2019-2020年高中物理二輪總復(fù)習(xí) 電場強度、電場線教案.doc

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2019-2020年高中物理二輪總復(fù)習(xí) 電場強度、電場線教案 解答“電場強度 電場線”一類試題，應(yīng)了解以下內(nèi)容： 電場強度是描述電場力的性質(zhì)的一個物理量，電場線是為了形象直觀描繪場強，人為假想的曲線．因此在充分理解場強和電場線基本概念的基礎(chǔ)綜合力學(xué)知識利用平衡條件，牛頓運動定律等解題是很普遍的情況． I 高考最新熱門題 1 (典型例題)如圖16-2-1在光滑水平面上的O點系一長為l的絕緣細線，線的一端系一質(zhì)量為m，帶電量為q的小球．當(dāng)沿細線方向加上場強為E，的勻強電場后，小球處于平衡狀態(tài)，現(xiàn)給小球一垂直于細線的初速度vo，使小球在水平面上開始運動．若vo很小，則小球第一次回到平衡位置所需時間為_______. 命題目的與解題技巧：本題不僅考查了單擺的周期公式及其成立的條件；電場力的計算還考查了物理學(xué)上一個重要思想：等效思想 [解析] 因為小球初速度很小，所以小球的運動可以看成是單擺的簡諧運動．小球所受的電場力為R=qE，把電場力等效成重力，則等效重力加速度為g=，代入單擺的周期公式：T= ,由于第一次回到平衡位置的時間為半個周期，所以小球第一次回到平衡位置的時間為 [答案] 2 (典型例題)如圖16-2-2在正六邊形的a、c兩個頂點上各放一帶正電的點電荷，電量的大小都是q1，在b、d兩個頂點上，各放一帶負電的點電荷，電量的大小都是q2，q1＞q2.已知六邊形中心O點處的場強可用圖中的四條有向線段中的一條來表示，它是哪一條? A．E1 B．E2 C．E3 D．E4 答案： B 指導(dǎo)：a、c兩個頂點帶正電點電荷在O處的合場強背離b點；b、d兩個頂點帶負電荷在O處的合場強指向c點，由于 q1>q2，所以在O處總的合場強應(yīng)為E2. 3 (典型例題)法拉第首先提出用電場線形象生動地描繪電場，圖16-2-3為點電荷a、b所形成電場線分布圖，以下幾種說法正確的是 A.a、b為異種電荷，a帶電荷量大于b帶電荷量 B．a(chǎn)、b為異種電荷，a帶電荷量等于b帶電荷量 C．a(chǎn)、b為同種電荷，a帶電荷量大于b帶電荷量 D．a(chǎn)、b為同種電荷，a帶電荷量等于b帶電荷量 答案： B 指導(dǎo)：電場線是用來形象描述電場分布的一系列典線，電場線上任一點的切線方向與該點的場強方向相同．電場線是不閉合的曲線，起始于正電荷而止于負電荷．電場線分布密的地方場強大，分布疏的地方場強?。蓤D可以看出，該電場是兩個異種電荷所形成的電場，b電荷周圍的電場線分布較密，則b電荷的電量較大．故B項對． 4 (典型例題)在場強為E的勻強電場中固定放置兩個小球1和2，它們的質(zhì)量相等，電荷分別為q1和-q1(q1≠q2)．球1和球2的連線平行于電場線，如圖16-2-4．現(xiàn)同時放開1球和2球，于是它們開始在電力的作用下運動，如果球1和球2之間的距離可以取任意有限阻，則兩球剛被放開時，它們的加速度可能是： A.大小不等，方向相同 B．大小不等，方向相反 C.大小相等，方向相同 D．大小相等，方向相反 答案： BC 指導(dǎo)：由題意放開兩球后在電力作用下運動，即不考慮重力作用，設(shè)電場力為FE1、FE2，庫侖力為F12、F21，細線拉力為T12、T21．當(dāng)電場強度較大時，兩帶電小球受到細線拉力，兩帶電小球產(chǎn)生的加速度大小相等，方向相同有q2>q1和q2q1，時，兩帶電小球不受細線拉力則加速度大小不相等，方向相反，如下圖D 16—4(3)，當(dāng)電場強度較小時且q2Eb>Ea>Ec C.這四點場強大小關(guān)系是Eb>Ea＞Ec＞Ed D．無法比較E值大小 答案： B 指導(dǎo)：對圖象問題要重理解它的物理意義．對于電場中給定的位置，放入的檢驗電荷的電荷量不同，它受到的電場力不同，但是電場力F與檢驗電荷的電荷量吁的比值F/q即場強F是不變的量，因為F=Eq，所以F跟q的關(guān)系圖線是一條過原點的直線，該直線的斜率的大小即表示場強的大?。纱丝傻贸鯡d>Eb>Ec，故B正確． 4 (典型例題)如圖16-2-9所示，均勻帶電圓環(huán)的帶電量為Q，半徑為R，圓心為O，P為垂直于圓環(huán)平面的對稱軸上的 一點，OP=L，求P點的場強． 答案：提導(dǎo):如圖D16—6設(shè)想將圓環(huán)等分為n個小段，當(dāng)n相當(dāng)大時，每小段便可看作是點電荷，其帶電量為q=Q/n，由占由荷場強公式可得每一小段點電荷在，處的場強為由對稱性可知，各小段帶電環(huán)在P處的場強E的垂睦于軸向的分量Ey相互抵消，而E的軸向分量Ex之和即為帶電圓環(huán)在戶處的場強Ep，所以， 5 (典型例題)如圖16-2-10所示，AB是某個點電荷的一根電場線，在電場線上O點由靜止釋放一個負電荷，它僅在電場力作用下沿電場線向B運動，下列判斷正確的是 A.電場線由B指向A，該電荷作加速運動，加速度越來越小 B．電場線由B指向A，該電荷作加速運動，其速度大小變化由題沒條件不能確定 C.電場線由A指向B，電荷作勻加速運動 D．電場線由B指向A，電荷作加速運動，加速度越來越大 答案： B 指導(dǎo)：電場線的切線方向就是正電荷在該處的受力方向，和負電荷受電場力的方向相反，反以電場線由B指向A只給出一條電場線，不能判斷各點電場的強弱(因為不能確定電場線疏密情況)，也就不能判斷電場力大小及加速度的變化情況，只能知道電場線方向和負電荷在作加速運動． 6 (典型例題)半徑為r的絕緣光滑圓環(huán)固定在豎直平面內(nèi)，環(huán)上套有一質(zhì)量為m，帶正電的珠子，空間存大在乎向右的勻強電場，如圖16-2-11所示，珠子所受靜電力是其重力的3／4，將珠子從環(huán)上最低位置A點由靜止釋 放，則珠子所能獲得的最大動能Ek為多少? 答案：EKm=mgr=mgr指導(dǎo)：設(shè)珠子的帶電量為Q，電場強度為E．珠子在運動過程中受到三個力的作用，其中只有電場力和重力對珠子做功，其合力大小為：F=設(shè)9與豎直方向間夾角為θ如圖D16-7所示，則把這個合力等效為復(fù)合場，此復(fù)合場為強度g′=g,g′與豎直方向間的夾角如圖9—1—16所示，設(shè)為θ，珠子沿圓環(huán)運動，可以類比于單擺的運動，運動中的動能最大位置是“最低點”，由能的轉(zhuǎn)化及守恒可求的最大的動能為： Ekm=mg′r(1—cosθ)= mgr Ⅲ 新高考命題方向預(yù)測 1 如圖16-2-12(a)中AB是一條點電荷電場中的電場線，圖(b)則是放在電場線上a、b處的檢驗電荷的電荷量與所受電場力數(shù)量間的函數(shù)圖線，由此可以判定 A．場源是正電荷，位置在A側(cè) B．場源是正電荷，位置在B側(cè) C．場源是負電荷，位置在A側(cè) D．場源是負電荷，位置在B側(cè) 答案： A 指導(dǎo)：依據(jù)E=可知，F(xiàn)—q圖線的斜率k==E，即斜率的物理意義是圖線的斜率在大小上等于該點的電場強度的大小．故：Ea>Eb，即a點比b點的電場線密．而電場線由a指向b，顯然形成電場的點電荷為正電荷，且位于A側(cè)，所以，本題的正確選項應(yīng)為A. 2 如圖16-2-13中畫了四個電場的電場線，其中A和C圖中小畫圈表示一個點電荷，A圖中虛0線是一個圓；B圖中幾條直線間距相等且互相平行，則在圖A、B、C、D中M、N處電場強度相同的是 答案： B 指導(dǎo)：A圖中M、N兩點的電場強度的大小相當(dāng)，但方向不同；C圖中M、N兩點的電場強度的方向相同，但EM>EN； D圖中，電場強度的大小和方向均不相同． 3 如圖16-2-14所示，M,N為兩個等量同種電荷，在其連線的中垂線上的P點放—個靜止的點電荷q(負電荷)，不計重力，下列說法中，正確的是 A.點電荷在從P到O的過程中，加速度越來越大，速度也越來越大 B．點電荷在從P到O的過程中，加速度越來越小，速度越來越大 C.點電荷運動到O點時加速度為零，速度達最大值 D.點電荷越過O點后，速度越來越小，加速度越來越大，直到粒子速度為零 答案： C 指導(dǎo)：要想了解點電荷從P點到O的運動情況，必須首先對中垂線上的電場強度的分布有一個比較清晰的了解．由電場的“迭加原理”可知O點的場強為零，離O點無限遠處的場強也為零，而中間任意一點的場強不為零，可見從O經(jīng)P到無限遠處，場強不是單調(diào)變化的．而是先增大而后逐漸減小，其中必有一點P′，該點的場強最大．如果點電荷的初始位置P在P′，之下或正好與P′，重合，粒子從P到O的過程中，加速度就一直減小，到達O點時加速度為零，速度最大；如果粒子的初始位置P′之上，粒子從P到O的過程中，加速度先增大而后減小，速度一直增大，到達O點時速度達最大值．可見，只有選項C是正確的． 4 在x軸上有兩個點電荷，一個帶正電Q1，一個帶負電Q2且Q1=2Q2，用E1和E2分別表示兩個電荷所產(chǎn)生的場強的大小，則在x軸上 A.E1=E之點只有一處，該處合場強為零； B．E1=E2之點有二處，其中一處合場強為零，另一處合場強為2E2 C．E1=E2之點共有三處，其中兩處合場強為零，第三處合場強為2E2 D．E1=E2之點共有三處，其中一處合場強為零，另二處合場強為2E2 答案： B指導(dǎo)：如圖D16—8所示，Q1>Q2，根據(jù)點電荷的電場公式,E1=E2的點必須距Q1遠一些距Q2近一些，在x軸上a，b兩點有這種可能，又根據(jù)場強方向的定義，在a點， E1，E2方向相反，合場強為零，而在b點E1，E2方向相同，合場強為2E2，此題應(yīng)選B． 5 密立根油滴實驗如圖16-2-15所示，在電介質(zhì)為空氣的電容器中，觀測以某速度進入一個油滴，這油滴經(jīng)過一會兒達到一個恒定的速度v1，這時加電場強度為E的勻強電場，再過一會兒達到另一恒定速度v2，在這樣短的時間內(nèi)速度變?yōu)楹愣?，說明油滴受到_____的作用，這個力的大小與速度成正比，可表示為kv(式中k為未知)，而方向與______，設(shè)油滴質(zhì)量為m，電荷量為q，寫出這兩種情況下的方程：(1)_____(2)_____，由此解得，q=______(3)Q的測量值(單位：10-9C)6.41 8.01 9.65 11.23 12.83 14.48分析這些數(shù)據(jù)可知：________. 答案：空氣阻力，速度方向相反，(1)mg-kv1=0(2)mg-kv2—qE．(3)小球電荷電量是1．610-19C整數(shù)倍，故電荷的最小電荷量e=1．610-19C指導(dǎo)：由油滴速度恒定可知受力平衡，由題意知油滴受重力和空氣阻力．方程為：mg-kv1=0 ① 加勻強電場后油滴受電場力，再次達穩(wěn)定速度v2，受力又平衡，平衡方程為mg-kv2=qE ② 解①②得： 6 一粒子質(zhì)量為m，帶電量為+Q，以初速度v與水平方向成45角射向空間勻強電場區(qū)域，粒子恰作直線運動．求這勻強電場的最小場強的大小，并說明方向． 答案：方向垂直v斜向上方． 指導(dǎo)：粒子進入電場區(qū)域后只受重力和電場力兩個力作用而做直線運動，知其合力必與v在一直線上，如圖D 16—9由力的分解知最小的電場力 qE=mgsin45所以E最小=sin45 = 方向垂直v斜向上方． 考場熱身 探究性命題綜合測試 1 如圖Z16-1所示，半徑為r的硬橡膠圓環(huán)，其上帶有均勻分布的正電荷，單位長度上的電荷量為Q，另一電荷量為，Q的點電荷放在球心O上，由于對稱性，點電荷受力為零．現(xiàn)截去環(huán)頂部的一小段弧AB，AB=L，且LQ：時距Q1較遠，距Q2較近，這樣的點一個在二異號電荷的連線上，該處E1、E2方向相同；另一個在二異電荷連線的延長線上，該處E1、E2方向相反，場強是矢量，合場強為零的點，E1與E2等大反向．C正確，ABD錯． 6 一個單擺，擺球質(zhì)量為m，并帶有電量為q的負電荷，在沒有電場時單擺做周期為了的簡諧運動，若在單擺振動過程中，突然加上一個方向豎直向下，大小為E=mg／q的勻 強電場，此后擺球的運動可能是①振動周期仍為了②振動周期為2T③靜止不動 ④做勻速圓周運動 A.① B．② C．②③ D．③④ 答案： D 指導(dǎo)：據(jù)E=得電場力F=Eq=mg，當(dāng)單擺擺到最大位移時，加上電場，此是v=0、F合=0物體處于靜止?fàn)顟B(tài)．若在其他位置加上電場，由于v≠0，此時電場力與重力平衡，繩的拉力充當(dāng)向心力，物體做勻速圓周運動，所以D選項正確． 7 一根置于水平面上的光滑玻璃管(絕緣體)，內(nèi)部有兩個完全一樣的彈性金屬球A、B，帶電量分別為9Q和-Q，從圖Z16-3所示位置由靜止釋放，問兩球再經(jīng)過圖中位置時，兩球的加速度是釋放時的幾倍? 答案： 指導(dǎo):A、B球吸引接觸后，凈電荷為9Q—Q=8Q，平均后各得4Q，再經(jīng)過圖示位置時，庫侖力是原來的，故加速度是釋放時的倍，故加速度是釋放時的倍 8 有質(zhì)量的物體周圍存在引力場，萬有引力和庫侖力有類似的規(guī)律，因此我們可以用定義靜電電場場強的方法來定義引力場的場強，由此可得，與質(zhì)量為M的質(zhì)點相距r處的引力場場強的表達式為Ec=______(萬有引力恒量用G表示) 答案： EC=GM/r2 指導(dǎo)：由庫化力公式F=kQq/r2和場強公式E電 kQ/r2.用類比方法可寫出引力場場強公式EC=GM/r2．據(jù)萬有引力和庫侖力有類似規(guī)律，將G類比k，M類比Q，在得出E 電的同時便能寫出Ec，即將不熟悉轉(zhuǎn)化為熟悉，揭示新的規(guī)律． 9 已經(jīng)證實，質(zhì)子、中子都是由上夸克和下夸克的兩種夸克組成的，上夸克帶電為，下夸克帶電為為電子所帶電量的大小，如果質(zhì)子是由三個夸克組成的，且各個夸克之間的距離都為l，l=1.510-15m，試計算質(zhì)子內(nèi)相鄰甲個夸克之間的靜電力(庫侖力) 答案：46N斥力，23N引力 指導(dǎo)：質(zhì)子帶電+e，所以它是由2個上夸克和1個下夸克組成的，各個夸克之間的距離都為 代入數(shù)值,得F2=23N,為引力. 10 如圖Z16-4兩個同樣的氣球充滿氦氣，氣球帶有等量同種電荷．兩根等長的細線下端系上5.0103 kg的重物后，就如圖所示的那樣平衡地飄浮著，求每個氣球的帶電量為多少? 答案： Q=5.610-4C指導(dǎo):分別對重物和小球分析受力圖示D16-10,對重物Tsinθ=Mg