2024版新教材高中物理第十章静电场中的能量综合提升学案新人教版必修第三册

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第十章 静电场中的能量综合提升知识网络构建核心素养提升本章主要内容是静电场的能量问题，包括应用电场力做功来求解电势和电势差问题；了解平行板电容器的原理，并在生活实际中应用电容器制作“传感器”，利用带电粒子在电场中的运动知识，制作“喷墨打印机”．本章通过了解电场中能量的相关概念，形成物理观念，培养科学思维，提高解决实际生活生产中问题的能力．　情境1　静电推进装置——科学思维例1.如图所示是某种静电推进装置的原理图，发射极与吸极接在高压电源两端，两极间产生强电场，虚线为等势面．在强电场作用下，一带电液滴从发射极加速飞向吸极．a、b是其路径上的两点，不计液滴重力，下列说法正确的是(　　)A．a点的电势比b点的低B．a点的电场强度比b点的小C．液滴在a点的加速度比在b点的小D．液滴在a点的电势能比在b点的大情境2　电子透镜——物理观念例2.[2023·江西赣州南康中学高二上月考](多选)中国科学家通过冷冻电镜捕捉到新冠病毒表面S蛋白与人体细胞表面ACE2蛋白的结合过程，首次揭开了新冠病毒入侵人体的神秘面纱．电子显微镜是冷冻电镜中的关键部分，在电子显微镜中电子束相当于光束，通过由电场或磁场构成的电子透镜实现会聚或发散作用，其中一种电子透镜的电场分布如图所示，其中虚线为等势面，相邻等势面间电势差相等．一电子仅在电场力作用下运动，其轨迹如图中实线所示，a、b、c是轨迹上的三点．下列说法正确的是(　　)A．a点的电势高于b点的电势B．a点的电场强度小于c点的电场强度C．电子在a点的电势能小于在c点的电势能D．电子经过b点时的速度大于经过a点时的速度情境3　喷墨打印机——模型构建例3.喷墨打印机的原理示意图如图所示，其中墨盒可以喷出墨汁液滴，此液滴经过带电室时被带上负电，带电多少由计算机按字体笔画高低位置输入信号加以控制．带电后液滴以一定的初速度进入偏转电场，带电液滴经过偏转电场发生偏转后打到纸上，显示出字体．计算机无信号输入时，墨汁液滴不带电，径直通过偏转电场最后注入回流槽流回墨盒．设偏转板长L1＝1.6 cm，两板间的距离d＝0.5 cm，两板间的电压U＝8.0×103 V，偏转板的右端到纸的距离L2＝3.2 cm.若一滴墨汁液滴的质量m＝1.6×10－10 kg，墨汁液滴以v0＝20 m/s的初速度垂直电场方向进入偏转电场，此液滴打到纸上的点距原入射方向的距离为2.0 mm.忽略空气阻力和重力作用．(1)求一滴墨汁液滴通过带电室后所带的电荷量q.(2)若要使纸上的字体放大，可通过调节两极板间的电压或调节偏转板右端距纸的距离L2来实现．现调节L2使纸上的字体放大10%，调节后偏转板的右端距纸的距离为多大？第十章综合提升核心素养提升[例1]　解析：高压电源正极连接发射极，负极连接吸极，发射极和吸极间产生向右的电场，沿电场线方向电势逐渐降低，故φa>φb，A错误；由等势面的疏密程度可知，Ea>Eb，B错误；不计液滴重力，由F＝Eq＝ma可得，aa>ab，C错误；液滴向右加速，故电场力做正功，电势能降低，即Epa>Epb，D正确．答案：D[例2]　解析：由电场线与等势面处处垂直和电子运动轨迹的弯曲方向可知，若电子从a点运动到b点，电场力做正功，则电子在a点时电势能大于其在b点的电势能；若电子从b点运动到a点，电场力做负功，则电子在a点时的电势能依然大于其在b点时的电势能，由于电子带负电，故a点的电势低于b点的电势，故A错误；等差等势面的疏密可表示电场强度的大小，由于a点等差等势面比c点等差等势面稀疏，则a点的电场强度大于c点的电场强度，故B正确；由电场线的方向可判断出φc>φa，电子在电势低的地方电势能大，在电势高的地方电势能小，故电子在a点的电势能大于在c点的电势能，故C错误；电子只在电场力作用下运动，其动能和电势能之和不变，又因为电子在a点时电势能大于其在b点时的电势能，故电子在a点时动能小于其在b点时的动能，则电子经过a点时的速度小于经过b点时的速度，故D正确．答案：BD[例3]　解析：(1)设液滴在偏转电场中运动的时间为t，离开电场时偏移量为y，打到纸上时偏移量为y1＝2.0 mm，则有L1＝v0t，y＝at2，a＝，根据平抛运动的推论知，离开偏转电场时速度的反向延长线过偏转板中轴线的中点，根据三角形相似得＝，联立以上各式并代入数据得q＝＝1.25×10－13 C.(2)设放大后液滴在纸上的偏移量为y2，y2＝(1＋10%)y1＝2.2 mm，电荷量表达式整理得L′2＝，代入数据解得L′2＝3.6 cm.答案：(1)1.25×10－13 C　(2)3.6 cm