物理人教版學(xué)案與測評第1章 靜電場 電勢能與電勢差（課件）

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歡迎進(jìn)入物理課堂 第六章靜電場電勢能與電勢差 第1節(jié)電場力性質(zhì)的描述 例1 2009 浙江 如圖所示 在光滑絕緣水平面上放置3個電荷量均為q q 0 的相同小球 小球之間用勁度系數(shù)均為k0的輕質(zhì)彈簧絕緣連接 當(dāng)3個小球處在靜止?fàn)顟B(tài)時 每根彈簧長度為l 已知靜電力常量為k 若不考慮彈簧的靜電感應(yīng) 則每根彈簧的原長為 A B C D 解析 第三個小球受三個力的作用 它們的關(guān)系為 可得 故 答案 C 1 2009 江蘇 兩個分別帶有電荷量 Q和 3Q的相同金屬小球 均可視為點(diǎn)電荷 固定在相距為r的兩處 它們間庫侖力的大小為F 兩小球相互接觸后將其固定距離變?yōu)?則兩球間庫侖力的大小為 A B C D 答案 C 解析 本題考查庫侖定律及帶電體電量的轉(zhuǎn)移問題 接觸前兩個點(diǎn)電荷之間的庫侖力大小為 兩個相同的金屬球各自帶電 接觸后再分開 其所帶電量先中和后平分 所以兩球分開后各自帶電為 Q 距離又變?yōu)樵瓉淼?庫侖力為 所以兩球間庫侖力的大小為 選項C正確 例2 2010 中山模擬 如圖所示 AC BD為圓的兩條互相垂直的直徑 圓心為O 將帶有等電荷量q的正 負(fù)點(diǎn)電荷放在圓周上 它們的位置關(guān)于AC對稱 要使圓心O處的電場強(qiáng)度為零 可在圓周上再放置一個適當(dāng)電荷量的正點(diǎn)電荷 Q 則該點(diǎn)電荷 Q應(yīng)放在 A A點(diǎn)B B點(diǎn)C C點(diǎn)D D點(diǎn) 點(diǎn)撥 解析 由電場的疊加原理和對稱性可知 q q在O點(diǎn)的合場強(qiáng)方向應(yīng)沿OD方向 要使O點(diǎn)的合場強(qiáng)為零 放上的電荷 Q在O點(diǎn)的場強(qiáng)方向應(yīng)與 q q在O點(diǎn)的合場強(qiáng)方向相反 故D正確 答案 D 2 2009 上海 兩帶電量分別為q和 q的點(diǎn)電荷放在x軸上 相距為L 能正確反映兩電荷連線上場強(qiáng)大小E與x關(guān)系的是 解析 由等量異種點(diǎn)電荷的電場強(qiáng)度的關(guān)系可知 在兩電荷連線中點(diǎn)處電場強(qiáng)度最小 但不是零 從兩點(diǎn)電荷向中點(diǎn)電場強(qiáng)度逐漸減小 故A正確 答案 A 例3 2010 廈門測試 某靜電場中的電場線如圖所示 帶電粒子在電場中僅受電場力作用 其運(yùn)動軌跡如圖線AB所示 且由A運(yùn)動到B 則以下說法正確的是 A 粒子必定帶正電荷B 粒子在A點(diǎn)的加速度大于它在B點(diǎn)的加速度C 粒子在A點(diǎn)的加速度小于它在B點(diǎn)的加速度D 粒子在A點(diǎn)的動能小于它在B點(diǎn)的動能 點(diǎn)撥 1 根據(jù)電場線的疏密判斷電場 電場力 的強(qiáng)弱 2 根據(jù)軌跡的偏轉(zhuǎn)與切線方向判斷電場力的大致方向 解析 根據(jù)電荷運(yùn)動軌跡彎曲的情況 可以確定點(diǎn)電荷受電場力的方向沿電場線方向 故此點(diǎn)電荷帶正電 選項A正確 由于電場線越密場強(qiáng)越大 點(diǎn)電荷受電場力就越大 根據(jù)牛頓第二定律可知其加速度也越大 故此點(diǎn)電荷在B點(diǎn)加速度大 選項B錯誤 選項C正確 粒子從A點(diǎn)到B點(diǎn)電場力做正功 根據(jù)動能定理可知點(diǎn)電荷在B點(diǎn)動能大 選項D正確 答案 ACD 3 如圖甲所示 A B是一條電場線上的兩點(diǎn) 若在A點(diǎn)釋放一初速度為零的電子 電子僅受電場力作用 并沿電場線從A運(yùn)動到B 其速度隨時間變化規(guī)律如圖乙所示 設(shè)A B兩點(diǎn)的電場強(qiáng)度分別為EA EB 電勢分別為 則 A EA EBB EA EBC D 解析 由v t圖線可以看出 電子在電場力作用下做勻加速直線運(yùn)動 其所受電場力為一恒力 該電場為勻強(qiáng)電場 A B兩點(diǎn)場強(qiáng)相等 A正確 電子所受電場力的方向與場強(qiáng)方向相反 所以電場線方向由B指向A 沿電場線方向電勢降低 故B點(diǎn)電勢大于A點(diǎn)電勢 D正確 答案 AD 錯解 順電場線方向電勢降低 故 因?yàn)闊o窮遠(yuǎn)處電勢為零 電勢順電場線方向降低 故 0 例 如圖所示 在電場中有一條電場線 其上兩點(diǎn)A和B 比較A B兩點(diǎn)電勢高低和電場強(qiáng)度的大小 若規(guī)定無窮遠(yuǎn)處電勢為零 則A B處電勢是大于零還是小于零 為什么 剖析 由于把所給電場看成由正點(diǎn)電荷形成的電場 認(rèn)為從正電荷出發(fā) 順電場線電勢逐漸減小到零 從而得出 均大于零 答案 電勢順電場線方向降低 故 由于只有一條電場線 無法看出電場線的疏密程度 也就無法判定場強(qiáng)大小 同樣的無法判定當(dāng)無窮遠(yuǎn)處電勢為零時a b的電勢是大于零還是小于零 若是由正電荷形成的電場 則EA EB 0 若是由負(fù)電荷形成的電場 則EA EB 0 第2節(jié)電場能性質(zhì)的描述 例1 2009 全國 如圖所示 一電場的電場線分布關(guān)于y軸 沿豎直方向 對稱 O M N是y軸上的三個點(diǎn) 且OM MN P點(diǎn)在y軸的右側(cè) MP ON 則 A M點(diǎn)的電勢比P點(diǎn)的電勢高B 將負(fù)電荷由O點(diǎn)移動到P點(diǎn) 電場力做正功C M N兩點(diǎn)間的電勢差大于O M兩點(diǎn)間的電勢差D 在O點(diǎn)靜止釋放一帶正電粒子 該粒子將沿y軸做直線運(yùn)動 點(diǎn)撥 1 電勢的高低由電場線的方向判斷 2 電勢差的大小由公式U Ed判斷 3 正粒子的軌跡由電場力判斷 答案 AD 解析 本題考查電場 電勢 等勢線以及帶電粒子在電場中的運(yùn)動 由圖和幾何關(guān)系可知M和P兩點(diǎn)不處在同一等勢線上 而且有 故A對 將負(fù)電荷由O點(diǎn)移到P要克服電場力做功 且電場力做負(fù)功 故B錯 根據(jù)U Ed O到M的平均電場強(qiáng)度大于M到N的平均電場強(qiáng)度 所以有UOM UMN 故C錯 從O點(diǎn)釋放正電荷后 電場力做正功 該粒子將沿y軸做加速直線運(yùn)動 故D對 1 2009 上海物理 位于A B處的兩個帶有不等量負(fù)電的點(diǎn)電荷在平面內(nèi)電勢分布如圖所示 圖中實(shí)線表示等勢線 則 A a點(diǎn)和b點(diǎn)的電場強(qiáng)度相同B 正電荷從c點(diǎn)移到d點(diǎn) 電場力做正功C 負(fù)電荷從a點(diǎn)移到c點(diǎn) 電場力做正功D 正電荷從e點(diǎn)沿圖中虛線移到f點(diǎn) 電勢能先減小后增大 解析 電場線的疏密表示電場的強(qiáng)弱 可知A錯誤 正電荷從c點(diǎn)移到d點(diǎn) 電場力做負(fù)功 負(fù)電荷從c點(diǎn)移到a點(diǎn) 電場力做負(fù)功 所以B錯誤 C正確 正電荷從e點(diǎn)沿圖中虛線移到f點(diǎn) 電場力先做正功 后做負(fù)功 D正確 答案 CD 例2 2009 廣東理科基礎(chǔ) 如圖所示 一帶負(fù)電粒子以某速度進(jìn)入水平向右的勻強(qiáng)電場中 在電場力作用下形成圖中所示的運(yùn)動軌跡 M和N是軌跡上的兩點(diǎn) 其中M點(diǎn)在軌跡的最右點(diǎn) 不計重力 下列表述正確的是 A 粒子在M點(diǎn)的速率最大B 粒子所受電場力沿電場方向C 粒子在電場中的加速度不變D 粒子在電場中的電勢能始終在增加 解析 根據(jù)做曲線運(yùn)動物體的受力特點(diǎn) 合力指向軌跡的凹側(cè) 因粒子帶負(fù)電 即受到的電場力方向與電場線方向相反 B錯誤 從N到M電場力做負(fù)功 減速 電勢能在增加 當(dāng)過M點(diǎn)后電場力做正功電勢能減小 則在M點(diǎn)的速度最小 A D錯誤 在整個過程中只受電場力且是勻強(qiáng)電場 根據(jù)牛頓第二定律加速度不變 C正確 答案 C 2 2008 廣東 如圖的實(shí)線表示電場線 虛線表示只受電場力作用的帶正電粒子的運(yùn)動軌跡 粒子先經(jīng)過M點(diǎn) 再經(jīng)過N點(diǎn) 則可以判定 A M點(diǎn)的電勢大于N點(diǎn)的電勢B M點(diǎn)的電勢小于N點(diǎn)的電勢C 粒子在M點(diǎn)受到的電場力大于在N點(diǎn)受到的電場力D 粒子在M點(diǎn)受到的電場力小于在N點(diǎn)受到的電場力 解析 沿著電場線的方向電勢降低 A正確 電場線越密場強(qiáng)越大 同一粒子受到的電場力越大 D正確 答案 AD 例3 如圖所示 a b c d是勻強(qiáng)電場中的四個點(diǎn) 它們正好是一個矩形的四個頂點(diǎn) 電場線與矩形所在平面平行 已知a點(diǎn)的電勢為20V b點(diǎn)的電勢為24V d點(diǎn)的電勢為4V 由此可知c點(diǎn)的電勢為 A 4VB 8VC 12VD 24V 解析 連接bd 并將bd五等分 取bd上e點(diǎn)其電勢為20V 連接ae 則作fc平行于ae 則根據(jù)三角形知識可得f c點(diǎn)電勢相等 且等于8V 答案 B 點(diǎn)撥 在勻強(qiáng)電場中平行等長線段兩端點(diǎn)間的電勢差相等 A B EC EB EAC UAB UBCD UAB UBC 3 2008 江蘇 如圖所示 實(shí)線為電場線 虛線為等勢線 且AB BC 電場中的A B C三點(diǎn)的場強(qiáng)分別為EA EB EC 電勢分別為 AB BC間的電勢差分別為UAB UBC 則下列關(guān)系中正確的是 解析 本題考查靜電場中的電場線 等勢面的分布知識和規(guī)律 A B C三點(diǎn)處在一根電場線上 沿著電場線的方向電勢降落 故 A正確 由電場線的密集程度可看出電場強(qiáng)度大小關(guān)系為EC EB EA B正確 電場線密集的地方電勢降落較快 故UBC UAB C正確 D錯誤 解決此類問題要在平時注重對電場線與場強(qiáng) 等勢面與場強(qiáng)和電場線的關(guān)系的掌握 熟練運(yùn)用常見電場線和等勢面的分布規(guī)律 答案 ABC 錯解 ABC 例 關(guān)于電場強(qiáng)度與電勢的關(guān)系 A 電場強(qiáng)度大的地方電勢一定高B 電場強(qiáng)度不變電勢也不變C 電場強(qiáng)度為零處電勢一定為零D 電場強(qiáng)度的方向是電勢降低最快的方向 剖析 電勢是相對參考點(diǎn)來說的 只有確定某一點(diǎn)電勢為零 根據(jù)那一點(diǎn)和某點(diǎn)的電勢差才能確定某點(diǎn)的電勢 所以電場強(qiáng)度的大小和電勢的高低沒有聯(lián)系 可知A B C錯誤 選D正確 答案 D 第3節(jié)電容器帶電粒子在電場中的運(yùn)動 例1 2009 福建 如圖所示 平行板電容器與電動勢為E的直流電源 內(nèi)阻不計 連接 下極板接地 一帶電油滴位于容器中的P點(diǎn)且恰好處于平衡狀態(tài) 現(xiàn)將平行板電容器的上極板豎直向上移動一小段距離 則 A 帶點(diǎn)油滴將沿豎直方向向上運(yùn)動B P點(diǎn)的電勢將降低C 帶電油滴的電勢能將減小D 若電容器的電容減小 則極板帶電量將增大 答案 B 解析 電容器兩端電壓U不變 由公式E 可知場強(qiáng)變小 電場力變小 帶電油滴將沿豎直方向向下運(yùn)動 A錯誤 P到下極板距離d不變 而場強(qiáng)E減小 由公式U Ed知P與負(fù)極板的電勢差變小 又因?yàn)橄聵O板電勢不變 所以P點(diǎn)的電勢變小 B正確 由于電場力向上 而電場方向向下 可以推斷油滴帶負(fù)電 又油滴向下運(yùn)動 電場力做負(fù)功 電勢能增大 C錯誤 圖中電容器兩端電壓U不變 電容C減小時 由公式Q CU可知帶電量減小 D錯誤 1 1 例1中在上極板豎直上移的過程中 回路中的電流是順時針還是逆時針 2 若例1中電容器充電后與電源斷開 上極板向右移動 板間油滴如何移動 解析 1 由于電容器帶電量減小 電容器放電 所以回路中的瞬時電流為順時針 2 電容器帶電量Q不變 正對面積S減小 由公式E 可知板間場強(qiáng)E增加 帶電油滴將沿豎直方向向上運(yùn)動 例2 兩個相距為d的平行金屬板 有正對著的兩小孔A B 如圖甲所示 兩板間加如圖乙所示的交變電場 一質(zhì)量為m 帶電量為 q的粒子 在t 0時刻在A孔處無初速釋放 試判斷帶電粒子能否穿過B孔 t 0時刻A板電勢高 點(diǎn)撥 根據(jù)受力情況分段分析粒子的運(yùn)動情況 解析 前半周期帶電粒子向右勻加速 后半周期向右勻減速 第一個周期末速度恰為零 一個周期內(nèi)始終向右運(yùn)動 以后不斷重復(fù)第一個周期的運(yùn)動 直到通過B點(diǎn) 綜上可知 能穿過B孔 2 在顯像管的電子槍中 從熾熱的金屬絲不斷放出的電子進(jìn)入電壓為U的加速電場 設(shè)其初速度為零 經(jīng)加速后形成橫截面積為S 電流為I的電子束 已知電子的電量為e 質(zhì)量為m 則在剛射出加速電場時 一小段長為 l的電子束內(nèi)電子個數(shù)是 A B C D 解析 本題考查電流強(qiáng)度的概念 電場對電子的加速等知識 由題設(shè)模型有 電子在電場中加速時有 聯(lián)立解得 B正確 答案 B 例3 2008 上海 如圖所示為研究電子槍中電子在電場中運(yùn)動的簡化模型示意圖 在xOy平面的ABCD區(qū)域內(nèi) 存在兩個場強(qiáng)大小均為E的勻強(qiáng)電場 和 兩電場的邊界均是邊長為L的正方形 不計電子所受重力 1 在該區(qū)域AB邊的中點(diǎn)處由靜止釋放電子 求電子離開ABCD區(qū)域的位置 2 在電場 區(qū)域內(nèi)適當(dāng)位置由靜止釋放電子 電子恰能從ABCD區(qū)域左下角D處離開 求所有釋放點(diǎn)的位置坐標(biāo)x y滿足的條件 點(diǎn)撥 1 清楚電子運(yùn)動的三個過程 加速 勻速 偏轉(zhuǎn) 2 把偏轉(zhuǎn)分解為兩個直線運(yùn)動并討論其分位移 3 找出運(yùn)動的位移與邊長L的關(guān)系 解析 1 設(shè)電子的質(zhì)量為m 電量為e 電子在電場 中做勻加速直線運(yùn)動 出區(qū)域 時速度為v0 此后在電場 中做類平拋運(yùn)動 假設(shè)電子從CD邊射出 出射點(diǎn)縱坐標(biāo)為y 有 解得y 所以原假設(shè)成立 即電子離開ABCD區(qū)域的位置坐標(biāo)為 2L 2 設(shè)釋放點(diǎn)在電場區(qū)域I中 其坐標(biāo)為 x y 在電場 中電子被加速到v1 然后進(jìn)入電場 做類平拋運(yùn)動 并從D點(diǎn)離開 有 解得xy 即在電場I區(qū)域內(nèi)滿足條件的點(diǎn)即為所求位置 3 如圖所示 帶電粒子以平行于極板的速度從左側(cè)中央射入勻強(qiáng)電場 重力不計 粒子恰能從右側(cè)下極板邊緣射出電場 如果粒子的動能變?yōu)樵瓉淼?倍 要使它們?nèi)詮臉O板中央射入仍能從下極板邊緣射出 可采取的措施為 A 將極板長度變?yōu)樵瓉淼?倍B 將極板間距離變?yōu)樵瓉淼腃 將極板間電壓變?yōu)樵瓉淼?倍D 以上均不對 解析 設(shè)板長為l 板間距離為d 偏轉(zhuǎn)電壓為U 帶電粒子的質(zhì)量為m 初動能為Ek 電荷量為q 初速度為v0 則粒子在兩板間的加速度 粒子在水平方向有l(wèi) v0t 豎直方向有 由以上各式解得 所以 即Ek U Ek l2 Ek 選項C正確 答案 C 例 A B兩塊平行帶電金屬板 A板帶負(fù)電 B板帶正電 并與大地相連接 P為兩板間一點(diǎn) 若將一塊玻璃板插入A B兩板間 則P點(diǎn)電勢將怎樣變化 錯解 UPB Ed Q不變 d不變 根據(jù)C 有E 插入玻璃板介電常數(shù) 增大 電場強(qiáng)度減小 導(dǎo)致下降 剖析 在電場中 電勢沿著電場線的方向降低 根據(jù)電量 電容 電勢及場強(qiáng)的關(guān)系來判斷如何變化 正解 按照題意作出示意圖 畫出電場線 如圖所示 電場線與等勢面間的關(guān)系為 電勢沿著電場線的方向降落 所以UPB 0 B板接地 0 UBP 0 Ed Q不變 d不變 根據(jù)C 有E 插入玻璃板介電常數(shù) 增大 電場強(qiáng)度減小 導(dǎo)致升高 同學(xué)們 來學(xué)校和回家的路上要注意安全 同學(xué)們 來學(xué)校和回家的路上要注意安全