：電場,6.幾種典型電場中的等勢面,物理 專題八：電場,考點3電容器及帶電粒子在電場中的運動,1.電容的兩個公式的比較,物理 專題八：電場,物理 專題八：電場,物理 專題八：電場,物理 專題八：電場,B.方法幫題型全突破,方法1 庫侖定律與力學(xué)規(guī)律的綜合應(yīng)用方法 方法2 求解電場強度的特殊思維方法 方法3 電場中功能問題的求解方法 方法4 電場中圖象的應(yīng)用方法 方法5 電容器動態(tài)變化問題的分析方法 方法6 帶電粒子在電場中運動的求解方法,物理 專題八：電場,方法1 庫侖定律與力學(xué)規(guī)律的綜合應(yīng)用方法,方法解讀： 庫侖定律給出了兩個點電荷間作用力的大小和方向,庫侖力是不同于重力、彈力和摩擦力的另一種性質(zhì)的力,同樣遵循力的合成與分解的平行四邊形定則,產(chǎn)生的效果同樣服從牛頓力學(xué)中的所有規(guī)律.因此,對于庫侖定律與力學(xué)綜合問題的分析,只要把庫侖力當(dāng)作一個服從庫侖定律的普通力來對待就可以了,其分析的思路與方法完全是力學(xué)的思路與方法.這就是“電學(xué)問題,力學(xué)方法”. 1.庫侖力作用下的平衡問題 (1)解題思路,方法1 庫侖定律與力學(xué)規(guī)律的綜合應(yīng)用方法,方法1 庫侖定律與力學(xué)規(guī)律的綜合應(yīng)用方法,2.庫侖力作用下的非平衡問題 分析庫侖力作用下的帶電體的非平衡問題,其方法與力學(xué)中的相同,首先分析帶電體受到的所有力,再依據(jù)牛頓第二定律F=ma進行求解;對相互作用的系統(tǒng),要注意靈活使用整體法與隔離法,并首先選用守恒的觀點從能量的角度分析問題.,物理 專題八：電場,數(shù)學(xué) 第四章：三角函數(shù),物理 專題八：電場,數(shù)學(xué) 第四章：三角函數(shù),物理 專題八：電場,數(shù)學(xué) 第四章：三角函數(shù),物理 專題八：電場,特別提醒 由于兩點電荷間距離改變,庫侖力是變力,但所求解的是瞬時值或狀態(tài)量.特別值得注意的是兩點電荷盡管在庫侖力的作用下做加速運動,但系統(tǒng)不受外力作用,所以系統(tǒng)動量守恒.因此這里應(yīng)用動量守恒定律求解極為方便.要注重這種學(xué)科內(nèi)綜合應(yīng)用能力的培養(yǎng).,數(shù)學(xué) 第四章：三角函數(shù),物理 專題八：電場,考法示例3如圖所示,傾角為30的直角三角形底邊長為2l,底邊處在水平位置,斜邊為光滑絕緣導(dǎo)軌.現(xiàn)在底邊中點O處固定一正電荷Q,讓一質(zhì)量為m、電荷量為q的帶負電的質(zhì)點從斜面頂端A沿斜邊滑下,滑到斜邊的垂足D時速度為v. (1)在質(zhì)點運動過程中不發(fā)生變化的是 動能;電勢能與重力勢能之和;動能和重力勢能之和;動能、電勢能、重力勢能三者之和. A. B. C. D.,數(shù)學(xué) 第四章：三角函數(shù),物理 專題八：電場,(2)質(zhì)點的運動是 A.勻加速運動 B.勻減速運動 C.先勻加速后勻減速運動 D.加速度隨時間變化的運動 (3)該質(zhì)點滑到非常接近斜邊底端C時,速率vC為多少?沿斜邊方向的加速度aC為多少? 解析此題巧妙地將牛頓第二定律、能量的轉(zhuǎn)化和守恒定律與電場力做功的特點結(jié)合起來,綜合運用力學(xué)規(guī)律是解題的突破口. (1)只有重力做功,機械能守恒;只有電場力做功,動能和電勢能總和不變.題中質(zhì)點在運動過程中,只有重力和電場力做功,故動能、電勢能、重力勢能三者之和不變,選C. (2)由于質(zhì)點運動過程中電場力先做正功后做負功,重力一直做正功,故質(zhì)點應(yīng)做加速度變化的運動,選D.,數(shù)學(xué) 第四章：三角函數(shù),物理 專題八：電場,數(shù)學(xué) 第四章：三角函數(shù),物理 專題八：電場,特別提醒 因為電場力做功和重力做功只與始末位置有關(guān),與中間過程無關(guān),因此本題用動能定理來解非常簡單.特別是分析出C=D,所以電場力從D到C不做功.另外求解aC時要注意瞬時性和矢量性.,數(shù)學(xué) 第四章：三角函數(shù),物理 專題八：電場,方法2 求解電場強度的特殊思維方法,方法1 勻變速直線運動規(guī)律的應(yīng)用方法,方法2 求解電場強度的特殊思維方法,方法1 勻變速直線運動規(guī)律的應(yīng)用方法,方法2 求解電場強度的特殊思維方法,方法1 勻變速直線運動規(guī)律的應(yīng)用方法,5.極值法:物理學(xué)中的極值問題可分為物理型和數(shù)學(xué)型兩類.物理型主要依據(jù)物理概念、定理、定律求解.數(shù)學(xué)型則是根據(jù)物理規(guī)律列出方程后,依據(jù)數(shù)學(xué)中求極值的知識求解. 除此之外還有量綱檢驗法和特殊值檢驗法等.,方法2 求解電場強度的特殊思維方法,數(shù)學(xué) 第四章：三角函數(shù),物理 專題八：電場,數(shù)學(xué) 第四章：三角函數(shù),物理 專題八：電場,題型 4利用對稱思維方法求電場強度 考法示例5 ab是長為l的均勻帶電細桿,P1、P2是位于ab所在直線上的兩點,位置如圖所示.ab上電荷產(chǎn)生的靜電場在P1處的場強大小為E1,在P2處的場強大小為E2.則以下說法中正確的是 A.兩處的電場方向相同,E1E2 B.兩處的電場方向相反,E1E2 C.兩處的電場方向相同,E1<E2 D.兩處的電場方向相反,E1<E2,物理 專題八：電場,解析由于細桿均勻帶電,則如圖所示,根據(jù)對稱性可知,q1、q2在P1處的合場強為0,但q3、q4在P1處的場強大小為E1,在P2處的場強大小為E1,且E1=E1,q1、q2在P2處的場強大小為E2,所以P2處的場強大小為E2=E1+E2=E1+E2E1;又因為q1、q2、q3、q4電性相同,所以P1、P2兩處場強方向相反.故選項D正確. 答案D,物理 專題八：電場,物理 專題八：電場,題型 5應(yīng)用微元法求電場強度 考法示例6如圖所示,均勻帶電圓環(huán)所帶電荷量為Q,半徑為R,圓心為O,P為垂直于圓環(huán)平面的對稱軸上的一點,OP=L,試求P點的場強.,數(shù)學(xué) 第四章：三角函數(shù),物理 專題八：電場,數(shù)學(xué) 第四章：三角函數(shù),物理 專題八：電場,物理 專題八：電場,數(shù)學(xué) 第四章：三角函數(shù),物理 專題八：電場,方法3 電場中功能問題的求解方法,方法解讀： 分析求解有關(guān)電場的能的性質(zhì)問題時,首先要理解電勢、電勢能、電勢差、等勢面等相關(guān)的物理概念;其次要掌握電場力做功的特點與電勢能變化的關(guān)系,勻強電場中電勢差與電場強度的關(guān)系;特別是運用能量觀點分析處理相關(guān)問題.關(guān)鍵是把握如下要點: 1.電勢高低的判斷方法,方法3 電場中功能問題的求解方法,2.電勢能大小的判斷方法,方法3 電場中功能問題的求解方法,注意:電勢、電勢能的正、負表示高低,正的電勢、電勢能比負的電勢、電勢能高,而電勢差的正、負表示兩點電勢的相對高低. 3.電場力做功的計算方法 (1)定義法:W=Fs=qEd(適用于勻強電場,d為沿場強方向的距離). (2)電勢差法:WAB=qUAB(與路徑無關(guān),普遍適用). (3)電勢能變化法:WAB=-Ep=EpA-EpB(普遍適用). (4)動能定理法:W電場力+W其他力=Ek(動能定理方程). 注意:帶電粒子在電場中做曲線運動時,粒子的速度方向一定沿軌跡的切線方向,粒子所受合力的方向一定指向軌跡的凹側(cè);如果合力方向與速度方向夾角小于90,則電場力做正功;若其夾角大于90,則電場力做負功.,方法3 電場中功能問題的求解方法,4.功能關(guān)系的分析與應(yīng)用方法 (1) 若只有電場力做功，電勢能與動能之和保持不變； (2)若只有電場力和重力做功,電勢能、重力勢能、動能之和保持不變; (3)除重力之外,其他各力對物體所做的功等于物體機械能的變化; (4)合力對物體所做的功,等于物體動能的變化. 注意:解決電場力做功問題時應(yīng)注意以下兩點: (1)利用電場線的特點、等勢面的特點來分析電場力做功情況. (2)應(yīng)用公式WAB=qUAB計算時,WAB、q、UAB一般都要帶正、負號計算.,題型 7電場中幾個重要物理量的理解與判斷 考法示例82014全國卷,21,6分多選如圖,在正點電荷Q的電場中有M、N、P、F四點,M、N、P為直角三角形的三個頂點,F為MN的點,M=30.M、N、P、F四點處的電勢分別用M、N、P、F表示.已知M=N,P=F,點電荷Q在M、N、P三點所在平面內(nèi),則 A.點電荷Q一定在MP的連線上 B.連接PF的線段一定在同一等勢面上 C.將正試探電荷從P點搬運到N點,電場力做負功 D.P大于M,物理 專題八：電場,解析根據(jù)正點電荷的電場的特點可知,正點電荷的電場的等勢面是以正點電荷為中心的同心球面,故分別作MN連線的中垂線和PF連線的中垂線,如圖所示,根據(jù)圖中幾何關(guān)系可知,兩條線交MP于A點,即正點電荷在A點,選項A正確,B錯誤;將正試探電荷從P點搬運到N點,電場力做正功,選項C錯誤;沿著電場線的方向電勢逐漸降低,故PM,選項D正確. 答案 AD,數(shù)學(xué) 第四章：三角函數(shù),物理 專題八：電場,方法提煉 本題考查了電場線、等勢面的特點及電場力做功問題.求解的關(guān)鍵是明確點電荷的電場的電場線和等勢面的分布規(guī)律,點電荷的等勢面是一系列的同心圓,沿著電場線電勢逐漸降低;再者要熟悉幾何知識,對于圓,圓弧上任意兩點的連線的中垂線一定通過圓心;找出場源電荷位置后,根據(jù)電勢的變化情況判斷電場力做功情況.,數(shù)學(xué) 第四章：三角函數(shù),物理 專題八：電場,物理 專題八：電場,數(shù)學(xué) 第四章：三角函數(shù),物理 專題八：電場,數(shù)學(xué) 第四章：三角函數(shù),物理 專題八：電場,題型 8電場中功能關(guān)系問題的分析與求解 考法示例10勻強電場中的三點A、B、C是一個三角形的三個頂點,AB的長度為1 m,D為AB的中點,如圖所示,已知電場線的方向平行于ABC所在平面,A、B、C三點的電勢分別為14 V、6 V和2 V.設(shè)場強大小為E,一電荷量為110-6 C的正電荷從D點移到C點電場力所做的功為W,則 A.W=810-6 J,E8 V/m B.W=610-6 J,E6 V/m C.W=810-6 J,E8 V/m D.W=610-6 J,E6 V/m,物理 專題八：電場,物理 專題八：電場,方法4 電場中圖象的應(yīng)用方法,方法解讀： 1.根據(jù)電場線的疏密判斷電場強度的大小 電場線越密的地方場強越大,等勢面也越密集;電場線越疏的地方場強越小,等勢面也越稀疏.根據(jù)F=Eq可知,同一電荷在電場線密集處所受電場力大,產(chǎn)生的加速度也大,如圖甲中EAEB. 注意:只憑一條電場線無法確定電場強度的大小,如圖乙所示,EA可能大于、可能小于、也可能等于EB.,方法4 電場中圖象的應(yīng)用方法,2.根據(jù)電場線的切線判斷電場強度的方向 電場線上各點的切線方向表示該點的場強方向. 3.利用電場線與等勢面的關(guān)系判斷電勢的高低 沿著電場線的方向電勢逐漸降低,場強的方向是電勢降低最快的方向. 4.四種典型電場的場強與電勢分布圖象,方法4 電場中圖象的應(yīng)用方法,題型 9利用電場線和等勢面判斷問題 考法示例112016海南高考,10,3分多選如圖,一帶正電的點電荷固定于O點,兩虛線圓均以O(shè)為圓心,兩實線分別為帶電粒子M和N先后在電場中運動的軌跡,a、b、c、d、e為軌跡和虛線圓的交點.不計重力.下列說法正確的是 A.M帶負電荷,N帶正電荷 B.M在b點的動能小于它在a點的動能 C.N在d點的電勢能等于它在e點的電勢能 D.N在從c點運動到d點的過程中克服電場力做功,物理 專題八：電場,解析做曲線運動的物體一定受到指向軌跡凹側(cè)的合外力,故M帶負電荷,N帶正電荷,A項正確.對M根據(jù)Wab=Uab(-q)0,即N在從c點運動到d點的過程中電場力做正功,D項錯誤. 答案ABC 特別提醒 分析判斷問題時,要明確如下兩點:(1)帶電粒子在電場中做曲線運動時,所受到的合外力一定指向軌跡曲線的凹側(cè);(2)在同一等勢面上,電勢能處處相等,電場對帶電粒子不做功.要善于從力的角度和能量的角度分析判斷問題.,物理 專題八：電場,考法示例12真空中,兩個相距L的固定點電荷P、O所帶的電荷量的絕對值分別為QP和QO,在它們共同形成的電場中,有一條電場線如圖中實線所示,實線上的箭頭表示電場線的方向,電場線上標(biāo)出了M、N兩點,其中過N點的切線與P、O連線平行,且NPONOP,則 A.P帶負電,O帶正電,且QP<QO B.P、O連線的垂直平分面不是等勢面 C.在M點由靜止釋放一帶正電的檢驗電荷,該電荷有可能沿電場線運動到N點 D.帶負電的檢驗電荷在M點的電勢能大于在N點的電勢能,物理 專題八：電場,解析由電場線方向可知,P帶正電,O帶負電,如圖所示,兩點電荷在N點合場強方向與P、O連線平行,由平行四邊形定則和點電荷場強公式可知,QP<QO,選項A錯誤;在P、O連線的垂直平分面上(除連線中點),放置一帶正電的檢驗電荷,其受力方向不與該垂直平分面垂直,故垂直平分面不是等勢面,選項B正確;因題圖中所畫的電場線是曲線,在M點由靜止釋放的帶正電的檢驗電荷的運動軌跡不會跟這條電場線重合,選項C錯誤;帶負電的檢驗電荷在電勢高的地方電勢能小,故選項D錯誤. 答案B,物理 專題八：電場,誤區(qū)警示 本題中的電場是由兩個不等量異種點電荷形成的.在求解時,一是易受等量異種點電荷形成的電場干擾,誤以為P、O連線的中垂面是等勢面;二是誤以為初速度為零且僅受電場力作用的電荷的運動軌跡一定與電場線重合,或?qū)㈦妶鼍€與電荷的運動軌跡混為一談.,物理 專題八：電場,題型 10根據(jù)函數(shù)圖象分析求解問題 考法示例132014安徽高考,17,6分一帶電粒子在電場中僅受靜電力作用,做初速度為零的直線運動.取該直線為x軸,起始點O為坐標(biāo)原點,其電勢能Ep與位移x的關(guān)系如圖所示.下列圖象中合理的是,物理 專題八：電場,物理 專題八：電場,考法示例14多選空間某一靜電場的電勢在x軸上的分布如圖所示,x軸上兩點B、C的電場強度在x軸方向上的分量分別是EBx、ECx,下列說法中正確的有 A.EBx的大小大于ECx的大小 B.EBx的方向沿x軸正方向 C.電荷在O點受到的電場力在x軸方向上的分量最大 D.負電荷沿x軸從B移到C的過程中,電場力先做正功,后做負功,物理 專題八：電場,物理 專題八：電場,素養(yǎng)提升 根據(jù)圖象分析求解問題,關(guān)鍵是明確圖象的物理意義.特別是綜合v-t圖象、-x圖象、E-t圖象或E-x圖象分析問題時,要分清如下內(nèi)容:,物理 專題八：電場,題型 11運用“等分法”求電勢、畫電場線 考法示例15如圖所示,虛線方框內(nèi)為一勻強電場區(qū)域,電場線與紙面平行,A、B、C為電場中的三個點,三點電勢分別為A=12 V,B=6 V,C=-6 V.試在虛線框內(nèi)作出該電場的示意圖(即畫出幾條電場線),保留作圖時所用的輔助線.若將一個電子從A點移到B點,電場力做多少電子伏的功?,物理 專題八：電場,解析 在勻強電場中,由U=Ed可知,沿AC方向上等距離的點之間電勢差相等.作圖方法:(1)用虛線連接A、C,并將其三等分,可知靠近A點的等分點D點與B點等電勢,即D=B=6 V.(2)用虛線連接BD,BD即該電場中的等勢線(如圖所示).(3)沿AC方向電勢降低,故電場線方向應(yīng)垂直于BD斜向下.因為UAB=A-B=12 V-6 V=6 V,根據(jù)WAB=qUAB,所以WAB=eUAB=-6 eV. 答案見解析-6 eV 特別提醒 電場強度的方向是電勢降落最快的方向,在勻強電場中,利用任何一條直線上(等勢線除外)兩點間的電勢差與這兩點間的距離成正比,把電勢差幾等分并找出等勢線.利用電場線與等勢線垂直,從而確定出電場的方向.,物理 專題八：電場,物理 專題八：電場,物理 專題八：電場,方法5 電容器動態(tài)變化問題的分析方法,方法解讀： 1.平行板電容器動態(tài)變化問題的分析思路,方法5 電容器動態(tài)變化問題的分析方法,方法5 電容器動態(tài)變化問題的分析方法,(2)第二類動態(tài)變化,方法5 電容器動態(tài)變化問題的分析方法,3.重要二級結(jié)論的理解要點 (1)電容器兩極板間的場強大小完全取決于極板上電荷分布的密度.極板上電荷的密度越大,兩極板間電場線的分布越密集,場強越大. (2)若電荷量Q不變,當(dāng)兩極板正對面積S不變時,如果兩極板間距離變化,場強不變,如圖甲、乙所示;如果電荷量Q不變,當(dāng)兩極板正對面積變化時,電場的疏密程度發(fā)生了改變,如圖丙所示,即電容器的電荷量不變,正對面積減小時,場強增大.,題型 12電容器動態(tài)變化問題的分析 考法示例172016天津高考,4,6分如圖所示,平行板電容器帶有等量異種電荷,與靜電計相連,靜電計金屬外殼和電容器下極板都接地.在兩極板間有一固定在P點的點電荷,以E表示兩板間的電場強度,Ep表示點電荷在P點的電勢能,表示靜電計指針的偏角.若保持下極板不動,將上極板向下移動一小段距離至圖中虛線位置,則 A.增大,E增大B.增大,Ep不變 C.減小,Ep增大 D.減小,E不變,物理 專題八：電場,物理 專題八：電場,考法示例18如圖所示,平行板電容器與電動勢為E的直流電源(內(nèi)阻不計)連接,下極板接地.一帶電油滴位于電容器中的P點且恰好處于平衡狀態(tài).現(xiàn)將平行板電容器的上極板豎直向上移動一小段距離,則 A.帶電油滴將沿豎直方向向上運動 B.P點的電勢將降低 C.帶電油滴的電勢能將減少 D.電容器的電容減小,而極板上所帶的電荷量將增大,物理 專題八：電場,物理 專題八：電場,方法6 帶電粒子在電場中運動的求解方法,方法解讀： 1.掌握帶電粒子在電容器中運動問題的求解方法 (1)通過電容器的變化分析平衡問題 充電后的平行板電容器,兩板之間形成了勻強電場,帶電粒子處在電容器中可以在重力、電場力等的共同作用下平衡或加速運動. 當(dāng)影響平行板電容器的電容的因素發(fā)生變化時,會引起電場強度的變化,進而引起帶電粒子所受電場力的變化.求解這類問題時,關(guān)鍵是判斷電容器兩板間場強的變化,依據(jù)前面的分析,可知兩板間Q不變時,E不隨d變化,E與S成反比;兩板間U不變時,E與d成反比,但U可通過電路調(diào)節(jié),計算時,要注意各個變化因素的比例關(guān)系.,方法6 帶電粒子在電場中運動的求解方法,(2)通過電容器的變化分析電勢和電勢能 電容器的電容發(fā)生變化時,可能會引起電壓、場強發(fā)生變化,進而可能會引起某點電勢的變化和電荷在該點電勢能的變化. 判斷電容器某點電勢的變化時,一般是通過該點與某一極板的電勢差的變化來判斷.電勢能是電荷和電場所組成的系統(tǒng)共有的.電場中同一點放上不同的電荷,其電勢能不同.正電荷在電勢高處電勢能大,而負電荷在電勢高處電勢能小. 2.處理帶電粒子在電場中運動時應(yīng)注意的問題 (1)受力分析時需要注意的兩個方面 要掌握電場力的特點.例如,電場力的大小和方向不僅跟場強的大小和方向有關(guān),還與帶電粒子的電荷量和電性有關(guān);在勻強電場中,同一帶電粒子所受電場力是恒力;在非勻強電場中,同一帶電粒子在不同位置所受電場力的大小和方向都可能不同.,方法6 帶電粒子在電場中運動的求解方法,判斷是否考慮重力. 基本粒子:如電子、質(zhì)子、粒子、離子等,除有說明或明確的暗示以外,一般都不考慮重力(但并不忽略質(zhì)量). 帶電顆粒:如液滴、油滴、塵埃、小球等,除有說明或明確的暗示以外,一般都不能忽略重力. (2)求解時依據(jù)的兩類規(guī)律方法 牛頓運動定律和運動學(xué)規(guī)律.先分析受力情況,再分析運動狀態(tài)和運動過程(平衡、加速或減速,是直線運動還是曲線運動),對勻變速運動問題可用牛頓運動定律和運動學(xué)規(guī)律處理. 從功和能的角度分析.帶電粒子在電場力作用下的加速、減速或偏轉(zhuǎn)過程是其他形式的能和動能之間的轉(zhuǎn)化過程,解這類問題時,可以使用動能定理或能量守恒定律.要善于把電學(xué)問題轉(zhuǎn)化為力學(xué)問題,建立帶電粒子在電場中加速和偏轉(zhuǎn)的模型,能夠從帶電粒子的受力與運動的關(guān)系及功能關(guān)系兩條途徑進行分析與研究.,題型 13帶電粒子在平行板電容器中的運動 考法示例19如圖所示,平行板電容器的兩個極板與水平地面成一角度,兩極板與一直流電源相連.若一帶電粒子恰能沿圖中所示水平直線通過電容器,則在此過程中,該粒子 A.所受重力與電場力平衡B.電勢能逐漸增加 C.動能逐漸增加 D.做勻變速直線運動,物理 專題八：電場,解析：粒子在電場中做直線運動,則所受合力方向與運動方向在同一直線上,由受力分析可知,重力豎直向下,電場力垂直極板向上,合力水平向左,故選項A錯誤;因電場力做負功,故電勢能增加,選項B正確;合力做負功,故動能減小,選項C錯誤;因合力為定值且與運動方向在同一直線上,故選項D正確. 答案BD 特別提醒 本題雖然不確定電荷的電性,也不知道平行板電容器兩板電勢的高低,更不清楚場強的方向,但這些并不影響對問題的分析和判斷.從力的角度和功能關(guān)系的角度分析問題才是求解此類問題的關(guān)鍵.,物理 專題八：電場,題型 13帶電粒子在平行板電容器中的運動 考法示例20如圖所示,平行金屬板A、B水平正對放置,分別帶等量異號電荷.一帶電微粒水平射入板間,在重力和電場力共同作用下運動,軌跡如圖中虛線所示,那么 A.若微粒帶正電荷,則A板一定帶正電荷 B.微粒從M點運動到N點電勢能一定增加 C.微粒從M點運動到N點動能一定增加 D.微粒從M點運動到N點機械能一定增加,物理 專題八：電場,解析：由圖示微粒運動軌跡可知,微粒向下運動,說明微粒受到的合力豎直向下,重力與電場力的合力豎直向下.如果微粒帶正電,A板帶正電荷,微粒受到的合力向下,微粒運動軌跡向下,但如果A板帶負電荷且電場力小于重力,微粒受到的合力向下,微粒運動軌跡向下,則A板既可能帶正電荷,也可能帶負電荷,故A錯誤;如果微粒受到的電場力向下,微粒從M點運動到N點過程中電場力做正功,微粒電勢能減小,如果微粒受到的電場力向上,則電勢能增加,故B錯誤;微粒受到的合力向下,微粒從M點運動到N點過程中合力做正功,微粒的動能增加,故C正確;微粒從M點運動到N點過程動能增加,重力勢能減小,機械能不一定增加,故D錯誤. 答案C,物理 專題八：電場,特別提醒 必須明確平行板電容器兩板間為勻強電場,試題以帶電微粒在復(fù)合場中的運動為情境命題,綜合考查了受力分析、動能定理、功能關(guān)系等知識.求解本題應(yīng)從運動軌跡著手,判斷出微粒所受的合力方向豎直向下,但無法判斷電場力的方向,運動過程中合力的方向與運動方向的夾角為銳角,合力做正功,微粒的動能增加.,物理 專題八：電場,物理 專題八：電場,物理 專題八：電場,物理 專題八：電場,物理 專題八：電場,素養(yǎng)提升 1.重力和電場力的等效 帶電粒子在勻強電場中運動時,通常電場力與重力都是恒力,于是我們將電場力和重力的合力稱為等效重力.這樣處理后減少了受力的數(shù)量,是將復(fù)雜問題簡單化的一種方法. 2.區(qū)分“幾何最高點”與“力學(xué)最高點” 在“等效力場”做圓周運動的小球,經(jīng)常遇到小球在豎直平面內(nèi)做圓周運動的臨界速度問題.小球能維持圓周運動的條件是能過最高點,而這里的最高點不一定是幾何最高點,而應(yīng)是物理最高點.幾何最高點是圖形中所畫圓的最上端,是符合人眼視覺習(xí)慣的最高點.而物理最高點是物體在圓周運動過程中速度最小(稱為臨界速度)的點.物理最高點與幾何最高點有時一致,有時不一致.,物理 專題八：電場,3.常見求解問題的基本方法 (1)用能量的觀點處理帶電體在電場中的運動 對受變力作用的帶電體的運動,必須借助于能量的觀點來處理,即使都是恒力作用的問題,用能量觀點處理也常常顯得簡捷. (2)用整體法處理多物體或多過程問題 整體思想可對物理研究對象而言,亦可對粒子運動過程而言,其求解過程快捷.在運用此法處理帶電粒子在電場中的平衡或加速運動問題時,應(yīng)結(jié)合物體的平衡條件及動力學(xué)知識求解.,物理 專題八：電場,物理 專題八：電場,題型 15帶電粒子在交變電場中的運動 考法示例23多選如圖甲所示,真空中兩平行金屬板A、B水平放置,間距為d,P點在A、B間,A板接地,B板的電勢B隨時間t的變化情況如圖乙所示,已知1<2.t=0時,在P點由靜止釋放一質(zhì)量為m、電荷量為e的電子,到t=3T時刻,電子回到P點.電子運動過程中始終未與極板相碰,電子重力不計,則下列說法正確的是 A.12=34 B.12=45 C.電子從P點出發(fā)至返回P點,動能增加,電勢能減少 D.電子從P點出發(fā)至返回P點,動能和電勢能都增加,物理 專題八：電場,物理 專題八：電場,特別提醒 本題的易錯點是不能根據(jù)電子動能增加就推斷其電勢能減少.因為在t=T時刻,電場發(fā)生了突變,P點電勢突變,電子的電勢能突然增加.另外,分析帶電粒子在交變電場中的運動可以用v-t圖象輔助分析.,物理 專題八：電場,物理 專題八：電場,物理 專題八：電場,特別提醒 因電場隨時間變化,交變電場中帶電粒子所受的電場力出現(xiàn)周期性變化,導(dǎo)致運動過程出現(xiàn)多個階段,分段分析是常見的解題思路.若要分析運動的每個細節(jié),一般采用牛頓運動定律的觀點分析,借助v-t圖象能更全面直觀地把握運動過程,處理起來比較簡便.,物理 專題八：電場,C.考法幫考向全掃描,考向1 電場力的性質(zhì) 考向2 電場能的性質(zhì) 考向3 電容器及帶電粒子在電場中的運動,物理 專題八：電場,本專題內(nèi)容是高考能力考查依托的重點之一,是高考命題的必考內(nèi)容,命題有以下兩個基本特點: (1)主要考查對電場基本概念的理解、庫侖定律的應(yīng)用、帶電粒子在電場中的運動等,對思維的發(fā)散性和深刻性要求較高.選擇題一般是與電場線、電勢、電勢差、電容器、電場力做功、帶電粒子在電場中的曲線運動等結(jié)合命題;綜合計算題則常將帶電粒子在電場中的運動、受力平衡、牛頓運動定律、動能定理、帶電粒子在組合場或復(fù)合場中的運動綜合到一起作為綜合命題中的知識點來體現(xiàn). (2)聯(lián)系生活實際、科技信息是高考命題的趨勢,如靜電除塵、電容式傳感器、靜電噴涂等,考查運用知識的能力、建立物理模型的能力和解決實際問題的能力.,考情揭秘,命題透視:重點考查電場的基本概念、分布特點及力的性質(zhì).主要涉及電場強度、電場線、電場的疊加、庫侖定律等知識.特別是庫侖力作用下的平衡問題、牛頓運動定律的應(yīng)用問題等,具有一定的綜合性,對能力要求較高.本考向命題多以選擇題形式出現(xiàn),難度適中.,考向1 電場力的性質(zhì),考向1 電場力的性質(zhì),考向1 電場力的性質(zhì),考向1 電場力的性質(zhì),考向1 電場力的性質(zhì),考向1 電場力的性質(zhì),考向1 電場力的性質(zhì),命題透視:重點考查電勢、電勢能、電勢差、等勢面等基本概念、電場力做的功以及功能關(guān)系的分析與計算等.要求理解電勢、電勢能、電勢差與電場強度的關(guān)系,會判斷電勢的高低、判斷電勢能的變化,特別是會運用功能關(guān)系分析求解問題.試題涉及知識較多,對分析推理能力及知識綜合應(yīng)用能力要求較高.,考向2 電場能的性質(zhì),示例28考查描述電場的幾個重要概念的理解2016江蘇高考,3,3分一金屬容器置于絕緣板上,帶電小球用絕緣細線懸掛于容器中,容器內(nèi)的電場線分布如圖所示.容器內(nèi)表面為等勢面,A、B為容器內(nèi)表面上的兩點,下列說法正確的是 A.A點的電場強度比B點的大 B.小球表面的電勢比容器內(nèi)表面的低 C.B點的電場強度方向與該處內(nèi)表面垂直 D.將檢驗電荷從A點沿不同路徑移到B點,電場力所做的功不同,考向2 電場能的性質(zhì),命題立意本題考查電勢、等勢面、電場力做功及其相關(guān)知識,意在考查學(xué)生運用電場相關(guān)知識分析解決問題的能力. 解析由于A點處電場線比B點處電場線稀疏,因此A點電場強度比B點的小,A項錯誤;沿著電場線的方向電勢逐漸降低,因此小球表面的電勢比容器內(nèi)表面的電勢高,B項錯誤;由于處于靜電平衡的導(dǎo)體表面是等勢面,電場線垂直于等勢面,因此B點的電場強度方向與該處內(nèi)表面垂直,C項正確;將檢驗電荷從A點沿不同的路徑移到B點,由于A、B兩點的電勢差恒定,因此電場力做的功WAB=qUAB相同,D項錯誤 . 答案C,考向2 電場能的性質(zhì),示例29考查利用帶電粒子的軌跡分析問題2016全國卷,20,6分多選如圖,一帶負電荷的油滴在勻強電場中運動,其軌跡在豎直面(紙面)內(nèi),且相對于過軌跡最低點P的豎直線對稱.忽略空氣阻力.由此可知 A.Q點的電勢比P點的高 B.油滴在Q點的動能比它在P點的大 C.油滴在Q點的電勢能比它在P點的大 D.油滴在Q點的加速度大小比它在P點的小,考向2 電場能的性質(zhì),命題立意本題考查電勢、電勢能、帶電油滴在復(fù)合場中的運動、動能定理、牛頓運動定律及其相關(guān)的知識點,意在考查學(xué)生靈活運用相關(guān)知識分析、解決問題的能力. 解析根據(jù)帶負電的油滴在豎直面內(nèi)的軌跡可知,油滴所受合外力一定向上,則所受電場力一定向上,且電場力大于重力,故勻強電場的方向豎直向下,Q點的電勢比P點的高,選項A正確.油滴從P點運動到Q點,根據(jù)動能定理,合外力做正功,動能增大,所以油滴在Q點的動能比它在P點的大,選項B正確.油滴從P點運動到Q點,電場力做正功,電勢能減小,油滴在Q點的電勢能比它在P點的小,選項C錯誤.由于帶電油滴所受的電場力和重力均為恒力,所以油滴在Q點的加速度和它在P點的加速度大小相等,選項D錯誤. 答案AB,考向2 電場能的性質(zhì),示例30考查利用電場線、等勢面判斷問題2016全國卷,15,6分如圖,P是固定的點電荷,虛線是以P為圓心的兩個圓.帶電粒子Q在P的電場中運動,運動軌跡與兩圓在同一平面內(nèi),a、b、c為軌跡上的三個點.若Q僅受P的電場力作用,其在a、b、c點的加速度大小分別為aa、ab、ac,速度大小分別為va、vb、vc.則 A.aaabac,vavcvbB.aaabac,vbvcva C.abacaa,vbvcvaD.abacaa,vavcvb,考向2 電場能的性質(zhì),考向2 電場能的性質(zhì),示例31 考查應(yīng)用圖象分析求解問題2017江蘇高考,8,3分多選在x軸上有兩個點電荷q1、q2,其靜電場的電勢在x軸上分布如圖所示.下列說法正確的有 A.q1和q2帶有異種電荷 B.x1處的電場強度為零 C.負電荷從x1移到x2,電勢能減小 D.負電荷從x1移到x2,受到的電場力增大,考向2 電場能的性質(zhì),考向2 電場能的性質(zhì),命題透視:高考對電容器的考查以動態(tài)變化問題為主,也時常考查通過動態(tài)變化分析電容器內(nèi)某點的電勢及電荷在電容器的勻強電場中的運動問題;高考對帶電粒子在電場中運動問題的考查,往往涉及的知識多,題型綜合性強.主要考查分析綜合能力,試題難度較大.體現(xiàn)高考選拔性功能的命題特征.,考向3 電容器及帶電粒子在電場中的運動,示例32考查平行板電容器的動態(tài)變化問題2016全國卷,14,6分一平行板電容器兩極板之間充滿云母介質(zhì),接在恒壓直流電源上.若將云母介質(zhì)移出,則電容器 A.極板上的電荷量變大,極板間電場強度變大 B.極板上的電荷量變小,極板間電場強度變大 C.極板上的電荷量變大,極板間電場強度不變 D.極板上的電荷量變小,極板間電場強度不變,考向3 電容器及帶電粒子在電場中的運動,考向3 電容器及帶電粒子在電場中的運動,考向3 電容器及帶電粒子在電場中的運動,考向3 電容器及帶電粒子在電場中的運動,考向3 電容器及帶電粒子在電場中的運動,考向3 電容器及帶電粒子在電場中的運動,示例35考查帶電粒子在電場中運動的綜合計算問題2017全國卷,25,20分真空中存在電場強度大小為E1的勻強電場,一帶電油滴在該電場中豎直向上做勻速直線運動,速度大小為v0.在油滴處于位置A時,將電場強度的大小突然增大到某值,但保持其方向不變.持續(xù)一段時間t1后,又突然將電場反向,但保持其大小不變;再持續(xù)同樣一段時間后,油滴運動到B點.重力加速度大小為g. (1)求油滴運動到B點時的速度. (2)求增大后的電場強度的大小;為保證后來的電場強度比原來的大,試給出相應(yīng)的t1和v0應(yīng)滿足的條件.已知不存在電場時,油滴以初速度v0做豎直上拋運動的最大高度恰好等于B、A兩點間距離的兩倍.,考向3 電容器及帶電粒子在電場中的運動,命題立意本題作為2017年全國卷的壓軸試題,難度大,區(qū)分度高.運動過程多使研究問題、分析討論問題變得復(fù)雜,特別是對數(shù)學(xué)知識的應(yīng)用要求也較高.這對復(fù)習(xí)備考提出了更高的標(biāo)準(zhǔn)和要求. 解析(1)設(shè)油滴質(zhì)量和電荷量分別為m和q,油滴速度方向向上為正.油滴在電場強度大小為E1的勻強電場中做勻速直線運動,故勻強電場方向向上.油滴處于位置A(t=0)時,電場強度突然從E1增大至E2,油滴做豎直向上的勻加速運動,加速度方向向上,大小a1滿足qE2-mg=ma1 油滴在t1時刻的速度為v1=v0+a1t1 電場強度在t1時刻突然反向,油滴做勻變速運動,加速度方向向下,大小a2滿足qE2+mg=ma2 油滴在t2=2t1時刻的速度為v2=v1-a2t1 由式得v2=v0-2gt1.,考向3 電容器及帶電粒子在電場中的運動,考向3 電容器及帶電粒子在電場中的運動,考向3 電容器及帶電粒子在電場中的運動,