高考物理二轮复习专题三电场与磁场第8讲电场课件（63页PPT）

(共63张PPT)
[复习目标]
1.理解电场的性质,会比较电场强度大小、电势高低、电势能大小,会分析和计算静电力做功。
2.会通过电场中的图像来分析问题。
3.会用动力学观点和能量观点分析处理带电粒子在电场中的运动问题。
考向1　电场强度的理解与叠加
D
对称法求电场强度
对称法是指在研究物理问题时,利用研究对象的对称特性来分析和处理问题的方法。本题利用带电细杆形成的电场具有对称性的特点,使复杂电场的叠加计算问题大为简化。
考向2　电场强度、电势高低、电势能的判断问题
电场强度大小、电势高低、电势能大小的判断方法
判断电场强度大小
判断电势高低
判断电势能大小 (1)根据Ep=qφ判断
(2)根据ΔEp=-W电,由电场力做功判断
[例2]　(2025·云南卷)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
C
解析　由题意可知,相邻两等势线间的电势差相等,则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,电场力做功为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,电场力做功为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。
考向3　“电场线、等势线与轨迹线”的综合问题
[例3]　(多选)(2025·湖南长沙一模)静电透镜被广泛应用于电子器件中,如图是阴极射线示波管的聚焦电场,其中虚线为等势线,任意两条相邻等势线间电势差相等,z轴为该电场的中心轴线。一电子从其左侧进入聚焦电场,实线为电子运动的轨迹,P、Q、R为其轨迹上的三点,电子仅在电场力作用下从P点运动到R点,在此过程中,下列说法正确的是(　　)
A.P点的电势低于Q点的电势
B.电子在P点的加速度小于在R点的加速度
C.从P至R的运动过程中,电子的电势能增加
D.从P至R的运动过程中,电子的动能一直增大
AD
解析　电子仅在电场力作用下从P点运动到R点,由于合力方向指向轨迹的内侧,电子带负电,所受电场力方向与电场强度方向相反,由电场力方向与等势线垂直可知,电场线方向整体从右指向左,又由于沿电场线方向电势降低,可知P点的电势低于Q点的电势,故A正确;由于任意两条相邻等势线间电势差相等,则等势线分布的密集程度能够表示电场的强弱,P点的等势线分布比R点的密集,则在P点的电场强度大于在R点的电场强度,可知电子在P点的加速度大于在R点的加速度,故B错误;结合上述可知,从P至R的运动过程中,电子所受电场力做正功,电子的电势能减小,电子的动能增大,故C错误,D正确。
判断电场中“三线”综合问题的思维程序
电场中几种常见的图像
v-t图像 当带电粒子只受静电力时,从v-t图像上能确定粒子运动的加速度方向、大小变化情况,进而可判定粒子运动中经过的各点的电场强度方向、电场强度大小、电势高低及电势能的变化情况
φ-x图像 (1)从φ-x图像中可以直接判断各点电势的高低,进而确定电场强度的方向及试探电荷电势能的变化
(2)φ-x图线切线的斜率大小表示沿x轴方向电场强度E的大小
E-x图像 以电场强度沿x轴方向为例:
(1)E>0表示电场强度沿x轴正方向,E<0表示电场强度沿x轴负方向
(2)图线与x轴围成的“面积”表示电势差,“面积”大小表示电势差大小,两点的电势高低需根据电场方向判定
Ep-x图像 (1)图像的切线斜率大小表示静电力大小
(2)可用于判断电场强度、动能、加速度等随位移的变化情况
[例4]　(2025·海南卷)某静电场电势φ在x轴上分布如图所示,图线关于φ轴对称,M、P、N是x轴上的三点,OM=ON;有一电子从M点静止释放,仅受x方向的电场力作用,则下列说法正确的是(　　)
A.P点电场强度方向沿x轴负方向
B.M点的电场强度小于N点的电场强度
C.电子在P点的动能小于在N点的动能
D.电子在M点的电势能大于在P点的电势能
D
解析　由题图可知,在x正半轴沿+x方向电势降低,则电场强度方向沿x轴正方向,故A错误;φ-x图像斜率表示电场强度,可知M点的电场强度大小等于N点的电场强度,方向相反,故B错误;电子在电势低处电势能大,故电子在P点的电势能小于在N点的电势能,根据能量守恒可知,电子在P点的动能大于在N点的动能,故C错误;电子在电势低处电势能大,故电子在M点的电势能大于在P点的电势能,故D正确。
[例5]　(2025·河南安阳二模)如图所示为x轴上一段电场线的电场强度E随位置x的变化图像(电场强度正方向与x轴正方向相同)。下列说法正确的是(　　)
D
A.若仅考虑电场力作用,试探电荷在x2处的加速度最大
B.若x1到x2和x2到x3图像与坐标轴围成的面积相等,则电势差U12=U23
C.若该电场由x轴上的两个不等量异种电荷产生,则带正电的电荷在带负电的电荷的右侧
D.若该电场由x轴上的两个不等量异种电荷产生,则电荷量小的电荷在电荷量大的电荷的右侧
解析　电场强度越大,试探电荷的加速度越大,由题图知x1处加速度最大,故A错误;若x1到x2和x2到x3图像与坐标轴围成的面积相等,可得|U12|=U23,但电势差U12<0,U23>0,故B错误;若该电场由两个x轴上的不等量异种电荷产生,x2处的场强为0,可知这是电荷量小的这一侧的电场分布,由于O到x2的电场强度指向x轴负方向,可知位于x2的左侧且靠近的电荷带负电,且电荷量小的负电荷在电荷量大的正电荷的右侧,故C错误,D正确。
[例6]　(多选)一带负电的粒子只在静电力作用下沿x轴正方向运动,其电势能Ep随位移x变化的关系如图所示,其中0~x2段是关于直线x=x1对称的曲线,x2~x3段是直线,则下列说法正确的是(　　)
A.x2~x3段做匀加速直线运动
B.x1处电场强度为零
C.粒子经过x1处时动能最大
D.在O、x1、x2、x3处电势的关系为φ1<φ2=φO<φ3
BC
1.带电粒子(带电体)在电场中运动时重力的处理
基本粒子一般不考虑重力,带电体(如液滴、油滴、尘埃等)一般不能忽略重力,除有说明或明确的暗示外。
2.带电粒子(带电体)在电场中的常见运动及分析方法
常见运动 受力特点 分析方法
静止或匀速直线运动 合外力F合=0 共点力平衡
变速直线运动 合外力F合≠0,且与初速度方向在同一条直线上
常见运动 受力特点 分析方法
带电粒子在匀强电场中的偏转 进入电场时v0⊥E,粒子做类平抛运动
常见运动 受力特点 分析方法
带电粒子在匀强电场中的偏转 粒子斜射入电场,粒子做类斜抛运动
带电粒子在非匀强电场中运动 静电力在变化 动能定理,能量守恒定律
[例7]　(2025·四川卷)如图所示,真空中固定放置两块较大的平行金属板,板间距为d,下极板接地,板间匀强电场大小恒为E。现有一质量为m、电荷量为q(q>0)的金属微粒,从两极板中央O点由静止释放。若微粒与极板碰撞前后瞬间机械能不变,碰撞后电性与极板相同,所带电荷量的绝对值不变。不计微粒重力。求:
(2)等效最高点和最低点:在等效重力场中做圆周运动的小球,过圆心作合力的平行线,交于圆周上的两点即为等效最高点和最低点。
[基础巩固练]
1.(多选)(2025·河北卷)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(　　)
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A.1 B.2
C.3 D.5
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2.(2025·河南卷)如图,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(　　)
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3.(2025·浙江绍兴三模)如图所示,花的繁殖通常依赖昆虫(比如蜜蜂)把花粉粒从一朵花传送到另一朵花,带正电的蜜蜂在花粉囊附近盘旋时,花粉粒跳向蜜蜂粘附在身上,蜜蜂飞到下一朵花接近花的柱头(柱头通过花的内部与带负电的大地连接)时,花粉粒从蜜蜂跳到柱头上,使花受精,蜜蜂可看成带+4.5×10-11 C电荷的球形导体,静电力常量k=9.0×109 N·m2/C2,下列说法正确的是(　　)
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A.距蜜蜂中心越远的位置电势越高
B.距蜜蜂中心9.0 cm处的电场强度大小为4.5 N/C
C.蜜蜂接近花的柱头时,花粉粒主要依靠空气阻力作用落到柱头上
D.花粉粒被吸引到蜜蜂的过程中,花粉粒受到的静电力大于自身重力
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4.(2025·甘肃卷)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(　　)
D
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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
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解析　M、N两点电势相等,电场线由上到下,N、P在同一电场线上,沿电场线方向电势逐渐降低,可知N点电势和M点电势都高于P点,故A错误;M点电场线分布比N点密集,可知M点电场强度比N点大,故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,故C错误,D正确。
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[能力提升练]
5.(2025·黑吉辽蒙卷)如图,某压力传感器中平行板电容器内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(　　)
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6.(多选)(2025·湖南卷)一匀强电场的方向平行于xOy平面,平面内A点和B点的位置如图所示。电荷量为+q、-q和+2q的三个试探电荷先后分别置于O点、A点和B点时,电势能均为Ep(Ep>0)。下列说法正确的是(　　)
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7.一电场的电势φ随x的变化规律如图,图线关于φ轴对称,且A、O间距离小于B、O间距离,下列说法正确的是(　　)
A.该电场可能为匀强电场
B.一负电荷在A点的电势能大于在B点的电势能
C.一正电荷从A点移到B点电场力不做功
D.A、B间电场方向为由B指向A
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解析　φ-x图像切线的斜率表示电场强度,图中切线斜率在变化,表示电场强度发生变化,不是匀强电场,A错误;根据φ-x图像可知,A点电势小于B点电势,根据Ep=φq可知,一负电荷在A点的电势能大于在B点的电势能,B正确;一正电荷从A点移到B点,电势升高,电势能增加,电场力做负功,C错误;由于沿着电场线方向电势降低,因此A、B间电场方向为由A指向O和由B指向O,D错误。
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8.(2025·甘肃卷)离子注入机是研究材料辐照效应的重要设备,其工作原理如图1所示。从离子源S释放的正离子(初速度视为零)经电压为U1的电场加速后,沿OO'方向射入电压为U2的电场(OO'为平行于两极板的中轴线)。极板长度为l、间距为d,U2 t关系如图2所示。长度为a的样品垂直放置在距U2极板L处,样品中心位于O'点。假设单个离子在通过U2区域的极短时间内,电压U2可视为不变,当U2=±Um时,离子恰好从两极板的边缘射出。不计重力及离子之间的相互作用。下列说法正确的是(　　)
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(1)求B点的电势;
(2)求该试探电荷从A点运动到B点电场力所做的功;
(3)通过推理论证该试探电荷在运动过程中动能和电势能之和是否守恒。若不守恒,说明理由;若守恒,求出该试探电荷在运动过程中动能和电势能之和。
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(1)匀强电场的电场强度大小E;
(2)a、b两球相撞后,小球b首次经过B点时受到杆的拉力大小FT。
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