备战高考物理考前30天冲刺押题系列28电场的性质doc.docx
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(备战2019)高考物理考前30天冲刺押题系列2.8电场的性质
【高考地位】
1、主要考查对电场基本概念的理解、库仑定律的应用、带电粒子在电场中的运动等,对思维的发散性和深刻性要求较高、选择题一般是围绕电场线、电势、电势差、电势能、电容器、电场力做功、带电粒子在电场中的曲线运动等考点命题,计算题那么常将带电粒子在电场中的运动、受力平衡、牛顿运动定律、动能定理、带电粒子在组合场或复合场中的运动综合到一起进行命题,侧重于考查考生综合分析能力、
2、联系生产生活实际和科技信息是高考命题的趋势,如静电除尘、电容式传感器、静电喷涂等,考查运用物理知识、建立物理模型和解决实际问题的能力、
复习时应注重基本概念与规律的理解与掌握、注重用力学方法处理带电粒子的运动,建议复习时突破以下重点或难点:
1、透彻理解基本概念,准确地掌握电场强度、电场线、电势、电势能、电势差、电场力做功的区别与联系,并能熟练地应用概念分析和描述带电粒子的运动、
2、掌握处理问题的方法,处理带电体的平衡和加速问题时可与力学中的平衡和加速问题类比、处理带电粒子在匀强电场中的偏转问题时可与平抛运动处理方法类比、通过对比和类比,找到知识与方法的相似之处和不同之处,有利于考生对电场知识的系统掌握和解决问题能力的提高、
3、关注带电粒子在周期性变化的电场中的运动,根据带电粒子受力的变化分析带电粒子的运动规律,利用牛顿运动定律结合运动学知识进行求解、
【解题策略】
一库仑定律与平衡问题
1、电荷的分配规律
(1)两个相同的导体球,一个带电,一个不带电,接触后电荷量平分、
(2)两个相同导体球带同种电荷,先接触再分离,那么电荷量平分、
(3)两个相同导体球带异种电荷,先接触再分离,那么其电荷量先中和再平分、
2、对库仑定律的深入理解
(1)F=k
,r指两点电荷间的距离、对可视为点电荷的两个均匀带电球,r为两球心间距、
(2)当两个电荷间的距离r→0时,电荷不能视为点电荷,它们之间的静电力不能认为趋于无限大、
3、与静电力结合的平衡问题
(1)带电物体的平衡是指物体受静电力和其他力作用下处于静止状态或匀速直线运动状态、与前面力学平衡问题相比,遵循同样的力学规律,具有同样的解题思路和方法、
(2)处理平衡问题的常用方法
①合成法:
假设带电体受到三个力作用处于平衡状态,可以根据平行四边形定那么求出任意两个力的合力,该合力与第三个力大小相等,方向相反、
②正交分解法:
建立平面直角坐标系xOy,把不在x、y方向上的力沿x、y方向分解,分别列出x、y方向的平衡方程Fx=0,Fy=0,然后联立求解、
(3)三电荷平衡问题
①在两个固定点电荷周围放置第三个自由的点电荷,当第三个自由的点电荷处于平衡状态时,第三个点电荷必位于同种电荷之间或异种电荷外侧,三个电荷共线,且第三个电荷距离大电荷量的电荷较远,同时第三个电荷的电荷量、电荷种类不受限制、
②当三个自由的点电荷在一条直线上都处于平衡状态时,外侧的两个电荷为同种电荷,中间的电荷为另一种电荷,且中间的电荷的电荷量最小,外侧的电荷中与中间的电荷距离较远者的电荷量较大、可以概括为简易的口诀:
“三点共线,两同夹异,两大夹小,近小远大”、
例1、三个相同的金属小球1、2、3分别置于绝缘支架上,各球之间的距离远大于小球的直径、球1的带电荷量为q,球2的带电荷量为nq,球3不带电且离球1和球2很远,此时球1、2之间作用力的大小为F.现使球3先与球2接触,再与球1接触,然后将球3移至远处,此时1、2之间作用力的大小仍为F,方向不变、由此可知()
A、n=3B、n=4C、n=5D、n=6
【点评】对于库仑力的计算和比较问题,首先看带电体能否视为点电荷,假设可视为点电荷,再准确找出点电荷的电荷量和间距;对于两个点电荷接触后再分开的问题,要特别注意两个点电荷后来的距离与原先的距离相比是否发生了变化、对于和弹簧相联系的静电平衡问题,要注意弹簧的形变量加上原长才是弹簧的实际长度,而这个长度往往是带电体的间距,如下面变式题、
二对电场强度、电场线的理解
1、电场强度两个计算公式的比较
公式
物理含义
引入过程
适用范围
E=
场强大小的定义式
F∝q,E与F、q无关,反映某点电场的性质
适用于一切电场
E=k
真空中点电荷场强的决定式
由E=
和库仑定律导出
在真空中,场源电
荷是点电荷
2.对电场强度的理解
电场强度是描述电场的力的性质的物理量,由电场本身的性质决定,与放入电场中的试探电荷无关、电场强度的定义式只是测量电场中某点的电场强度的一种方法,不是电场强度的决定式,不能认为“电场强度与试探电荷所受的静电力成正比,与电荷所带的电荷量成反比”、
3、电场线与带电粒子的运动轨迹的关系
(1)电场线是形象描述电场的强弱和方向的曲线,由电场的性质决定,与放入电场中的带电粒子无关,一旦电场确定,电场线的疏密和各点的方向就确定了、
(2)带电粒子的运动轨迹由带电粒子的初速度和所受的静电力决定,静电力只能决定带电粒子的加速度的大小和方向,带电粒子的加速度方向沿着电场线的切线方向、只有在电场线是直线且带电粒子的初速度为零或初速度方向平行于电场线的情况下,带电粒子的运动轨迹才与电场线重合,否那么,不重合、
例2、一带负电荷的质点在电场力作用下沿曲线abc从a运动到c,质点的速率是递减的、关于b点电场强度E的方向,图27-3中可能正确的选项是(虚线是曲线在b点的切线)()
【点评】带电粒子轨迹的分析问题切忌把运动轨迹和电场线相混淆,此题中曲线为带负电的粒子的运动轨迹,轨迹切线方向为粒子瞬时速度方向,根据粒子速度递减可知电场力与粒子速度夹角为钝角且指向轨迹内侧、如果将带点粒子轨迹误认为是电场线,会错选选项A,这是此题的易错点、
三电场强度的叠加
1、两等量同种电荷周围电场的叠加
(1)电荷之间连线上及其延长线上的电场
等量同种点电荷连线上中点的场强为零,从连线上中点到点电荷处场强逐渐增大、假设为等量正电荷,连线上场强方向从正电荷指向连线上中点;假设为等量负电荷,连线上场强方向从连线上中点指向负电荷、在两电荷连线的延长线上,沿着延长线远离电荷场强逐渐减小,假设是等量正电荷,场强方向沿着延长线背离正电荷;假设是等量负电荷,场强方向沿着延长线指向负电荷、
(2)电荷之间连线中垂线上的电场(如图27-6所示)
两等量点电荷连线中垂线上,场强方向总是沿着中垂线,远离连线中点(等量正电荷)或指向连线中点(等量负电荷)、在中垂线上从连线中点到无限远,场强先变大后变小、
2、两等量异种电荷周围电场的叠加
(1)电荷之间连线上及其延长线上的电场
等量异种点电荷连线上的各点场强方向从正电荷指向负电荷,沿连线从正电荷到负电荷场强先变小后变大,连线中点场强最小、在两电荷连线的延长线上,负电荷一侧场强的方向沿着延长线指向负电荷,正电荷一侧场强的方向沿着延长线背离正电荷、
(2)电荷之间连线中垂线上的电场(如图27-7所示)
等量异种点电荷连线的中垂线上,场强方向均相同且总与中垂线垂直、在等量异种点电荷中垂线上,与两点电荷连线的中点等距离的各点场强大小相等,连线中点场强最大、
3、均匀带电球体(球壳)外电场的叠加
计算均匀带电球体(球壳)外某点的电场强度,可以认为电荷全部集中在球心,利用公式E=k
(r为球外该点到球心的距离,Q为带电球体的电荷量)进行计算、
例3、图27-8所示,电荷量为+q和-q的点电荷分别位于正方体的顶点,正方体范围内电场强度为零的点有()
图27-8
A.体中心、各面中心和各边中点
B、体中心和各边中点
C、各面中心和各边中点
D、体中心和各面中心
【答案】D
【解析】电场强度是矢量,点电荷在距离为r处产生的电场强度大小为E=k
,方向为正电荷在该点受力的方向,电场场强的合成符合平行四边形定那么、
【点评】两个点电荷产生的电场的叠加时,可以分别求出点电荷在该点产生的电场强度,利用平行四边形定那么求出合场强;对于带点板、带电环的场强计算,要特别注意等效法和对称性的应用。
四电场力与动力学问题
电场力虽然从本质上区别于力学中的重力、弹力、摩擦力,但产生的效果遵循牛顿力学中的所有规律,因此有关电场力作用下带电体的运动问题应根据力学解题思路去分析、
1、解决与电场力有关的动力学问题的一般思路
(1)选择研究对象(多为一个带电体,也可以是几个带电体组成的系统)、
(2)对研究对象进行受力分析,包括电场力、重力(电子、质子、正负离子等基本粒子在没有明确指出或暗示时一般不计重力,带电油滴、带电小球、带电尘埃等带电体一般计重力)、
(3)分析研究对象所处的状态是平衡状态(静止或匀速直线运动)还是非平衡状态(变速运动等)、
(4)由平衡条件或牛顿第二定律结合运动学规律求解,带电粒子在电场中的加速问题可以从受力的角度来分析,根据牛顿第二定律和运动学公式求解,也可以从能量的角度用动能定理求解,带电粒子在交变电场中的运动往往用v-t图象求解、
2、静电力对电荷的加速度的影响
电荷受到的静电力使电荷产生加速度,当电荷只受静电力的作用时,电荷的加速度完全由静电力决定,假设静电力不变,那么加速度不变,假设静电力变化,那么加速度变化,加速度的方向始终与静电力的方向相同、当电荷除了受到静电力作用外还受到其他力的作用时,电荷的加速度是静电力产生的加速度与其他力产生的加速度的矢量和、
例4、反射式速调管是常用的微波器件之一,它利用电子团在电场中的振荡来产生微波,其振荡原理与下述过程类似、如图27-10所示,在虚线MN两侧分别存在着方向相反的两个匀强电场,一带电微粒从A点由静止开始,在电场力作用下沿直线在A、B两点间往返运动、电场强度的大小分别是E1=2.0×103N/C和E2=4.0×103N/C,方向如下图,带电微粒质量m=1.0×10-20kg,带电荷量q=-1.0×10-9C,A点距虚线MN的距离d1=1.0cm.不计带电微粒的重力,忽略相对论效应、求:
(1)B点到虚线MN的距离d2;
(2)带电微粒从A点运动到B点所经历的时间t.
d2=
a2t
又t=t1+t2
联立解得t=1.5×10-8s
【方法点拨】对于带电体在电场或复合场中的动力学问题,一定要准确选取研究对象,如下面的变式题既要整体分析又要隔离分析;同时要对运动规律进行分析和判断,及时迁移前面纯力学问题中处理问题的方法和技巧,必要时联系能量观点,一般应用动能定理即可、
五对描述电场的能的性质的概念的理解
1、电势与电势能的比较
(1)电势是反映电场的能的性质的物理量,电势能是电荷在电场中某点所具有的势能、
(2)电场中某一点的电势φ的高低,跟电场本身和零电势点的选取有关,跟试探电荷无关,电势能Ep的大小是由试探电荷的电荷量q与其所处位置的电势φ共同决定的、
(4)电势的单位是伏特(V),电势能的单位是焦耳(J)、
(5)电势的正负表示电势的高低,电势能的正负表示电势能的大小、
(6)电势能与电势之间的关系是Ep=qφ,应用该式时必须代入各物理量的正负号、
2、电势与电势差的比较
(1)电场中某点的电势与零电势点的选取有关(一般取无穷远处或地球的电势为零电势),电势由电场本身及零电势点的位置决定;电场中两点间的电势差与零电势点的选取无关,电势差由电场和这两点的位置决定、
(2)电场中某点的电势在数值上等于该点与零电势点之间的电势差,电势和电势差的单位相同,都是伏特(V)、电势和电势差都是标量,且都有正负、
(3)电场中两点间的电势差等于这两点的电势之差,UAB=φA-φB.
例5、如图28-1所示,AB是真空中点电荷形成的一条电场线,一个带正电的粒子在只受电场力的作用时,以速度vA经过A点沿直线向B点运动,一段时间后,该粒子以相反的速度vB经过B点,那么以下判断正确的选项是()
图28-1
A、A点的电势一定低于B点的电势
B、A点的场强一定大于B点的场强
C、该带电粒子在A点的电势能一定小于它在B点的电势能
D、该带电粒子在A点的动能与电势能之和小于它在B点的动能与电势能之和
【点评】解答此题的关键是搞清楚描述电场的能的性质的物理量的本质含义及其联系,强化记忆一些必要的结论,如“顺着电场线电势降低”、“电场力做正功,电势能减少”等;另外要注意迁移力学中的能量规律,如只有电场力做功,那么带电粒子的动能和电势能之和保持不变、同时,要注意电场强度和电势没有必然联系,即电场强度为零的地方,电势不一定为零、
六电场强度与电势差问题
1、电场强度与电势差的对比
(1)匀强电场中的电场强度E与电场中两点间的电势差U、两点沿电场方向的距离d均无关、
(2)匀强电场的电场强度在数值上等于沿电场方向每单位距离上的电势差、
(3)对于非匀强电场,公式U=Ed不成立,但是可以根据此公式进行定性分析、
2、电场强度与电势的对比
(1)电场强度反映电场的力的性质,电势反映电场的能的性质、
(2)电场强度的单位是N/C或V/m,电势的单位是V.
(3)电场强度是矢量,不具有相对性,电势是标量,具有相对性、
(4)电场强度和电势都由电场本身的性质决定,与试探电荷无关、
(5)电势高低与电场强度的大小没有必然的联系,某点的电场强度为零,电势不一定为零,反之亦然、
(6)电场强度的方向是电势降落最显著的方向、
例6、如图28-2所示,在两等量异种点电荷的电场中,MN为两电荷连线的中垂线,a、b、c三点所在直线平行于两电荷的连线,且a与c关于MN对称,b点位于MN上,d点位于两电荷的连线上、以下判断正确的选项是()
图28-2
A、b点场强大于d点场强
B、b点场强小于d点场强
C、a、b两点间的电势差等于b、c两点间的电势差
D、试探电荷+q在a点的电势能小于在c点的电势能
【技巧点拨】涉及电场强度和电势差问题的分析首先要看是否为匀强电场,如果是匀强电场,那么直接应用E=
进行定量运算,注意d为沿电场方向两点间的距离;假设为非匀强电场,要注意是否存在对称性.
七电势差、电势能与电场力做功
1、电势与电势能
带电体的电势能由带电体的电荷量与带电体所在位置的电势共同决定,Ep=qφ;因电场中各点的电势与零电势的选取有关,所以带电体在电场中的电势能具有相对性,但带电体在电场中两点间的电势能之差是绝对的,即电势能的增量ΔEp=Ep2-Ep1与零电势的选取无关、
2、电场力做功的特点及求解方法
电场力做功与路径无关,只与初、末位置有关、电场力做功的求解方法:
(1)由功的公式W=Flcosθ计算,此法只适用于匀强电场、
(2)由WAB=qUAB计算,该式适用于任何电场、
(3)电场力做的功等于电势能的减少量,WAB=EpA-EpB,该法适用于任何电场、
(4)应用动能定理W电+W非电=ΔEk求解电场力做的功、
电势差、电势、电荷量、电势能和电场力的功都是标量,每一个量可以是正,也可以是负,但每一个量的正负表达的意义各不相同:
电势差的正负表示两点的电势高低关系,电势的正负表示某点电势与标准位置(零电势处)的电势的高低关系,电荷量的正负表示电荷的种类,电势能的正负表示电势能的大小,电场力做功的正负表示做功的意义区别、在应用上面各式进行计算时,应该代入各物理量的正负号、
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