回归教材重难点07 电场及带电粒子在电场中的运动-【查漏补缺】2022年高考物理三轮冲刺过关（解析版）

这是一份回归教材重难点07 电场及带电粒子在电场中的运动-【查漏补缺】2022年高考物理三轮冲刺过关（解析版），共21页。试卷主要包含了对库仑定律的理解，电荷的分配规律等内容，欢迎下载使用。
回归教材重难点07 电场及带电粒子在电场中的运动

高考对这部分内容的考查侧重基本概念和基本规律，侧重模型的考查，以选择题为主。融合点电荷的电场、电场力的性质、电场能的性质等一起考查；考查对称法、等效法等解题方法的应用。
由于涉及的知识点多且抽象难懂，包含的思想方法多，综合性强，考查面广；在复习备考时需注意以下几点：⑴建构知识体系，透析电场规律；以电场强度、电势、电势能、电势差、电场力做功等基本概念入手，夯实电场基础，掌握基本模型；⑵前后联系，归纳方法；善于利用类比法把复杂、抽象的电场问题转化为较为熟悉的力学问题，掌握对称法、等效法、微元法等解题方法，学会解决静电场综合问题；⑶关心科技，善于思考；关注本部分知识在科技、生产、生活实践中的体现，培养考生的综合应用能力。

知识点一　对库仑定律的理解和应用　
1．对库仑定律的理解
(1)F＝k，r指两点电荷间的距离．对可视为点电荷的两个均匀带电球，r为两球心间距．
(2)当两个电荷间的距离r→0时，电荷不能视为点电荷，它们之间的静电力不能认为趋于无限大．
2．电荷的分配规律
(1)两个带同种电荷的相同金属球接触，则其电荷量平分．
(2)两个带异种电荷的相同金属球接触，则其电荷量先中和再平分．
知识点二　电场线与带电粒子的运动轨迹分析　　
1．电荷运动的轨迹与电场线一般不重合．若电荷只受电场力的作用，在以下条件均满足的情况下两者重合：
(1)电场线是直线．
(2)电荷由静止释放或有初速度，且初速度方向与电场线方向平行．
2．由粒子运动轨迹判断粒子运动情况：
(1)粒子受力方向指向曲线的内侧，且与电场线相切．
(2)由电场线的疏密判断加速度大小．
(3)由电场力做功的正负判断粒子动能的变化．
3.求解这类问题的方法：
(1)“运动与力两线法”——画出“速度线”(运动轨迹在初始位置的切线)与“力线”(在初始位置电场线的切线方向)，从二者的夹角情况来分析曲线运动的情景．
(2)“三不知时要假设”——电荷的正负、场强的方向(或等势面电势的高低)、电荷运动的方向，是题意中相互制约的三个方面．若已知其中的任一个，可顺次向下分析判定各待求量；若三个都不知(三不知)，则要用“假设法”分别讨论各种情况．
知识点三　静电力作用下的平衡问题　
1.解决这类问题与解决力学中的平衡问题的方法步骤相同，只不过是多了静电力而已．
2.(1)解决静电力作用下的平衡问题，首先应确定研究对象，如果有几个物体相互作用时，要依据题意，适当选取“整体法”或“隔离法”．
(2)电荷在匀强电场中所受电场力与位置无关；库仑力大小随距离变化而变化．
知识点四　电势高低及电势能大小的比较　　　　　
1．比较电势高低的方法
(1)根据电场线方向：沿电场线方向电势越来越低．
(2)根据UAB＝φA－φB：若UAB＞0，则φA＞φB，若UAB＜0，则φA＜φB.
(3)根据场源电荷：取无穷远处电势为零，则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．电势能大小的比较方法
(1)做功判断法
电场力做正功，电势能减小；电场力做负功，电势能增加(与其他力做功无关)．
(2)电荷电势法
正电荷在电势高处电势能大，负电荷在电势低处电势能大．
知识点五　等势面与粒子运动轨迹的分析
1．几种常见的典型电场的等势面比较
电场
等势面(实线)图样
重要描述
匀强电场

垂直于电场线的一簇平面
点电荷的电场

以点电荷为球心的一簇球面
等量异种点电荷的电场

连线的中垂线上的电势为零
等量同种正点电荷的电场

连线上，中点电势最低，而在中垂线上，中点电势最高

2.带电粒子在电场中运动轨迹问题的分析方法
(1)从轨迹的弯曲方向判断受力方向(轨迹向合外力方向弯曲)，从而分析电场方向或电荷的正负；
(2)结合轨迹、速度方向与静电力的方向，确定静电力做功的正负，从而确定电势能、电势和电势差的变化等；
(3)根据动能定理或能量守恒定律判断动能的变化情况．
知识点六　公式U＝Ed的拓展应用 　
1．在匀强电场中U＝Ed，即在沿电场线方向上，U∝d.推论如下：
(1)如图甲，C点为线段AB的中点，则有φC＝.
(2)如图乙，AB∥CD，且AB＝CD，则UAB＝UCD.

2．在非匀强电场中U＝Ed虽不能直接应用，但可以用作定性判断．
知识点七　电场中的功能关系
1．求电场力做功的几种方法
(1)由公式W＝Flcos α计算，此公式只适用于匀强电场，可变形为W＝Eqlcos α.
(2)由WAB＝qUAB计算，此公式适用于任何电场．
(3)由电势能的变化计算：WAB＝EpA－EpB.
(4)由动能定理计算：W电场力＋W其他力＝ΔEk.
注意：电荷沿等势面移动电场力不做功．
2．电场中的功能关系
(1)若只有电场力做功，电势能与动能之和保持不变．
(2)若只有电场力和重力做功，电势能、重力势能、动能之和保持不变．
(3)除重力、弹簧弹力之外，其他各力对物体做的功等于物体机械能的变化．
(4)所有外力对物体所做的功等于物体动能的变化．
3.在解决电场中的能量问题时常用到的基本规律有动能定理、能量守恒定律和功能关系．
(1)应用动能定理解决问题需研究合外力的功(或总功)．
(2)应用能量守恒定律解决问题需注意电势能和其他形式能之间的转化．
(3)应用功能关系解决该类问题需明确电场力做功与电势能改变之间的对应关系．
(4)有电场力做功的过程机械能不守恒，但机械能与电势能的总和可以守恒．
知识点八　平行板电容器的动态分析
运用电容的定义式和决定式分析电容器相关量变化的思路
1．确定不变量，分析是电压不变还是所带电荷量不变．
(1)保持两极板与电源相连，则电容器两极板间电压不变．
(2)充电后断开电源，则电容器所带的电荷量不变．
2．用决定式C＝分析平行板电容器电容的变化．
3．用定义式C＝分析电容器所带电荷量或两极板间电压的变化．
4．用E＝分析电容器两极板间电场强度的变化．
5.在分析平行板电容器的动态变化问题时，必须抓住两个关键点：
(1)确定不变量：首先要明确动态变化过程中的哪些量不变，一般情况下是保持电量不变或板间电压不变．
(2)恰当选择公式：要灵活选取电容的两个公式分析电容的变化，还要应用E＝，分析板间电场强度的变化情况．
知识点九　带电粒子在电场中的直线运动　　　　
1．运动类型
(1)带电粒子在匀强电场中做匀变速直线运动．
(2)带电粒子在不同的匀强电场或交变电场中做匀加速、匀减速的往返运动．
2．分析思路
(1)根据带电粒子受到的电场力，用牛顿第二定律求出加速度，结合运动学公式确定带电粒子的运动情况．
(2)根据电场力对带电粒子所做的功等于带电粒子动能的变化求解．此方法既适用于匀强电场，也适用于非匀强电场．
(3)对带电粒子的往返运动，可采取分段处理．
知识点十　带电粒子在电场中的偏转　
1．基本规律
设粒子带电荷量为q，质量为m，两平行金属板间的电压为U，板长为l，板间距离为d(忽略重力影响)，则有
(1)加速度：a＝＝＝.
(2)在电场中的运动时间：t＝.
(3)位移，
y＝at2＝.
(4)速度，vy＝，
v＝，tan θ＝＝.
2．两个结论
(1)不同的带电粒子从静止开始经过同一电场加速后再从同一偏转电场射出时的偏转角度总是相同的．
证明：由qU0＝mv及tan θ＝得tan θ＝.
(2)粒子经电场偏转后，合速度的反向延长线与初速度延长线的交点O为粒子水平位移的中点，即O到电场边缘的距离为.
3．带电粒子在匀强电场中偏转的功能关系：当讨论带电粒子的末速度v时也可以从能量的角度进行求解：qUy＝mv2－mv，其中Uy＝y，指初、末位置间的电势差．
知识点十一 E－x和φ－x图象的处理方法
1．E－x图象
(1)反映了电场强度随位移变化的规律．
(2)E＞0表示场强沿x轴正方向；E＜0表示场强沿x轴负方向．
(3)图线与x轴围成的“面积”表示电势差，“面积”大小表示电势差大小，两点的电势高低根据电场方向判定．
2．φ－x图象
(1)描述了电势随位移变化的规律．
(2)根据电势的高低可以判断电场强度的方向是沿x轴正方向还是负方向．
(3)斜率的大小表示场强的大小，斜率为零处场强为零．
知识点十二 对称思想、等效思想在电场问题中的应用
一、割补法求解电场强度
由于带电体不规则，直接求解产生的电场强度较困难，若采取割或补的方法，使之具有某种对称性，从而使问题得到简化．
二、等效法求解电场中的圆周运动
1.带电粒子在匀强电场和重力场组成的复合场中做圆周运动的问题是一类重要而典型的题型．对于这类问题，若采用常规方法求解，过程复杂，运算量大．若采用“等效法”求解，则过程往往比较简捷．
2.等效法求解电场中圆周运动问题的解题思路：
(1)求出重力与电场力的合力F合，将这个合力视为一个“等效重力”．
(2)将a＝视为“等效重力加速度”．
(3)将物体在重力场中做圆周运动的规律迁移到等效重力场中分析求解．

1．（2021·浙江卷）如图所示，在火箭发射塔周围有钢铁制成的四座高塔，高塔的功能最有可能的是（　　）

A．探测发射台周围风力的大小 B．发射与航天器联系的电磁波
C．预防雷电击中待发射的火箭 D．测量火箭发射过程的速度和加速度
【答案】C
【解析】
在火箭发射塔周围有钢铁制成的四座高塔，因铁制的高塔有避雷作用，其功能是预防雷电击中发射的火箭。
故选C。
2．（2021·浙江卷）某书中有如图所示的图，用来表示横截面是“