高中物理高考 专题三 第一讲　电场　带电粒子在电场中的运动—2021届高考物理二轮总复习课件

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1.(2020全国Ⅲ卷)如图所示,∠M是锐角三角形PMN最大的内角,电荷量为q(q>0)的点电荷固定在P点。下列说法正确的是(　　)A.沿MN边,从M点到N点,电场强度的大小逐渐增大B.沿MN边,从M点到N点,电势先增大后减小C.正电荷在M点的电势能比其在N点的电势能大D.将正电荷从M点移动到N点,电场力所做的总功为负
答案 BC解析 本题以点电荷的电场为背景,意在考查静电场的电场强度分布规律和电势、电势能、电场力做功的关系。沿MN边,从M点到N点,距P点的距离先变小后变大,P点的点电荷带正电,电场强度E= ,越靠近P点,电场强度越大,电势越大,所以电场强度先变大后变小,电势先变大后变小,选项A错误,选项B正确;正电荷在电势高的位置电势能也大,所以正电荷在M点的电势能大于其在N点的电势能,选项C正确;将正电荷由电势能大的M点移到电势能小的N点,电场力做正功,选项D错误。
情境剖析 本题属于基础性题目,以“点电荷周围电场强度和电势规律”为素材创设学习探索类情境。素养能力 本题考查静电场的电场强度分布规律和电势、电势能、电场力做功的关系,对考生的理解能力和逻辑推理能力有一定要求,较好地考查了考生的电场这一物质观念和科学推理等素养。
2.(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(　　)
答案 D解析 由题意知,小球c处在直角三角形的直角上,如果a、b为同种电荷,对小球c的库仑力,要么是吸引力,要么是排斥力,合力不可能平行于a和b连线,
情境剖析 本题属于综合性、应用性题目,以“带电小球的库仑力”为素材创设学习探索类情境。素养能力 本题通过考查库仑定律,较好地考查了考生的科学推理和科学论证素养,对考生的理解能力和逻辑推理能力有一定要求。
3.(2020山东卷)真空中有两个固定的带正电的点电荷,电荷量不相等。一个带负电的试探电荷置于二者连线上的O点时,仅在电场力的作用下恰好保持静止状态。过O点作两正电荷连线的垂线,以O点为圆心的圆与连线和垂线分别交于a、c和b、d,如图所示。以下说法正确的是(　　)A.a点电势低于O点B.b点电势低于c点C.该试探电荷在a点的电势能大于在b点的电势能D.该试探电荷在c点的电势能小于在d点的电势能
答案 BD解析 试探电荷在O点仅在电场力作用下保持静止,则其所受合力为零。若将试探电荷向左移动少许,则其将在静电力作用下向左运动,静电力做正功,电势能减少,试探电荷带负电,故由O向a运动过程中电势升高,同理由O向c运动过程中电势升高,所以ac连线上O点电势最低。bd连线上由电势的叠加可知,O点电势最高,所以选项A错误,B正确。因为φa>φb,φc>φd,试探电荷带负电,所以Epa0)的点电荷固定在正方体的两个顶点上,a、b是正方体的另外两个顶点。则(　　)A.a点和b点的电势相等B.a点和b点的电场强度大小相等C.a点和b点的电场强度方向相同D.将负电荷从a点移到b点,电势能增加
答案 BC解析 取无穷远处电势为0,a点距-q近,距q远,电势为负数;b点距q近,距-q远,电势为正数,b点电势大于a点电势,A错误。电势能Ep=qφ,负电荷在电势小处电势能大,即负电荷在a点的电势能大于在b点的电势能,将负电荷从a点移到b点,电势能减小,D错误。正电荷的电场强度沿半径向外,负电荷的电场强度沿半径向内,E= ,点电荷q在a点的电场强度与点电荷-q在b点的电场强度相同,大小和方向都一样;点电荷q在b点的电场强度与点电荷-q在a点的电场强度相同,大小和方向都一样,则a点的合电场强度与b点的合电场强度相同,B、C正确。
思维点拨 根据对称性和叠加原理分析各物理量的关系。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UAB=φA-φB,若UAB>0,则φA>φB,反之φA0)的粒子从a点移动到b点,其电势能减小W1;若该粒子从c点移动到d点,其电势能减小W2。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W1=W2,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
思维点拨 正电荷的电势能减小时,一定是由高电势的地方向低电势的地方移动,但不一定是沿着电场线移动,在匀强电场中,沿任意直线方向电势都是均匀变化的。
4.(2020山东烟台高三模拟)如图所示,在xOy平面内有一匀强电场,以坐标原点O为圆心的圆与x、y轴的交点分别为a、b、c、d,从坐标原点O向纸面内各个方向以等大的速率射出电子,可以到达圆周上任意一点,而到达b点的电子动能增加量最大。则(　　)A.电场线与x轴平行B.a点电势大于c点电势C.在圆周上的各点中,b点电势最高D.电子从O点射出至运动到b点过程中,其电势能增加
答案 C解析 从坐标原点O到达b点的电子动能增加量最大,即电场力做的正功最多,故b点电势最高,则电场线与y轴平行,选项A错误、C正确;x轴与电场线垂直,为等势线,a点电势等于c点电势,选项B错误;电子从O点射出至运动到b点的过程中,动能增加,电势能减小,选项D错误。
5.(多选)如图所示,匀强电场中三点A、B、C是一个三角形的三个顶点,∠ABC=∠CAB=30°,BC=2 m,已知电场线平行于ABC所在的平面,一个电荷量q=-2×10-6 C的点电荷由A移到B的过程中,电势能增加了1.2×10-5 J,由B移到C的过程中电场力做功6×10-6 J,为方便计算,设B点电势为0,下列说法正确的是(　　)A.B、C两点的电势差UBC=3 VB.A点的电势低于B点的电势C.负电荷由C点移到A点的过程中,电势能减少D.该电场的电场强度为1 V/m
规律方法　1.平行板电容器动态变化问题的两种情况
2.分析平行板电容器的动态变化问题时的两个关键点 (1)确定不变量:首先要明确动态变化过程中的哪些量不变,一般情况下是电荷量不变或板间电压不变。
【典例3】(2020北京朝阳区高三期末)如图所示,平行板电容器极板与水平面成θ角放置,充电后与电源断开。有一质量为m、电荷量为q的小球,从极板左侧沿水平方向飞入电场并沿直线飞出。下列推断正确的是(　　)A.小球做匀速直线运动B.仅使小球的电荷量加倍,小球依然做直线运动C.仅使两板间距加倍,小球依然做直线运动D.仅使电容器转至水平,小球依然做直线运动
破题正确分析不同情况下小球的受力情况是解答本题的关键。电容器极板倾斜时电场力竖直方向的分力与重力平衡,电场力的水平分力使小球加速,此时若只增大小球的电荷量或只旋转电容器极板,则小球无法继续做直线运动。
6.(多选)如图为某一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增大B.向右移动时,θ增大C.向左移动时,θ减小D.向右移动时,θ减小
7.如图所示,平行板电容器与直流电源、理想二极管(正向电阻为零,可以视为短路;反向电阻无穷大,可以视为断路)连接,电源负极接地,初始时电容器不带电,闭合开关S稳定后,一带电油滴位于电容器极板间的P点且处于静止状态。下列说法正确的是(　　)
A.减小极板间的正对面积,带电油滴会向下移动,且P点的电势会降低B.减小极板间的正对面积,带电油滴会向上移动,且P点的电势会降低C.将下极板上移,带电油滴将向上运动D.断开开关S,带电油滴将向下运动
解析 根据C= 及Q=CU知,当减小极板的正对面积时,电容C减小,但由于二极管具有单向导电性,题图中的电容器只能充电不能放电,所以电容器所带电荷量不会减小,根据公式E= 可得E= ,由此可得电场强度E变大,油滴所受电场力变大,则带电油滴会向上移动,P点与下极板的距离不变,因E变大,故P点的电势升高,选项A、B错误;由以上分析可知将下极板上移,极板间距离减小,电容器的电容C变大,电容器所带的电荷量Q变大,电容器充电,电场强度变大,带电油滴向上运动,选项C正确;断开开关S,由于二极管具有单向导电性,电容器不能放电,电容器所带电荷量Q不变,电容C不变,电压也不变,电容器两极板间的电场强度不变,故油滴仍然处于静止状态,选项D错误。
8.(2020山东等级考模拟)如图所示,平行板电容器的两极板水平放置,滑动变阻器的阻值为R,定值电阻的阻值为R0。闭合开关S,当R=0.5R0时,极板带电荷量为Q0,一电子水平射入电容器两极板之间的匀强电场,经水平距离x0后打到极板上;当R=2R0时,极板带电荷量为Q,电子仍以相同速度从同一点射入电场,经水平距离x 后打到极板上。不计电子重力,以下关系正确的是(　　)A.Qx0B.Q>Q0,x>x0C.Q