高考物理二轮精准备考复习专题第08讲 电场的性质原卷版.docx
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高考物理二轮精准备考复习专题第08讲电场的性质原卷版
2020年高考物理二轮精准备考复习讲义
第三部分电场磁场
第8讲电场的性质
一、理清单,记住干
1.电场力的性质
(1)电场强度的定义式:
E=
.
(2)真空中点电荷的电场强度公式:
E=
.
(3)匀强电场的电场强度与电势差的关系式:
E=
.
2.电场能的性质
(1)电势的定义式:
φ=
.
(2)电势差的定义式:
UAB=
.
(3)电势差与电势的关系式:
UAB=φA-φB.
(4)电场力做功与电势能的关系式:
WAB=EpA-EpB.
3.熟记“面线”关系
(1)电场线总是与等势面垂直,且由电势高的等势面指向电势低的等势面.
(2)电场线越密的地方,等差等势面也越密.
(3)沿等势面移动电荷,电场力不做功,沿电场线移动电荷,电场力一定做功.
二、研高考,探考情
【2019·全国卷Ⅰ】如图所示,空间存在一方向水平向右的匀强电场,两个带电小球P和Q用相同的绝缘细绳悬挂在水平天花板下,两细绳都恰好与天花板垂直,则( )
A.P和Q都带正电荷B.P和Q都带负电荷
C.P带正电荷,Q带负电荷D.P带负电荷,Q带正电荷
【2019·高考全国卷Ⅱ】静电场中,一带电粒子仅在电场力的作用下自M点由静止开始运动,N为粒子运动轨迹上的另外一点,则( )
A.运动过程中,粒子的速度大小可能先增大后减小
B.在M、N两点间,粒子的轨迹一定与某条电场线重合
C.粒子在M点的电势能不低于其在N点的电势能
D.粒子在N点所受电场力的方向一定与粒子轨迹在该点的切线平行
【2019·高考全国卷Ⅲ】如图,电荷量分别为q和-q(q>0)的点电荷固定在正方体的两个顶点上,a、b是正方体的另外两个顶点.则( )
A.a点和b点的电势相等B.a点和b点的电场强度大小相等
C.a点和b点的电场强度方向相同D.将负电荷从a点移到b点,电势能增加
【2018·高考全国卷Ⅱ】如图,同一平面内的a、b、c、d四点处于匀强电场中,电场方向与此平面平行,M为a、c连线的中点,N为b、d连线的中点.一电荷量为q(q>0)的粒子从a点移动到b点,其电势能减小W1;若该粒子从c点移动到d点,其电势能减小W2.下列说法正确的是( )
A.此匀强电场的场强方向一定与a、b两点连线平行
B.若该粒子从M点移动到N点,则电场力做功一定为
C.若c、d之间的距离为L,则该电场的场强大小一定为
D.若W1=W2,则a、M两点之间的电势差一定等于b、N两点之间的电势差
【2018·高考全国卷Ⅰ】图中虚线a、b、c、d、f代表匀强电场内间距相等的一组等势面,已知平面b上的电势为2V.一电子经过a时的动能为10eV,从a到d的过程中克服电场力所做的功为6eV.下列说法正确的是( )
A.平面c上的电势为零B.该电子可能到达不了平面f
C.该电子经过平面d时,其电势能为4eVD.该电子经过平面b时的速率是经过d时的2倍
三、考情揭秘
分析近年高考题可以看出,高考命题热点主要集中在场强的叠加、电场线和等势面的用途、电场力做功、电势能的变化、电势高低的判断、匀强电场中电势差与电场强度的关系、带电粒子在电场中的运动等。
题型以选择题为主。
应考策略:
2020年高考命题点会以电场线、等势线为背景,结合场强、电势、电势能等基本概念进行考查.备考中还要重视带电粒子在电场中的加速、偏转以及电容器的相关知识在实际生产、生活中的应用,如静电除尘、电容式传感器、喷墨打印机、示波器等.
四、定考点,定题型
超重点突破1 库仑力作用下的平衡问题
涉及库仑力的平衡问题,其解题思路与力学中的平衡问题一样,只是在原来受力的基础上多了库仑力,具体步骤如下:
注意库仑力的方向:
同性相斥,异性相吸,沿两电荷连线方向.
【例1】(2019·武汉高中毕业生五月训练)如图所示,绝缘底座上固定一电荷量为+q的小球A,在其上方l处固定着一个光滑的定滑轮O,绝缘轻质弹性绳一端系在O点正上方
处的D点,另一端与质量为m的带电小球B连接.小球B平衡时OB长为l,且与竖直方向成60°角.后由于小球B缓慢漏电,一段时间后,当滑轮下方的弹性绳与竖直方向成30°角时,小球B恰好在AB连线的中点C位置平衡.已知弹性绳的伸长始终处于弹性限度内,静电力常量为k,重力加速度为g.下列说法正确的是( )
A.小球B带负电B.小球B在初始平衡位置时所带电荷量为
C.小球B在C位置时所带电荷量为
D.弹性绳原长为
【针对训练1】(2019·福建南平市第二次综合质检)如图所示,倾角为θ的光滑绝缘斜面固定在水平面上.为了使质量为m,带电荷量为+q的小球静止在斜面上,可加一平行纸面的匀强电场(未画出),则( )
A.电场强度的最小值为E=
B.若电场强度E=
,则电场强度方向一定竖直向上
C.若电场强度方向从沿斜面向上逐渐转到竖直向上,则电场强度逐渐增大
D.若电场强度方向从沿斜面向上逐渐转到竖直向上,则电场强度先减小后增大
超重点突破2 等量同种和异种点电荷的电场强度的比较
比较项目
等量异种点电荷
等量同种点电荷
电场线的分布图
连线中点O处的场强
连线上O点场强最小,指向负电荷一方
为零
连线上的场强大小(从左到右)
沿连线先变小,再变大
沿连线先变小,再变大
沿中垂线由O点向外场强大小
O点最大,向外逐渐变小
O点最小,向外先变大后变小
关于O点对称的A与A′,B与B′的场强
等大同向
等大反向
【例2】(2019·莱芜二模)如图所示,真空中电荷量均为Q的两正点电荷固定于一绝缘正方体框架的两侧面ABB1A1和DCC1D1中心连线所在直线上,且两点电荷关于正方体中心对称,则( )
A.A、B、C、D四个点的电势相同
B.A1、B1、C1、D1四个点的电场强度相同
C.负检验电荷在A点的电势能小于在C1点的电势能
D.正检验电荷从C点移到C1点的过程中,电场力对其做正功
【针对训练2】.α粒子快速通过氢分子中心,其轨迹垂直于两核的连线,两核的距离为d,如图所示.假定α粒子穿过氢分子中心时两氢核几乎不移动,同时忽略分子中电子的电场,则当α粒子在靠近氢分子过程中,下列说法正确的是( )
A.加速度一定变大B.加速度一定减小C.电势能越来越大D.电势能越来越小
超重点突破3 电场线的理解和应用
1.电场线的应用
(1)在同一电场里,电场线越密的地方场强越大.
(2)电场线上某点的切线方向表示该点的场强方向.
(3)沿电场线方向电势逐渐降低.
(4)电场线和等势面在相交处互相垂直.
2.电场线与轨迹问题判断方法
(1)“运动与力两线法”——画出“速度线”(运动轨迹在初始位置的切线)与“力线”(在初始位置电场线的切线方向),从两者的夹角情况来分析曲线运动的情况.
(2)“三不知时要用假设法”——电荷的正负、场强的方向或等势面电势的高低、电荷运动的方向,若已知其中的任意一个,可顺次向下分析判定各待求量;若三个都不知,则要用假设法分别讨论各种情况.
【例3】(2019·安徽安庆高三上学期期末)带电粒子仅在电场力作用下,从电场中a点以初速度v0进入电场并沿虚线所示的轨迹运动到b点,如图所示,实线是电场线.下列说法正确的是( )
A.粒子在a点时的加速度比在b点时的加速度小
B.从a到b过程中,粒子的电势能一直减小
C.无论粒子带何种电荷,经b点时的速度总比经a点时的速度大
D.电场中a点的电势一定比b点的电势高
【针对训练3】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aa、ab、ac,速度大小分别为va、vb、vc.则( )
A.aa>ab>ac,va>vc>vbB.aa>ab>ac,vb>vc>vaC.ab>ac>aa,vb>vc>vaD.ab>ac>aa,va>vc>vb
超重点突破4 电场能的性质的理解
1.电势高低的四种判断方法
(1)依据电场线方向:
沿电场线方向电势逐渐降低.
(2)依据电场力做功:
根据UAB=
,将WAB、q的正负号代入,由UAB的正负判断φA、φB的高低.
(3)电荷的正负:
取无穷远处电势为零,正电荷周围电势为正值,负电荷周围电势为负值;靠近正电荷处电势高,靠近负电荷处电势低.
(4)依据电势能的高低:
正电荷在电势能大处电势较高,负电荷在电势能大处电势较低.
2.电势能高低的四种判断方法
(1)做功判断法:
电场力做正功,电势能减小;电场力做负功,电势能增大.
(2)电荷电势法:
正电荷在电势高的地方电势能大,负电荷在电势低的地方电势能大.
(3)公式法:
由Ep=qφ,将q、φ的大小、正负号一起代入公式进行判断.
(4)能量守恒法:
在电场中,若只有电场力做功时,电荷的动能和电势能相互转化,动能增大时,电势能减小,反之电势能增大.
【例4】(2019·陕西西安长安区高三理科综合)空间存在一静电场,场强方向与x轴平行,电场中的电势随x的变化规律如图所示.下列说法正确的是( )
A.x=4m处电场强度可能为零
B.x=4m处电场方向一定沿x轴正方向
C.电荷量为e的负电荷沿x轴从O点移动到x=6m处,电势能增大8eV
D.沿x轴正方向,电场强度先增大后减小
【针对训练4】(2019·苏北三市联考)如图所示,金属板带有等量异种电荷,板间某一竖直平面内电场线的分布如实线所示,已知该平面内P、O的连线为等势线,且与电场线上两点M、N的连线垂直。
一带电油滴在O点处于静止状态。
则( )
A.若将油滴置于P处,仍能静止B.若将油滴从M处释放,将沿电场线运动至N处
C.M点的电势一定比N点的高D.油滴在M点的电势能一定比在N点的小
超重点突破5带电粒子在电场中运动轨迹问题的分析方法
(1)判受力:
从轨迹的弯曲方向判断受力方向,从而分析电场方向或电荷的正负。
(2)判做功:
结合轨迹、速度方向与静电力的方向,确定静电力做功的正负,从而确定电势能、电势和电势差的变化等。
(3)判动能:
根据动能定理或能量守恒定律判断动能的变化。
【例5】(2019·山东滨州市上学期期末)真空中某静电场,虚线表示等势面,各等势面电势的值如图所示,一带电粒子只在电场力的作用下,沿图中的实线从A经过B运动到C,B、C两点位于同一等势面上,则以下说法正确的是( )
A.带电粒子在A点的电势能大于在C点的电势能
B.A点电场强度大于B点电场强度
C.带电粒子从A经过B运动到C的过程中动能先增大再减小
D.带电粒子从A到C电场力所做的功等于从A到B电场力所做的功
【针对训练5】(2019·陕西宝鸡市高考模拟检测
(二))真空中有一带负电的电荷q绕固定的点电荷+Q运动,其运动轨迹为椭圆,如图所示.已知a、b、c、d为椭圆的四个顶点,+Q处在椭圆的一个焦点上,则下列说法正确的是( )
A.+Q产生的电场中a、c两点的电场强度相同B.负电荷q在b点的速度大于在d点的速度
C.负电荷q在b点电势能大于d点电势能D.负电荷q在运动过程中电场力始终不做功
五、固成果,提能力
1.关于静电场的等势面,下列说法正确的是( )
A.两个电势不同的等势面可能相交
B.电场线与等势面处处相互垂直
C.同一等势面上各点电场强度一定相等
D.将一负的试探电荷从电势较高的等势面移至电势较低的等势面,电场力做正功
2.(多选)如图所示,一带负电荷的油滴在匀强电场中运动,其轨迹在竖直面(纸面)内,且相对于过轨迹最低点P的竖直线对称。
忽略空气阻力。
由此可知( )
A.Q点的电势比P点高B.油滴在Q点的动能比它在P点的大
C.油滴在Q点的电势能比它在P点的大D.油滴在Q点的加速度大小比它在P点的小
3.(2019·甘肃天水高三上学期第三次月考)如图(a)所示,AB是某电场中的一条电场线,若有一电子以某一初速度且仅在电场力的作用下,沿AB由点A运动到点B,所经位置的电势随距A点的距离变化的规律如图(b)所示.以下说法正确的是( )
A.电子在A、B两点的速度vA<vBB.A、B两点的电势φA<φB
C.电子在A、B两点的电势能EpA>EpBD.A、B两点的电场强度EA>EB
4.(多选)(2019·重庆市第三次调研抽测)某种静电除尘器中的电场线如图中虚线所示.K为阴极,A为阳极,两极之间的距离为d.B点是AK连线的中点.在两极之间加上高压U,有一电子在K极由静止被加速.不考虑电子重力,元电荷为e,则下列说法正确的是( )
A.A、K之间电场强度的大小为
B.电子到达A时动能等于eU
C.由K到A电子电势能增大了eUD.B、K之间的电势差小于A、B之间的电势差
5.(2019·东北三省四市教研联合体模拟)如图所示,在直角坐标系xOy平面内存在一正点电荷Q,坐标轴上有A、B、C三点,OA=OB=BC=a,其中A点和B点的电势相等,O点和C点的电势相等,静电力常量为k,则下列说法正确的是( )
A.点电荷Q位于O点B.O点电势比A点电势高
C.C点的电场强度大小为
D.将某一正试探电荷从A点沿直线移动到C点,电势能一直减小
6.(2019·河南2月模拟)水平面上有一边长为L的正方形,其a、b、c三个顶点上分别固定了三个等量的正点电荷Q,将一个电荷量为+q的点电荷分别放在正方形中心点O点和正方形的另一个顶点d点处,两处相比,下列说法正确的是( )
A.q在d点所受的电场力较大B.q在d点所具有的电势能较大
C.d点的电势高于O点的电势D.q在两点所受的电场力方向相同
7.(2019·江西南昌三中第七次考试)如图所示,直角坐标系中x轴上在x=-r处固定有带电荷量为+9Q的正点电荷,在x=r处固定有带电荷量为-Q的负点电荷,y轴上a、b两点的坐标分别为ya=r和yb=-r,c、d、e点都在x轴上,d点的坐标为xd=2r,r A.场强大小Ec>EeB.a、b两点的电势相等 C.d点场强为零D.a、b两点的场强相同 8.(2019·无锡期末联考)避雷针上方有雷雨云时,避雷针附近的电场线分布如图所示,图中中央的竖直黑线AB代表了避雷针,CD为水平地面。 MN是电场线中两个点,下列说法正确的是( ) A.M点的场强比N点的场强大B.试探电荷从M点沿直线移动到N点,电场力做功最少 C.M点的电势比N点的电势高D.CD的电势为零,但其表面附近的电场线有些位置和地面不垂直 9.如图所示,实线表示某电场的电场线(方向未标出),虚线是一带负电的粒子只在电场力作用下的运动轨迹,设M点和N点的电势分别为φM、φN,粒子在M和N时加速度大小分别为aM、aN,速度大小分别为vM、vN,电势能分别为EpM、EpN,下列判断正确的是( ) A.vM C.φM<φN,EpM 10.(多选)(2019·山东德州联考)如图甲所示,电场中的一条电场线与x轴重合,方向沿x轴负方向,O点为坐标原点,M点坐标为3cm;此电场线上各点的电场强度大小E随x变化的规律如图乙所示,对于此电场,以下说法正确的是( ) A.此电场为匀强电场B.沿x轴正方向电势逐渐升高 C.M点的电势是O点电势的2倍D.将一电子自O点移至M点,其电势能减小90eV
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