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文档介绍
【物理】2019届二轮复习电场的性质学案
第10讲 电场的性质 [考试要求和考情分析] 考试内容 选考要求 历次选考统计 命题角度 2016/04 2016/10 2017/04 2017/11 2018/04 2018/11 物理学史、库仑定律、电场强度与电场力的性质、电势差与电场能的性质、电容器相关问题 电荷及其守恒定律 c 6 库仑定律 c 13 13 6 8 电场强度 c 8 8 23 19 11 电势能和电势 c 13 8 11 6 电势差 c 23 电势差与电场强度的关系 c 静电现象的应用 b 库仑力作用下的平衡问题 [要点总结] 具体分析步骤 [典例分析] 【例1】 (2018·浙江选考适应性考试)如图1所示,绝缘细线AB和BC系一个质量为m、带电荷量为q的带正电小球a,AB细线长为l,与竖直方向的夹角为θ= 30°,x轴为与ABC同一竖直面内的水平方向,带电小球b从左侧无穷远处沿+x方向移动到右侧无穷远处,A点到x轴的距离为l。 当b球经过A点正下方时,水平绝缘细线BC的拉力恰为零。若将带电小球视为点电荷,静电力恒量为k,重力加速度为g。下列说法正确的是( ) 图1 A.b球带负电荷 B.b球带电荷量为 C.b球位于a球正下方时,细线AB上的拉力大小为BC拉力大小的2倍 D.b球位于a球正下方时,细线BC上的拉力大小为 解析 当b球经过A点正下方时,分析a球的受力情况,如图所示。 根据平衡条件,可知b球对a球有排斥力,所以b球带正电,选项A错误;由几何关系知:此时ab连线与竖直方向的夹角也等于θ,ab的长为l,由对称性知F= T,由平衡条件得mg=2Fcos 30°,可得F=mg,由库仑定律F=k,解得qb=,选项B错误;b球位于a球正下方时,a、b间距离为l′=l,a球所受的库仑力大小为F′=k=,对a球,水平方向有TABsin 30°=TBC,解得TAB=2TBC,竖直方向有TABcos 30°+F′=mg,联立解得TBC=,选项D错误,C正确。 答案 C [精典题组] 1.如图2所示,水平天花板下用长度相同的绝缘细线悬挂起来的两个相同的带电小球A、B,左边放一带正电的固定球P时,(P与A、B在同一水平面上)两悬线都保持竖直方向。下面说法正确的是( ) 图2 A.A球带正电,B球带负电;并且A球带电荷量较B球带电荷量大 B.A球带正电,B球带负电,并且A球带电荷量较B球带电荷量小 C.A球带负电,B球带正电,并且A球带电荷量较B球带电荷量小 D.A球带负电,B球带正电,并且A球带电荷量较B球带电荷量大 解析 存在固定球P时,对A、B球受力分析,由于悬线都沿竖直方向,说明水平方向各自合力为零,说明A球带负电而B球带正电。由于A、B球在水平方向各受两个力,而A、B之间的库仑力大小相等,方向相反,可得P对A、B的水平方向的库仑力大小相等,方向相反。根据F=k以及A离P近,可知A球带电荷量较小,B球带电荷量较大,选项C正确。 答案 C 2.(2018·浙江诸暨市牌头中学高三期中)如图3所示,A和B均可视为点电荷,A固定在绝缘支架上,B通过绝缘轻质细线连接在天花板上,由于二者之间库仑力的作用细线与水平方向成30°角。A、B均带正电,电荷量分别为Q、q,A、B处于同一高度,二者之间的距离为L。已知静电力常量为k,重力加速度为g。则B的质量为( ) 图3 A. B. C. D. 解析 因为B球处于静止状态,B球受到重力、绳子的拉力以及A对B的库仑力,根据平衡条件得tan 30°=,解得mB=,选项D正确,A、B、C错误。 答案 D 电场强度的理解与计算 [要点总结] 1.多个电荷在空间某处产生的电场为各电荷在该处产生的电场场强的矢量和,遵循平行四边形定则。 2.电场强度叠加问题的求解思路 (1)确定分析计算的空间位置; (2)分析该处有几个分电场,先计算出各个分电场在该点的电场强度的大小和方向; (3)依次利用平行四边形定则求出矢量和。 [典例分析] 【例2】 (2018·浙江十校联盟适应性考试)如图4所示,在水平向右的匀强电场中的O点固定一点电荷+Q,a、b、c、d、e、f为以O点为球心的同一球面上的点,aecf平面水平,bedf平面与匀强电场线垂直,则下列说法中正确的是( ) 图4 A.试探电荷+q在a、c两点所受电场力相同 B.试探电荷+q在d、f两点所受电场力相同 C.将点电荷+q从球面上b点移到c点,电场力做功为零 D.将点电荷+q在球面上任意两点之间移动,从a点移动到c点的电势能变化量最大 解析 在点电荷+Q产生的电场中a、c两点电场强度大小相等,方向相反,而根据电场的叠加原理可知,a、c两点的合场强大小不相等,试探电荷+q在a、c两点所受电场力不相同,选项A错误;在点电荷+Q产生的电场中d、f点电场强度大小相等,方向垂直,而根据电场的叠加原理可知,d、f两点的合场强大小相等,方向不相同,则试探电荷+q在d、f两点所受电场力不相同,选项B错误;将点电荷+q从球面上b点移到c点,点电荷的电场力不做功,但匀强电场的电场力却做功,所以电场力做功不为零,选项C错误;将点电荷+q在球面上任意两点之间移动,点电荷的电场力不做功;而a、c两点间的电势差最大,由公式W=Uq知,匀强电场的电场力做功最大,则从a点移动到c点的电势能变化量最大,选项D正确。 答案 D [精典题组] 3.(2018·浙江临安选考模拟)如图5所示,B为线段AC的中点,如果在A处放一个+Q的点电荷,测得B处的场强EB=48 N/C,则( ) 图5 A.EC=24 N/C B.EC=12 N/C C.若要使EB=0,可在C处放一个-Q的点电荷 D.把q=10-9 C的点电荷放在C点,则其所受电场力的大小为6×10-9 N 解析 由真空中点电荷的场强公式E=知,选项A错误,B正确;根据场的叠加及点电荷产生的场强方向知,应在C处放一等量同种电荷,选项C错误;F=qEC=1.2×10-8 N,选项D错误。 答案 B 4.(2018·浙江江山选考模拟)如图6所示,一段均匀带电的半圆形细线在其圆心O处产生的场强为E,把细线分成等长的圆弧、、,则圆弧在圆心O处产生的场强为( ) 图6 A.E B. C. D. 解析 设每段圆弧在O点产生的电场强度大小为E′,则有E′+2E′cos 60°=E,得E′=E,选项B正确。 答案 B 电势高低及电势能(变化)大小的判断 [要点总结] 1.电势高低的判断 判断角度 判断方法 依据电场线方向 沿电场线方向电势逐渐降低 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 依据场源电荷的正负 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 2.电势能(变化)大小的判断 判断角度 判断方法 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 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 公式法 由Ep=qφ将q、φ的大小、正负号一起代入公式,Ep的正值越大,电势能越大;Ep的负值越小,电势能越大 能量守恒法 在电场中,若只有电场力做功,电荷的动能和电势能相互转化,动能增大,电势能减小,反之,动能减小,电势能增大 [典例分析] 【例3】 (2018·浙江桐乡茅盾中学第一次校考)如图7所示,两个等量异种点电荷+Q、-Q分别固定在水平直线上相距为L的两点,以+Q所在点为圆心、为半径作一个虚线圆,a、b、c、d是圆上的四个点,其中a、c两点是圆与水平直线的交点,b、d两点关于水平直线对称,令无穷远处电势为零,则( ) 图7 A.a、c两点的电势相等 B.四个点中c点的电势最低 C.b、d两点处的电场强度相同 D.将一正试探电荷从无穷远处移到c点,电势能增大 解析 根据等量异种电荷的电场分布可知,c点电势为零,a点电势高于零,选项A错误;因过两点荷连线的垂直 平分线上各点电势均为零,而在此垂直平分线左侧的电势均高于零,可知四个点中c点的电势最低,选项B正确;该电场中的电场强度关于两电荷连线对称,所以b、d两点场强大小相等,方向是对称的,是不相同的,选项C错误;c点在两个电荷连线的中点上电势为零,所以它的电势和无穷远处的电势相等,则将一正试探电荷从无穷远处移到c点,电势能不变,选项D错误。 答案 B [精典题组] 5.(2018·浙江路桥中学高二月考)某点电荷和金属圆环间的电场线分布如图8所示,下列说法正确的是( ) 图8 A.a点的电势高于b点的电势 B.若将一正试探电荷由a点移到b点,电场力做负功 C.c点的电场强度大于d点的电场强度 D.负试探电荷在c点电势能小于它在d点的电势能 解析 由沿电场线的方向电势降落和电场线与等势面垂直的特点,可知a点的电势低于b点的电势,选项A错误;由电势能的公式Ep=qφ,可得出a点的电势能低于b点的电势能,由电场力做功与电势能变化的关系,说明电场力做了负功,选项B正确;因为电场线的疏密表示电场的强弱,故c点的电场强度小于d点的电场强度,选项C错误;c点的电势低于d点,则负试探电荷在c点电势能大于它在d点的电势能,选项D错误。 答案 B 6.如图9所示, A、B、 C、D是真空中一正四面体的四个顶点,每条棱长均为l。在正四面体的中心固定一电荷量为-Q的点电荷,静电力常量为k,下列说法正确的是( ) 图9 A.A、B两点的场强相同 B.A点电场强度大小为 C.A点电势高于C点电势 D.将一正电荷从A点沿直线移动到B点的过程中,电场力一直不做功 解析 由于点电荷在正四面体的中心,由对称性可知,A、B两点的场强大小相等,但是方向不同,选项A错误;由立体几何知识可知,正四面体的中心到顶点的距离为l,由E===,选项B正确;电势为标量,由对称性可知A点电势等于C点电势,选项C错误;从A点沿直线移动到B点的过程中电势先降低再升高,对于正电荷而言,其电势能先变小再变大,所以电场力先做正功,再做负功,选项D错误。 答案 B 电势差与电场强度的关系 [要点总结] 在匀强电场中由公式U=Ed得出的“一式、二结论” (1)“一式”:E==,其中d是沿电场线方向上的距离。 (2)“二结论” 结论1:匀强电场中的任一线段AB的中点C的电势φC=,如图10所示。 图10 图11 结论2:匀强电场中若两线段AB∥CD,且AB=CD,则UAB=UCD(或φA-φB=φC-φD),如图11所示。 [典例分析] 【例4】 (2018·浙江学军中学高二月考)如图12所示,A、B、C、D是匀强电场中的四个点,D是BC的中点,A、B、C构成一个直角三角形,AB长为1 m,电场线与三角形所在的平面平行,已知φA=5 V、φB=-5 V、φC=15 V,由此可以判断( ) 图12 A.场强的方向由C指向B B.场强的方向垂直AD连线斜向上 C.场强的大小为10 V/m D.场强的大小为 V/m 解析 由题意φA=5 V、φB=-5 V、φC=15 V,则B、C连线的中点D的电势为φD== V=5 V,则φD=φA,A、D为一条等势线。根据电场线与等势线垂直,可知场强的方向垂直于AD连线斜向下,选项A、B错误;场强的大小为E== V/m= V/m,选项C错误,D正确。 答案 D [精典题组] 7.如图13所示,带有等量异号电荷的一对平行金属板A、B间为一匀强电场,A、B相距6 cm,C、D为电场中的两点(其中C点在金属板上),且CD=4 cm,CD连线和场强方向成60°角。已知电子从D点移到C点静电力做功为3.2×10-17 J,则匀强电场的场强E及A、B两点间的电势差UAB为( ) 图13 A.2×104 N/C;450 V B.1×104 N/C;450 V C.1×105 N/C;600 V D.1×104 N/C;600 V 解析 由题知,电子由D移到C静电力做正功W=qELCD cos 60°,则E= N/C=1×104 N/C。由于电子从D移到C静电力做正功,因此,受到的静电力方向向上,电子带负电,则场强方向为A→B。A、B间电势差为UAB=EdAB=1×104×6×10-2 V=600 V,故选项D正确。 答案 D 8.(2018·浙江黄岩模拟)如图14所示,A、B、C、D、E、F为匀强电场中一个边长为10 cm的正六边形的六个顶点,A、B、C三点电势分别为1 V、2 V、3 V,正六边形所在平面与电场线平行。下列说法错误的是( ) 图14 A.通过CD和AF的直线应为电场中的两条等势线 B.匀强电场的电场强度大小为10 V/m C.匀强电场的电场强度方向为由C指向A D.将一个电子由E点移到D点,电子的电势能将减少1.6×10-19 J 解析 由AC的中点电势为2 V,所以BE为等势线,CD、AF同为等势线,选项A正确;CA为电场线方向,电场强度大小E== V/m= V/m,选项B错误,C正确;由UED=UBC=-1 V,WED=-eUED=1.6× 10-19 J,选项D正确。 答案 B 电场线、等势面与运动轨迹问题易错分析 【例】 如图15所示,实线为方向未知的三条电场线,虚线分别为等势线1、2、3,已知MN=NQ,带电荷量相等的a、b两带电粒子从等势线2上的O点以相同的初速度飞出。仅在电场力作用下,两粒子的运动轨迹如图所示,则( ) 图15 A.a一定带正电,b一定带负电 B.a加速度减小,电势能减小,b加速度增大,电势能增大 C.M、N两点间的电势差|UMN|等于N、Q两点间的电势差|UNQ| D.a粒子到达等势线3的动能变化量比b粒子到达等势线1的动能变化量小 [错因分析] 此题易出现以下两种错误:(1)a、b两带电粒子偏转方向相反,故两者电性相反,A项正确;(2)在电场中MN=NQ,所以电势差也相等,C项正确。 [正解展示] 因为不知道电场线的方向,无法确定a、b两粒子的电性,选项A错误;b向电场线密集的地方运动,即b向电场强度大的地方运动。a向电场线稀疏的地方运动,即a向电场强度小的地方运动,所以b的加速度增大,a的加速度减小,由运动轨迹可以判断两粒子都向电场力的方向偏转,电场力都做正功,电势能都减小,选项B错误;从M到N和从N到Q,场强EMN>ENQ,所以对应的电势差|UMN|>|UNQ|,选项C错误;由于两粒子带电荷量相等,WMN=|qUMN|=ΔEkb,WNQ=|qUNQ|=ΔEka,因为|UMN|>|UNQ|,所以WMN>WNQ,因此ΔEkb>ΔEka,选项D正确。 答案 D 由运动的轨迹判断电场的性质应注意的问题 1.从轨迹弯曲方向判断受力方向(说明:粒子受力方向一定沿电场线指向轨迹凹侧),从而分析电场方向或电荷的正负; 2.结合带电粒子速度方向与电场力的方向,确定电场力做功的正负(说明:若速度方向与电场力方向夹角小于90°,电场力做正功;若夹角大于90°,电场力做负功),从而确定电势能、电势的变化等。 1.(2018·4月浙江选考)真空中两个完全相同、带等量同种电荷的金属小球A和B(可视为点电荷),分别固定在两处,它们之间的静电力为F。用一个不带电的同样金属球C先后与A、B球接触,然后移开球C,此时A、B球间的静电力为( ) A. B. C. D. 解析 设A、B两金属小球开始带电荷量为Q,距离为r,F=k,用一个不带电的金属球C先后与A、B接触,与A接触完后,A、C带电荷量分别为,再与B接触后,B、C带电荷量分别为Q,F′=k=F,因此选项C正确。 答案 C 2.(2017·11月浙江选考)电场线的形状可以用实验来模拟,把头发屑悬浮在蓖麻油里,加上电场,头发屑就按照电场的方向排列起来,如图16所示。关于此实验,下列说法正确的是( ) 图16 A.a图是模拟两等量同种电荷的电场线 B.b图一定是模拟两等量正电荷的电场线 C.a图中的A、B应接高压起电装置的两极 D.b图中的A、B应接高压起电装置的两极 解析 由题图可以看出,a图为两异种电荷形成的电场线,所以选项A错误;b图为同种电荷形成的电场线,但无法确定是否为等量同种电荷及电性,选项B错误;a图中的A、B应接高压起电装置的两极,b图中A、B应接高压起电装置的同一极,选项C正确,D错误。 答案 C 3.(2016·4月浙江学考)如图17所示,真空中有两个点电荷Q1=+9.0×10-8 C和Q2=-1.0×10-8 C,分别固定在x坐标轴上,其中Q1位于x=0处,Q2位于x=6 cm处。在x轴上( ) 图17 A.场强为0的点有两处 B.在x>6 cm区域,电势沿x轴正方向降低 C.质子从x=1 cm运动到x=5 cm处,电势能升高 D.在0<x<6 cm和x>9 cm的区域,场强沿x轴正方向 解析 分析可知,只有在Q2的右侧某一点的电场强度才为零,选项A错误;由k-k=0得:x=9 cm,所以当6 cm<x<9 cm,电场线方向向左,电势升高,选项B错误;质子从x=1 cm运动到x=5 cm,电场力做正功,电势能减小,选项C错误;在0<x<6 cm和x>9 cm的区域,场强沿x轴正方向,选项D正确。 答案 D 4.(2018·4月浙江选考)一带电粒子仅在电场力作用下从A点开始以-v0做直线运动,其v-t图象如图18所示。粒子在t0时刻运动到B点,3t0时刻运动到C点,下列判断正确的是( ) 图18 A.A、B、C三点的电势关系为φB>φA>φC B.A、B、C三点的场强大小关系为EC>EB>EA C.粒子从A点经B点运动到C点,电势能先增加后减少 D.粒子从A点经B点运动到C点,电场力先做正功后做负功 解析 由题图v-t图象知道带电粒子在0~t0时间内做减速运动,电场力做负功,电势能增大;在t0~3t0时间内反方向加速运动,电场力做正功,电势能减小,选项C正确,D错误;因为不知道带电粒子电性,本题中无法判断电势的高低,选项A错误;图象中斜率表示带电粒子的加速度,由Eq=ma,可知A、B、C三点中EB最大,选项B错误。 答案 C 5.(2018·11月浙江选考)等量异种电荷的电场线如图19所示,下列表述正确的是( ) 图19 A.a点的电势低于b点的电势 B.a点的场强大于b点的场强,方向相同 C.将一负电荷从a点移到b点电场力做负功 D.负电荷在a点的电势能大于在b点的电势能 解析 沿电场线方向电势降低,a点的电势高于b点的电势,选项A错误;电场线的疏密表示电场强弱,故a点的场强大于b点的场强;电场线在某一点的切线方向为该点的场强方向,故a、b两点的场强方向不同,选项B错误;把一负电荷从a点移到b点电场力做负功,电势能增大,选项C正确,D错误。 答案 C 6.(2018·11月浙江选考)电荷量为4×10-6 C的小球绝缘固定在A点,质量为0.2 kg、电荷量为-5×10-6 C的小球用绝缘细线悬挂,静止于B点。A、B间距离为30 cm,AB连线与竖直方向夹角为60°,静电力常量为9.0×109 N·m2/C2,小球可视为点电荷,下列图示正确的是( ) 解析 A、B两小球间的库仑力为FAB=k=9.0×109× N=2 N,B球的重力GB=mg=2 N,可见FAB=GB,所以FAB与GB 合力方向与GB方向的夹角为60°,如图所示。由于B球处于静止状态,所以绳的拉力方向与竖直方向夹角为60°,选项B正确。 答案 B 选择题(在每小题给出的四个选项中,只有一项是符合题目要求的) 1.(2018·浙江教育绿色评价联盟适应性考试)如图1所示,是某验电器的结构图。下列相关说法正确的是( ) 图1 A.金属箔张开过程,电势能一定减少 B.金属箔张开过程,电场力一定做负功 C.两金属箔张开,说明金属盘带正电 D.两片金属箔张开时,可能带异种电荷 解析 验电器利用同种电荷互相排斥的原理,当用带电体接触验电器的金属球时,就有一部分电荷转移到验电器的金属箔片上,金属箔带上了同种电荷,这两片金属箔由于带同种电荷互相排斥而张开,在张开的过程中电场力做正功,电势能减少,而验电器只能判断物体是否带电,不能说明是哪种电荷,故也不能说明金属盘带哪种电荷,选项A正确,B、C、D错误。 答案 A 2. (2018·浙江衢州质检)电场中某三条等势线如图2中实线a、b、c所示。一电子仅在电场力作用下沿直线从P运动到Q,已知电势φa>φb>φc,这一过程电子运动的v-t图象可能是下图中的( ) 图2 解析 结合φa>φb>φc,由题图等势线的特点可确定此电场为非匀强电场,且Q点处电场强度小于P点处电场强度,电子仅在电场力作用下沿直线从P运动到Q,将做加速度越来越小的加速运动,选项A正确。 答案 A 3.如图3所示的同心圆是电场中的一簇等势线,一个电子只在电场力作用下沿着直线由A→C运动时的速度越来越小,B为线段AC的中点,则下列说法正确的是( ) 图3 A.电子沿AC方向运动时受到的电场力越来越小 B.电子沿AC方向运动时它具有的电势能越来越大 C.电势差UAB=UBC D.电势φA<φB<φC 解析 该电场为负点电荷电场,电子沿AC方向运动时受到的电场力越来越大,选项A错误;根据电子只在电场力作用下沿着直线由A→C运动时的速度越来越小,它具有的电势能越来越大,选项B正确;由于电场为非匀强电场,电势差UAB查看更多
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