高考物理二轮复习电场和磁场专题九电场和带电粒子在电场中的运动课件（61页PPT）

(共61张PPT)
　电场和磁场
专题九　电场和带电粒
子在电场中的运动
[专题复习定位]
1．能用电场强度、电势等物理量描述电场的性质。　2.掌握平行板电容器的动态分析，能用电场线、等势线分析电场中带电粒子的运动问题。　
3.会应用力学观点处理电场中的力电综合问题。
高考真题再现
命题点1　电场力的性质和电场能的性质
1．(2025·河北卷，T1)《汉书》记载“姑句家矛端生火”，表明古人很早就发现了尖端放电现象。若带电长矛尖端附近某条电场线如图，则a、b、c、d四点中电势最高的是(　　)
A．a点 B．b点
C．c点 D．d点
解析：沿电场线方向，电势逐渐降低，故题图中a、b、c、d四点中电势最高的是d点。
√
2.(2025·广西卷，T4)用带电玻璃棒接触验电器的金属球，移走玻璃棒，验电器内的两片金属箔张开，稳定后如图所示。图中a、b、c、d四点电场强度最强的是(　　)
A．a点 B．b点
C．c点 D．d点
解析：带电玻璃棒与金属球接触后，金属球带电，金属箔与金属球通过导体棒连接，金属箔与金属球带同种电荷；净电荷在尖锐的地方聚集，因此d点的电荷聚集最多，电场强度最强，A、B、C错误，D正确。
√
3．(多选)(2025·河北卷，T8)如图，真空中固定在绝缘台上的两个相同的金属小球A和B，带有等量同种电荷，电荷量为q，两者间距远大于小球直径，两者之间的静电力大小为F。用一个电荷量为Q的同样的金属小球C先跟A接触，再跟B接触，移走C后，A和B之间的静电力大小仍为F，则Q∶q的绝对值可能是(　　)
A．1　　　B．2　　　C．3　　　D．5
√
√
4．(多选)(2024·广东卷，T8)污水中的污泥絮体经处理后带负电，可利用电泳技术对其进行沉淀去污，基本原理如图所示。涂有绝缘层的金属圆盘和金属棒分别接电源正、负极，金属圆盘置于容器底部，金属棒插入污水中，形成如图所示的电场分布，其中实线为电场线，虚线为等势面。M点和N点在同一电场线上，M点和P点在同一等势面上。下列说法正确的有(　　)
A．M点的电势比N点的低
B．N点的电场强度比P点的大
C．污泥絮体从M点移到N点，电场力对其做正功
D．污泥絮体在N点的电势能比其在P点的大
√
√
解析：根据沿着电场线方向电势降低可知M点的电势比N点的低，污泥絮体带负电，根据Ep＝qφ可知污泥絮体在M点的电势能比在N点的电势能大，污泥絮体从M点移到N点，电势能减小，电场力对其做正功，故A、C正确；
根据电场线的疏密程度可知N点的电场强度比P点的小，故B错误；
M点和P点在同一等势面上，则污泥絮体在M点的电势能与在P点的电势能相等，结合A、C选项分析可知污泥絮体在P点的电势能比其在N点的大，故D错误。
5．(多选)(2023·广东卷，T9)电子墨水是一种无光源显示技术，它利用电场调控带电颜料微粒的分布，使之在自然光的照射下呈现出不同颜色，透明面板下有一层胶囊，其中每个胶囊都是一个像素。如图所示，胶囊中有带正电的白色微粒和带负电的黑色微粒，当胶囊下方的电极极性由负变正时，微粒在胶囊内迁移(每个微粒电量保持不变)，像素由黑色变成白色。下列说法正确的有(　　)
A．像素呈黑色时，黑色微粒所在区域的电势高于白色微粒所在区域的电势
B．像素呈白色时，黑色微粒所在区域的电势低于白色微粒所在区域的电势
C．像素由黑变白的过程中，电场力对白色微粒做正功
D．像素由白变黑的过程中，电场力对黑色微粒做负功
√
√
解析：像素呈黑色时，胶囊下方的电极带负电，像素胶囊里电场线方向向下，所以黑色微粒所在的区域的电势高于白色微粒所在区域的电势，故A正确；
像素呈白色时，胶囊下方的电极带正电，像素胶囊里电场线方向向上，所以黑色微粒所在的区域的电势高于白色微粒所在区域的电势，故B错误；
像素由黑变白的过程中，白色微粒受到的电场力向上，位移向上，电场力对白色微粒做正功，故C正确；
像素由白变黑的过程中，黑色微粒受到的电场力向上，位移向上，电场力对黑色微粒做正功，故D错误。
命题点2　电容器和带电粒子在电场中的运动
6．(2025·黑吉辽蒙卷，T4)如图，某压力传感器中平行板电容器内的绝缘弹性结构是模仿犰狳设计的，逐渐增大施加于两极板压力F的过程中，F较小时弹性结构易被压缩，极板间距d容易减小；F较大时弹性结构闭合，d难以减小。将该电容器充电后断开电源，极板间电势差U与F的关系曲线可能正确的是(　　)
√
7．(2024·黑吉辽卷，T5)某种不导电溶液的相对介电常数εr与浓度Cm的关系曲线如图(a)所示，将平行板电容器的两极板全部插入该溶液中，并与恒压电源、电流表等构成如图(b)所示的电路，闭合开关S后，若降低溶液浓度，则(　　)
A．电容器的电容减小
B．电容器所带的电荷量增大
C．电容器两极板之间的电势差增大
D．溶液浓度降低过程中电流方向为M→N
√
该溶液不导电导致整个装置没有形成闭合回路，因此电容器两端的电压不变，根据Q＝CU并结合A选项分析可知电容器所带的电荷量增大，故B正确，C错误；
根据B选项分析可知电容器所带的电荷量增大，这说明电容器正在被充电，结合题图可知电路中电流方向为N→M，故D错误。
8．(2025·河南卷，T13)流式细胞仪可对不同类型的细胞进行分类收集，其原理如图所示。仅含有一个A细胞或B细胞的小液滴从喷嘴喷出(另有一些液滴不含细胞)，液滴质量均为m＝2.0×10－10 kg。当液滴穿过激光束、充电环时被分类充电，使含A、B细胞的液滴分别带上正、负电荷，电荷量均为q＝1.0×10－13 C。随后，液滴以v＝2.0 m/s的速度竖直进入长度l＝2.0×10－2 m的电极板间，板间电场均匀、方向水平向右，电场强度大小E＝2.0×105 N/C。含细胞的液滴最终被分别收集在极板下方h＝0.1 m处的A、B收集管中。不计重力、空气阻力以及带电液滴间的作用。求：
(1)含A细胞的液滴离开电场时偏转的距离；
答案：5.0×10－3 m　
(2)A、B细胞收集管的间距。
答案：0.11 m
命题点3　电场中的力电综合问题
9．(2025·黑吉辽蒙卷，T7)如图，光滑绝缘水平面AB与竖直面内光滑绝缘半圆形轨道BC在B点相切，轨道半径为r，圆心为O，O、A间距离为3r。原长为2r的轻质绝缘弹簧一端固定于O点，另一端连接一带正电的物块。空间存在水平向右的匀强电场，物块所受的电场力与重力大小相等。物块在A点左侧释放后，依次经过A、B、C三点时的动能分别为EkA、EkB、EkC，则(　　)
A．EkAC．EkA√
10．(2025·广东卷，T15)如图，这是研究颗粒碰撞荷电特性装置的简化图，两块水平绝缘平板与两块竖直的平行金属平板相接，金属平板之间接高压电源产生匀强电场。一带电颗粒从上方绝缘平板左端A点处，由静止开始向右下方运动，与下方绝缘平板在B点处碰撞，碰撞时电荷量改变，反弹后离开下方绝缘平板瞬间，颗粒的速度与所受合力垂直，其水平分速度与碰前瞬间相同，竖直分速度大小变为碰前瞬间的k倍(k<1)。已知颗粒质量为m，两绝缘平板间的距离为h，B点与左平板的距离为l，电源电压为U，重力加速度为g，忽略空气阻力和电场的边缘效应。求：
(1)颗粒碰撞前的电荷量q；
(2)颗粒在B点碰撞后的电荷量Q；
(3)颗粒从A点开始运动到第二次碰撞过程中，电场力对它做的功W。
题型分类讲练
√
√
考向2　电场中的平衡问题
　 (2025·湖南卷，T5)如图所示，两带电小球的质量均为m，小球A用一端固定在墙上的绝缘轻绳连接，小球B用固定的绝缘轻杆连接。A球静止时，轻绳与竖直方向的夹角为60°，两球连线与轻绳的夹角为30°，整个系统在同一竖直平面内，重力加速度大小为g。下列说法正确的是(　　)
A．A球静止时，轻绳上拉力为2mg
B．A球静止时，A球与B球间的库仑力为2mg
C.若将轻绳剪断，则剪断瞬间A球加速度大小为g
D．若将轻绳剪断，则剪断瞬间轻杆对B球的作用力变小
√
剪断轻绳前，小球A所受合力为零，库仑力与重力的合力与轻绳拉力等大反向，即库仑力与重力的合力大小为mg，剪断轻绳后瞬间，绳子拉力消失，库仑力与重力均不变，则小球A所受合力大小为mg，由牛顿第二定律得小球A的瞬时加速度大小a＝g，C正确；
由于剪断轻绳前后瞬间，B球的受力不变，且状态不变，
因此轻杆对B球的作用力不变，D错误。
题型二　电场能的性质
考向1　电场能的性质的理解
　 (2025·甘肃卷，T5)如图，两极板不平行的电容器与直流电源相连，极板间形成非匀强电场，实线为电场线，虚线表示等势面。M、N点在同一等势面上，N、P点在同一电场线上。下列说法正确的是(　　)
A．M点的电势比P点的低
B．M点的电场强度比N点的小
C．负电荷从M点运动到P点，速度增大
D．负电荷从M点运动到P点，电场力做负功
√
解析：M、N两点电势相等，电场线由上到下，NP在同一电场线上，沿电场线方向电势逐渐降低，可知N点电势高于P点，则M点电势高于P点，A错误；
M点电场线分布比N点密集，可知M点的电场强度比N点的大，B错误；
负电荷从M点运动到P点，电势能增加，则电场力做负功，动能减小，速度减小，C错误，D正确。
(2025·河南卷，T4)如图所示，在与纸面平行的匀强电场中有a、b、c三点，其电势分别为6 V、4 V、2 V；a、b、c分别位于纸面内一等边三角形的顶点上。下列图中箭头表示a点电场的方向，则正确的是(　　)
√
考向2　电场中的功能关系
　 (2025·云南卷，T4)某介电电泳实验使用非匀强电场，该电场的等势线分布如图所示。a、b、c、d四点分别位于电势为－2 V、－1 V、1 V、2 V的等势线上，则(　　)
A．a、b、c、d中a点电场强度最小
B．a、b、c、d中d点电场强度最大
C．一个电子从b点移动到c点电场力做功为2 eV　
D．一个电子从a点移动到d点电势能增加了4 eV
√
解析：由题意可知相邻两等势线间的电势差相等，则题图中的等势线为等差等势线，由题图可知a点的电场强度最大，c点的电场强度最小，A、B错误；
一个电子从b点移动到c点的过程，电场力做功Wbc＝qUbc，又q＝－e、Ubc＝φb－φc，代入数据解得Wbc＝2 eV，C正确；
同理，一个电子从a点移动到d点的过程，电场力做功Wad＝qUad，又Uad＝φa－φd，代入数据解得Wad＝4 eV，该过程电子的电势能减少了4 eV，D错误。
√
根据电场线的疏密程度可判断P点场强小于C点场强，B错误；
电子b由P到Q过程，仅电场力对电子做负功，电子电势能增大，动能减小，C错误；
由题意知，|CQ|＝2|BP|，且离圆心O越远，场强越小，由U＝Ed，可得CQ之间的电势差小于2U，电子b从A经P到Q全程克服电场力做的功小于2eU，D正确。
题型三　电容和带电粒子在电场中的运动
√
(2025·深圳市南山区期末统考)如图所示，水平放置的平行金属板与电源相连，开关S处于闭合状态，板间空间有一质量为m的带电微粒恰好处于静止状态。要使微粒向下移动，下列操作可行的是(　　)
A．上极板下移 B．上极板左移
C．下极板下移 D．断开开关S
√
断开开关，极板所带电荷量不变，两板间电压也不变，极板间的场强不变，微粒所受重力和电场力仍是一对平衡力，微粒仍保持静止，故D错误。
考向2　带电粒子在电场中的运动
　 (2025·江苏卷，T13)如图所示，在电场强度为E，方向竖直向下的匀强电场中，两个相同的带正电粒子a、b同时从O点以初速度v0射出，速度方向与水平方向夹角均为θ。已知粒子的质量为m，电荷量为q，不计重力及粒子间相互作用。求：
(1)a运动到最高点的时间t；
(2)a到达最高点时，a、b间的距离H。
题型四　电场中的力电综合问题
(2024·黑吉辽卷，T6)在水平方向的匀强电场中，一带电小球仅在重力和电场力作用下于竖直面(纸面)内运动。如图，若小球的初速度方向沿虚线，则其运动轨迹为直线，若小球的初速度方向垂直于虚线，则其从O点出发运动到O点等高处的过程中(　　)
A．动能减小，电势能增大
B．动能增大，电势能增大
C．动能减小，电势能减小
D．动能增大，电势能减小
√
解析：根据题意可知，若小球的初速度方向沿虚线，则其运动轨迹为直线，可知电场力和重力的合力沿着虚线方向，又电场强度方向为水平方向，根据力的合成可知电场力方向水平向右，若小球的初速度方向垂直于虚线，则其从O点出发运动到O点等高处的过程中重力对小球做功为零，电场力的方向与小球的位移方向相同，则电场力对小球做正功，小球的动能增大，电势能减小。
(2024·河北卷，T13)如图，在竖直向上的匀强电场中，用长为L的绝缘细线系住一带电小球，在竖直平面内绕O点做圆周运动。图中A、B为圆周上的两点，A点为最低点，B点与O点等高。当小球运动到A点时，细线对小球的拉力恰好为0，已知小球的电荷量为q(q>0)，质量为m，A、B两点间的电势差为U，重力加速度大小为g，求：
(1)电场强度E的大小；
(2)小球在A、B两点的速度大小。
　如图所示，竖直面内的光滑绝缘圆弧轨道AB与足够长的粗糙水平地面BC平滑连接，B点在圆心O点正下方，轨道半径R＝2.5m，∠AOB＝53°，整个空间存在竖直向上、大小E＝400 V/m的匀强电场。一个质量m＝1 kg、电荷量q＝2.0×10－2 C的带正电小滑块P，从轨道A点静止释放，经过B点后立即与另一个质量M＝0.25 kg、不带电的静止小滑块Q发生弹性碰撞(碰撞过程不发生电荷转移，且碰撞时间极短)。已知P、Q与地面间的动摩擦因数μ＝0.5，sin 53°＝0.8，cos 53°＝0.6，重力加速度g取10 m/s2，P、Q均可视为质点。求：
(1)P到达圆轨道B点(与Q碰前)的速度大小vB；
答案：2 m/s　
(2)P到达圆轨道B点(与Q碰前)对轨道的压力大小FB；
答案：3.6 N　
(3)P、Q碰后的最大距离dm。
答案：0.5 m