2019届二轮复习专题3第1讲电场　带电粒子在电场中的运动课件（49张） 49页

专题三 　 电场和磁场 专题复习研究 本专题内容在考试标准中有 8 个 Ⅱ 级考点 , 分别是库仑定律 , 电场强度、点电荷的电场强度 , 电势差 , 匀强电场中电势差与电场强度的关系 , 带电粒子在匀强电场中的运动 , 匀强磁场中的安培力 , 洛伦兹力公式 , 带电粒子在匀强磁场中的运动。有 13 个 Ⅰ 级考点 , 分别是物质的电结构、电荷守恒 , 静电现象的解释 , 点电荷 , 静电场 , 电场线 , 电势能、电势 , 示波管 , 常见的电容器、电容器的电压、电荷量和电容的关系 , 磁场、磁感应强度、磁感线 , 通电直导线和通电线圈周围磁场的方向 , 安培力、安培力的方向 , 洛伦兹力、洛伦兹力的方向 , 质谱仪和回旋加速器。 近五年高考命题点主要集中在 :1 . 电场性质的理解及应用 (8 次 ) 。 2 . 与平行板电容器有关的电场问题 (3 次 ) 。 3 . 带电粒子在电场中的运动 (5 次 ) 。 4 . 磁场的性质及磁场对电流的作用 (6 次 ) 。 5 . 带电粒子在磁场中的运动 (8 次 ) 。 6 . 带电粒子在叠加场中的运动 (4 次 ) 。 7 . 带电粒子在组合场中的运动 (3 次 ) 。常以计算和选择题的形式命题考查。通过考题和考试标准的对照来看 , 命题者特别重视 Ⅱ 级考点的考查。本专题命题点较多 , 题型多变 , 在复习备考时要舍得花时间 , 复习时要做到考点面面俱到还要突出重点 第 1 讲　电场　带电粒子在电场 中 的 运动 - 8 - 网络构建 要点必备 - 9 - 网络构建 要点必备 1 . 电场力的性质 (1) 电场强度的定义式 : 　　　　　　　 。   (2) 真空中点电荷的电场强度公式 : 　　　　　　　 。   (3) 匀强电场的电场强度与电势差的关系式 : 　　　　　　　 。   2 . 电场能的性质 (1) 电势的定义式 : 　　　　　　　 。   (2) 电势差的定义式 : U AB = 　　　　 。   (3) 电势差与电势的关系式 : 　　　　　　　 。   (4) 电场力做功与电势能的关系式 : 　　　　　　　 。   U AB = φ A - φ B W AB =E p A -E p B - 10 - 1 2 3 4 1 . (2018 全国 Ⅰ 卷 ) 如图 , 三个固定的带电小球 a , b 和 c , 相互间的距离分别为 ab= 5 cm, bc= 3 cm, ca= 4 cm, 小球 c 所受库仑力的合力的方向平行于 a 、 b 的连线。设小球 a 、 b 所带电荷量的比值的绝对值为 k , 则 ( 　　 ) 考点定位 : 本题考查库仑定律、受力分析及其相关的知识点 命题能力点 : 侧重考查理解能力 物理学科素养点 : 科学思维 方法技巧 : 记住并理解相关的物理概念是正确解决本题的关键。 D - 11 - 1 2 3 4 - 12 - 1 2 3 4 2 . ( 多选 )(2017 全国 Ⅰ 卷 ) 在一静止点电荷的电场中 , 任一点的电势 φ 与该点到点电荷的距离 r 的关系如图所示。电场中四个点 a 、 b 、 c 和 d 的电场强度大小分别为 E a 、 E b 、 E c 和 E d 。点 a 到点电荷的距离 r a 与点 a 的电势 φ a 已在图中用坐标 ( r a , φ a ) 标出 , 其余类推。现将一带正电的试探电荷由 a 点依次经 b 、 c 点移动到 d 点 , 在相邻两点间移动的过程中 , 电场力所做的功分别为 W a b 、 W b c 和 W c d 。下列选项正确的是 ( 　　 ) 　　　　 　　　　　　　　　　　　 A. E a ∶ E b = 4 ∶ 1 B. E c ∶ E d = 2 ∶ 1 C. W a b ∶ W b c = 3 ∶ 1 D. W b c ∶ W c d = 1 ∶ 3 AC - 13 - 1 2 3 4 解析 由题图知 , r a ∶ r b ∶ r c ∶ r d = 1 ∶ 2 ∶ 3 ∶ 6, 电场强度 E= , 故 E a ∶ E b = 4 ∶ 1,A 项正确。 E c ∶ E d = 4 ∶ 1, 故 B 项错误。根据 U ab = φ a - φ b , 由题图知 , U ab ∶ U bc ∶ U cd = 3 ∶ 1 ∶ 1, 由做功 W ab =qU ab , 故 W ab ∶ W bc = 3 ∶ 1,C 正确。 W bc ∶ W cd = 1 ∶ 1,D 项错误。 - 14 - 1 2 3 4 考点定位 : 点电荷电场、电场力做功 命题能力点 : 侧重考查理解能力和分析综合能力 物理学科素养点 : 科学思维 解题思路与方法 : 根据电势差和电势的关系及电场力做功的计算公式可以求得正确答案。 - 15 - 1 2 3 4 3 . (2016 全国 Ⅰ 卷 ) 一平行板电容器两极板之间充满云母介质 , 接在恒压直流电源上。若将云母介质移出 , 则电容器 ( 　　 ) A. 极板上的电荷量变大 , 极板间电场强度变大 B. 极板上的电荷量变小 , 极板间电场强度变大 C. 极板上的电荷量变大 , 极板间电场强度不变 D. 极板上的电荷量变小 , 极板间电场强度不变 考点定位 : 平行板电容器 命题能力点 : 侧重考查理解能力 物理学科素养点 : 科学思维 D - 16 - 1 2 3 4 - 17 - 1 2 3 4 4 . (2016 全国 Ⅱ 卷 ) 如图 , 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 a a 、 a b 、 a c , 速度大小分别为 v a 、 v b 、 v c 。则 ( 　　 ) A .a a >a b >a c , v a >v c >v b B .a a >a b >a c , v b >v c >v a C .a b >a c >a a , v b >v c >v a D .a b >a c >a a , v a >v c >v b D - 18 - 1 2 3 4 - 19 - 1 2 3 4 考点定位 : 点电荷的电场、带电粒子在电场中的运动 命题能力点 : 侧重考查理解能力 物理学科素养点 : 科学思维 解题思路与方法 : 解题关键是掌握点电荷的电场分布规律 ; 能根据粒子的运动轨迹判断粒子电性和点电荷电性的关系 ; 要知道只有电场力做功时粒子的动能与电势能之和守恒。 - 20 - 1 2 3 4 【命题规律研究及预测】 分析高考试题可以看出 , 匀强电场和点电荷的电场是常考的两种电场 , 电场线、等势面、电场强度和电势是电场中常考的概念 , 平行板电容器的动态分析也是考查的重点。题型以选择题为主。 2019 年备考过程中要尤其注意点电荷和匀强电场中的电场线、等势面的特点及关系。 - 21 - 考点一 考点二 考点三 电场性质的理解与应用 ( H ) 解题策略 　 策略 1: 电势高低的比较 (1) 根据电场线方向 , 沿着电场线方向 , 电势越来越低 ; (2) 根据电势的定义式 , 即将 +q 从电场中的某点移至无穷远处电场力做功越多 , 则该点的电势越高 ; (3) 根据电势差 U AB = φ A - φ B , 若 U AB > 0, 则 φ A > φ B , 反之 φ A < φ B 。 策略 2: 电势能变化的判断 (1) 根据电场力做功判断 , 若电场力对电荷做正功 , 电势能减少 ; 反之则增加。即 W AB =- Δ E p 。 (2) 根据能量守恒定律判断 , 电场力做功的过程是电势能和其他形式的能相互转化的过程 , 若只有电场力做功 , 电荷的电势能与动能相互转化 , 而总和应保持不变 , 即当动能增加时 , 电势能减少。 - 22 - 考点一 考点二 考点三 【典例 1 】 ( 多选 )(2018 全国 Ⅱ 卷 ) 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 W 1 ; 若该粒子从 c 点移动到 d 点 , 其电势能减小 W 2 。下列说法正确的是 ( 　　 ) A. 此匀强电场的电场强度方向一定与 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 , 则该电场的电场强度大小一定为 D. 若 W 1 =W 2 , 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 BD - 23 - 考点一 考点二 考点三 思维点拨 利用电场力做功 W=qU , 可以找到两点之间电势差的关系 , 要知道中点电势和两端点电势之间的关系。 - 24 - 考点一 考点二 考点三 方法技巧 对匀强电场的电场特征要了解 , 利用电场力做功与电势差之间的关系求解。 - 25 - 考点一 考点二 考点三 1 . ( 多选 )(2018 云南统一 检测 ) 如图所示 , a 、 b 、 c 、 d 是正方形的四个顶点 , O 是正方形对角线的交点。 ad 边和 bc 边中点处放有等量异种点电荷 +Q 、 -Q , 关于图中各点电势和电场强度的关系 , 下列说法正确的是 ( 　　 ) A. a 、 O 、 c 三点的电势关系为 φ a > φ O > φ c B. a 、 b 、 c 、 d 四个顶点处的电场强度相等 C. 在两点电荷连线上 , O 点处的电场强度最大 D. a 、 b 、 c 、 d 、 O 五个点中 O 点处的电场强度最大 AD - 26 - 考点一 考点二 考点三 解析 根据等量的异种电荷连线中垂线即为等势线 , 即 φ O = 0, a 点电势大于零 , c 点电势小于零 , 所以 φ a > φ O > φ c , 故 A 正确 ; 根据电场的叠加原理可知 , a 、 b 、 c 、 d 四点的电场强度大小相等 , 方向不同 , 故 B 错误 ; 由等量异种电荷电场线分布可知 , 在两点电荷连线上 , 电场强度先减小后增大 , 所以 O 点电场强度最小 , 故 C 错误 ; 根据电场的叠加原理可知 , , 其余四点的电场强度大小均小于 E O , 故 D 正确。 点睛 解决本题关键是理解等量异种电荷电场线分布和电场的叠加原理。 - 27 - 考点一 考点二 考点三 2 . ( 多选 )(2018 湖北 4 月调研 ) 如图所示 , 均匀带电的半圆环在圆心 O 点产生的电场强度为 E 、电势为 φ , 把半圆环分成 AB 、 BC 、 CD 三部分。下列说法正确的是 ( 　　 ) AD - 28 - 考点一 考点二 考点三 解析 如图所示 , B 、 C 两点把半圆环等分为三段 。 - 29 - 考点一 考点二 考点三 3 . ( 多选 )(2018 山东日照二模 ) 静电场方向平行于 x 轴 , 其电势 φ 随 x 的变化如图所示。一带电粒子 , 从 x=d 处由静止释放 , 粒子将向 x 轴负方向运动。忽略重力 , 下列判断正确的是 ( 　　 ) A. 粒子带负电 B. x= 0 处的电场强度最大 C. 粒子做匀变速直线运动 D. 粒子恰能运动到 x=-d 处 AD 解析 带电粒子从 x=d 处由静止释放 , 粒子将向 x 轴负方向运动 , 即粒子先向高电势点运动 , 故粒子带负电 , 选项 A 正确 ; 因 φ - x 线的斜率等于电场强度 , 则 x= 0 处的电场强度为零 , 选项 B 错误 ; 因 φ - x 线斜率不是定值 , 故此电场不是匀强电场 , 粒子不做匀变速直线运动 , 选项 C 错误 ; 因 x=-d 与 x=d 处电势相等 , 故在两处的动能相同 , 粒子恰能运动到 x=-d 处 , 选项 D 正确 ; 故选 AD 。 - 30 - 考点一 考点二 考点三 与平行板电容器有关的电场问题 ( M ) 规律 方法 　 平行板电容器的动态问题分析 对电容器的动态讨论 , 首先要知道电容器问题的两种情况 , 电容器的电荷量一定或电容器两板间的电势差一定 ; 其次要掌握三个基本公式 : 。同时 , 记住一个特殊的结论 , 即电容器的电荷量一定时 , 电容器两板间的电场强度大小与两板间距无关。 - 31 - 考点一 考点二 考点三 【典例 2 】 (2018 北京卷 ) 研究与平行板电容器电容有关因素的实验装置如图所示。下列说法正确的是 ( 　　 )   A. 实验前 , 只用带电玻璃棒与电容器 a 板接触 , 能使电容器带电 B. 实验中 , 只将电容器 b 板向上平移 , 静电计指针的张角变小 C. 实验中 , 只在极板间插入有机玻璃板 , 静电计指针的张角变大 D. 实验中 , 只增加极板带电荷量 , 静电计指针的张角变大 , 表明电容增大 思维点拨 本题是电容器动态变化分析问题 , 关键抓住两点 : 一是电容器的电荷量不变 ; 二是电容与哪些因素有什么关系。 A - 32 - 考点一 考点二 考点三 - 33 - 考点一 考点二 考点三 4 . ( 多选 )(2018 安徽宿州一质检 ) 如图为某一机器人上的电容式位移传感器工作时的简化模型图。当被测物体在左右方向发生位移时 , 电介质板随之在电容器两极板之间移动 , 连接电容器的静电计会显示电容器电压的变化 , 进而能测出电容的变化 , 最后就能探测到物体位移的变化 , 若静电计上的指针偏角为 θ , 则被测物体 ( 　　 ) A. 向左移动时 , θ 增加 B. 向右移动时 , θ 增加 C. 向左移动时 , θ 减少 D. 向右移动时 , θ 减少 BC - 34 - 考点一 考点二 考点三 - 35 - 考点一 考点二 考点三 5 . (2018 河北邢台上学期期末 ) 如图所示 , 空间存在两块相互平行的绝缘带电薄金属板 A 、 B , 间距为 d , 中央分别开有小孔 O 、 P 。现有甲电子以速率 v 0 从 O 点沿 OP 方向运动 , 恰能运动到 P 点。若仅将 B 板向右平移距离 d , 再将乙电子从 P' 点由静止释放 , 则 ( 　　 )   A. 金属板 A 、 B 组成的平行板电容的电容 C 不变 B. 金属板 A 、 B 间的电压减小 C. 甲、乙两电子在板间运动时的加速度相同 D. 乙电子运动到 O 点的速率为 2 v 0 C - 36 - 考点一 考点二 考点三 - 37 - 考点一 考点二 考点三 6 . ( 多选 )(2018 山东淄博一中三模 ) 某实验小组用图示装置探究影响平行板电容器电容的因素。若两极板正对面积为 S , 极板间的距离为 d , 静电计指针偏角为 θ 。实验中 , 假定极板所带电荷量不变 , 下列判断中正确的是 ( 　　 )   A. 保持 S 不变 , 增大 d , 则 C 变小 , θ 变大 B. 保持 S 不变 , 增大 d , 则 C 变大 , θ 变小 C. 保持 d 不变 , 减小 S , 则 C 变小 , θ 变大 D. 保持 d 不变 , 减小 S , 则 C 变大 , θ 变小 AC - 38 - 考点一 考点二 考点三 - 39 - 考点一 考点二 考点三 带电粒子在电场中的运动 ( H ) 规律方法 　 带电粒子在电场中运动问题的分析思路 (1) 首先分析粒子的运动规律 , 确定粒子在电场中做直线运动还是曲线运动。 (2) 对于直线运动问题 , 可根据对粒子的受力分析与运动分析 , 从以下两种途径进行处理 : ① 如果是带电粒子受恒定电场力作用下的直线运动问题 , 应用牛顿第二定律找出加速度 , 结合运动学公式确定带电粒子的速度、位移等。 ② 如果是非匀强电场中的直线运动 , 一般利用动能定理研究全过程中能的转化 , 研究带电粒子的速度变化、运动的位移等。 - 40 - 考点一 考点二 考点三 (3) 对于曲线运动问题 , 一般是类平抛运动模型 , 通常采用运动的合成与分解方法处理。通过对带电粒子的受力分析和运动规律分析 , 借助运动的合成与分解 , 寻找两个分运动 , 再应用牛顿运动定律或运动学方程求解。 (4) 当带电粒子从一个电场区域进入另一个电场区域时 , 要注意分析带电粒子的运动规律的变化及两区域电场交界处的有关联的物理量 , 这些关联量往往是解决问题的突破口。 - 41 - 考点一 考点二 考点三 【典例 3 】 ( 多选 ) (2018 全国 Ⅲ 卷 ) 如图 , 一平行板电容器连接在流电源上 , 电容器的极板水平 ; 两微粒 a 、 b 所带电荷量大小相等、符号相反 , 使它们分别静止于电容器的上、下极板附近 , 与极板距离相等。现同时释放 a 、 b , 它们由静止开始运动。在随后的某时刻 t , a 、 b 经过电容器两极板间下半区域的同一水平面。 a 、 b 间的相互作用和重力可忽略。下列说法正确的是 ( 　　 ) A. a 的质量比 b 的大 B. 在 t 时刻 , a 的动能比 b 的大 C. 在 t 时刻 , a 和 b 的电势能相等 D. 在 t 时刻 , a 和 b 的动量大小相等 思维点拨 本题要综合应用电容器、带电微粒在电场中的运动、牛顿运动定律、电势能、动量定理相关的知识点分析解决。 BD - 42 - 考点一 考点二 考点三 - 43 - 考点一 考点二 考点三 7 . (2018 山东日照二模 ) 图甲为两水平金属板 , 在两板间加上周期为 T 的交变电压 u , 电压 u 随时间 t 变化的图线如图乙所示。质量为 m 、重力不计的同种带电粒子以初速度 v 0 沿中线射入两板间 , 经时间 T 从两板间飞出。下列关于粒子运动的描述错误的是 ( 　　 )   A. t= 0 时入射的粒子 , 离开电场时偏离中线的距离最大 B. t= T 时入射的粒子 , 离开电场时偏离中线的距离最大 C. 无论哪个时刻入射的粒子 , 离开电场时的速度方向都水平 D. 无论哪个时刻入射的粒子 , 离开电场时的速度大小都相等 B - 44 - 考点一 考点二 考点三 解析 粒子在电场中运动的时间是相同的 ; t= 0 时入射的粒子 , 在竖直方向先加速 , 然后反向减速 , 离开电场区域 , 故 t= 0 时入射的粒子离开电场时偏离中线的距离最大 , 选项 A 正确 ; 而 t= T 时入射的粒子 , 在竖直方向先加速 , 然后反向减速为零 , 再反向加速 , 反向减速 , 最后离开电场区域 , 故此时刻射入的粒子离开电场时偏离中线的距离不是最大 , 选项 B 错误 ; 因粒子在电场中运动的时间等于电场变化的周期 T , 根据动量定理 , 竖直方向电场力的冲量的矢量和为零 , 故所有粒子离开电场时的竖直速度为零 , 即最终都垂直电场方向射出电场 , 离开电场时的速度大小都等于初速度 , 选项 C 、 D 正确。 - 45 - 考点一 考点二 考点三 8 . (2018 河南洛阳期中 ) 位于竖直平面内的直角坐标系 xOy , x 轴沿水平方向 , 第一象限的角平分线 OA 的上方存在有界匀强电场 , 电场强度 , 方向竖直向下 , 第二象限内有另一匀强电场 E 2 , 电场方向与 x 轴正方向成 45 ° 角斜向上 , 如图所示。有一质量为 m 、电荷量为 +q 的带电小球在水平细线的拉力作用下恰好静止在坐标 ( -l ,6 l ) P 处。现剪断细线 , 小球从静止开始运动 , 先后经过两电场后 , 从 A 点进入无电场区域 , 最终打在 x 轴上 D 点 , 已知重力加速度为 g , 试求 : (1) 电场 E 2 的电场强度 ; (2) A 点的位置坐标 ; (3) 到达 D 点时小球的动能。 - 46 - 考点一 考点二 考点三 - 47 - 考点一 考点二 考点三 (3) 从 P 到 D 全过程运用动能定理得 E k =qE 2 l sin 45 ° +qE 1 (6 l- 2 l ) + 6 mgl= 19 mgl - 48 - 考点一 考点二 考点三 9 . (2018 安徽马鞍山二质检 ) 如图所示 , xOy 为竖直平面内的直角坐标系 , 空间存在着沿 x 轴正方向的匀强电场。一带正电小球 , 质量为 m , 电荷量为 q 。将其从 O 点由静止释放 , 小球在第四象限内沿与 x 轴成 45 ° 角直线运动。重力加速度为 g 。   (1) 求电场强度大小 ; (2) 若小球从 O 点以速度 v 0 进入第一象限 , 方向与 x 轴成 45 ° 角。求小球再次经过 x 轴时 , 距 O 点的距离。 - 49 - 考点一 考点二 考点三