人教版（2019）高中物理必修第三册 第十章 静电场中的能量 单元复习课件

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人教版（2019）高中物理必修第三册第十章 静电场中的能量　　古代，人们用弩来加速箭，箭的速度能达到102m/s数量级；后来，人们又在枪膛中用火药加速子弹，子弹的速度能达到103m/s数量级；而现代，人们需要用高速的微观粒子轰击另一微观粒子来进行科学研究，其速度的数量级达到107m/s，那是怎样加速的呢？基本内容静电场中的能量电势能 电势 静电场中的能量电势差 等势面等差等势面密的地方场强大，等差等势面稀疏的地方场强小电场线跟等势面垂直，且由高电势指向低电势在等势面上移动电荷时，静电力不做功匀强电场的等差等势线是一组等距平行的直线点电荷电场的等势线是一组同心圆，内密外疏两等势面一定不相交静电场中的能量电容 带电粒子在电场中加速 静电场中的能量带电粒子在电场中偏转 《课标》要求3.1.5 知道静电场中的电荷具有电势能。了解电势能、电势和电势差的含义。知道匀强电场中电势差与电场强度的关系。能分析带电粒子在电场中的运动情况，能解释相关的物理现象。3.1.6 观察常见的电容器，了解电容器的电容，观察电容器的充、放电现象。能举例说明电容器的应用。例7 查阅资料，了解电容器在照相机闪光灯电路中的作用。内容结构重点知识 【习题1】（2024上·天津河东·高二统考期末）如图所示为静电除尘装置的原理图，废气先经过一个机械过滤装置再进入静电除尘区。图中虚线是某一带负电的尘埃（不计重力）仅在电场力作用下向集尘极迁移并沉积的轨迹，A、B两点是轨迹与电场线的交点。不考虑尘埃在迁移过程中的相互作用和电荷量变化，以下说法正确的是（　　）A．A点电势高于B点电势B．尘埃在迁移过程中做匀变速运动C．尘埃在A点的加速度小于在B点的D．尘埃在迁移过程中动能先减小后增大 【习题1】（2024上·天津河东·高二统考期末）如图所示为静电除尘装置的原理图，废气先经过一个机械过滤装置再进入静电除尘区。图中虚线是某一带负电的尘埃（不计重力）仅在电场力作用下向集尘极迁移并沉积的轨迹，A、B两点是轨迹与电场线的交点。不考虑尘埃在迁移过程中的相互作用和电荷量变化，以下说法正确的是（　　）A．A点电势高于B点电势B．尘埃在迁移过程中做匀变速运动C．尘埃在A点的加速度小于在B点的D．尘埃在迁移过程中动能先减小后增大【答案】DC．A点电场线密度大于B点的电场线密度，故A点的电场强度更大，满足qE=ma，故A点的加速度更大，故C错误；D．在图中标出尘埃所受电场力方向如图，由图可知，不论尘埃是从A到B，还是从B到A，电场力总是先做负功再做正功，由动能定理可知，尘埃动能先减小后增大，故D正确。【习题2】（2024上·四川德阳·高二统考期末）扫描电镜是我国35项关键“卡脖子”技术之一，其核心技术长期被国外垄断．北京中科科仪股份有限公司电子光学研发团队，研制出我国第一台场发射枪扫描电子显微镜并实现产业化，打破了国外技术垄断局面。如图所示为其中一种电子显微镜的电场分布，实线为电场线，一电子仅在电场力作用下由a点向b点运动，其轨迹如图中虚线所示，下列说法正确的是（　　）A．a点的电场强度小于b点的电场强度B．电子由a点向b点运动的过程，电场力对电子做负功C．电子在b点所受电场力的方向沿b点处的场强方向D．电子在a点的电势能低于在b点的电势能【答案】AA．电场线越密集电场强度越强，故a点的电场强度小于b点的电场强度，故A正确；BD．电子由a点向b点运动的过程，电场力做正功，电势能减小，故电子在a点的电势能高于在b点的电势能，故BD错误；C．电子在b点所受电场力的方向沿b点处的场强方向的反方向，故C错误。【习题3】（2024上·广东深圳·高二红岭中学校考期末）在生产和科学实验的许多领域，常常需要通过控制电极的形状和电势来调整控制电场。如图所示，两平行金属极板K、G正对放置，在极板G中央挖一圆孔，两极板间加电压，K极电势较高，等势面分布如图所示。从K极中心处发射有一定宽度的平行于中心轴（x轴）的电子束，不考虑电子的重力及电子间的相互作用力。下列说法正确的是（　　）A．极板G上圆孔右侧的电场线向中心轴会聚B．电子通过圆孔前后的一小段时间内加速度不断增大C．对会聚到F点的电子，从发射到会聚，电场力做功相同D．沿着中轴线运动的电子一直做匀变速直线运动【答案】CA．电场线与等势面垂直，可知极板G上圆孔右侧的电场线向两侧发散，A错误；B．根据电场线与等势面的关系可知，等势面密集的地方，电场线也密集，所以电子通过圆孔前后的一小段时间内电场线变稀疏，电场强度减小，电子所受电场力减小，加速度减小，B错误；【习题3】（2024上·广东深圳·高二红岭中学校考期末）在生产和科学实验的许多领域，常常需要通过控制电极的形状和电势来调整控制电场。如图所示，两平行金属极板K、G正对放置，在极板G中央挖一圆孔，两极板间加电压，K极电势较高，等势面分布如图所示。从K极中心处发射有一定宽度的平行于中心轴（x轴）的电子束，不考虑电子的重力及电子间的相互作用力。下列说法正确的是（　　）A．极板G上圆孔右侧的电场线向中心轴会聚B．电子通过圆孔前后的一小段时间内加速度不断增大C．对会聚到F点的电子，从发射到会聚，电场力做功相同D．沿着中轴线运动的电子一直做匀变速直线运动【答案】CC．电场力做功与路径无关只与初末位置的电势差有关，由于电子均从K板射出，汇聚到F点，则电势差相同，电场力做功相同，C正确；D．沿着中轴线等势面先等间距后变稀疏，所以电场强度先不变后变小，电子所受电场力先不变后变小，加速度先不变后变小，电子先做匀变速直线运动，后加速度改变，做变加速直线运动，D错误。  二、静电力做功的常用求法：1、功的定义法：W＝FLcosθ或W＝qELcosθ，适用匀强电场。2、电势差法：WAB＝qUAB，适用于任何电场。3、电势能变化法：WAB＝EPA－EPB＝-ΔEp，适用于任何电场。只有静电力做功时，带电粒子的电势能与机械能的总量保持不变，即EpA＋E机A＝EpB＋E机B。4、动能定理：W电+W其他力＝ΔEK，适用于任何电场。【习题5】（2023上·北京西城·高二北京育才学校校考阶段练习）如图所示，AB=BC=2cm的等腰直角△ABC平行于匀强电场中。将电荷量为8×10-6C的试探电荷从电场中的A点移到B点，静电力做了-1.6×10-5J的功。再从B点移到C点，静电力做了1.6×10-5J的功。令B点电势为零。求：（1）电势差UAB和A点电势φA；（2）该试探电荷放在A点时具有的电势能EPA；（3）请在图中画出过B点的电场线及其方向；（4）计算该匀强电场的场强大小E。 【习题5】（2023上·北京西城·高二北京育才学校校考阶段练习）如图所示，AB=BC=2cm的等腰直角△ABC平行于匀强电场中。将电荷量为8×10-6C的试探电荷从电场中的A点移到B点，静电力做了-1.6×10-5J的功。再从B点移到C点，静电力做了1.6×10-5J的功。令B点电势为零。求：（1）电势差UAB和A点电势φA；（2）该试探电荷放在A点时具有的电势能EPA；（3）请在图中画出过B点的电场线及其方向；（4）计算该匀强电场的场强大小E。         【习题10】（2021上·高二课时练习）如图所示，绝缘水平面上固定一带电量为+4Q的质点B，与它相距r处放一质量为m、电荷量为+Q的质点A，它与水平面间的动摩擦因数为μ，现将A由静止释放，当其速度达到最大值v时，系统电势能的变化量是多少？ 三、平行板电容器的动态分析：1、如果电容器始终与电源连接，则U保持不变。d增加，则C减小，Q减小，E减小。S减小，则C减小，Q减小，E不变。ε减小，则C减小，Q减小，E不变。2、若断开电源，则极板所带电量Q不变。d增加，则C减小，U增加，E不变。S减小，则C减小，U增加，E增加。ε减小，则C减小，U增加，E增加。【习题11】（2024上·浙江丽水·高一统考期末）如图所示，将平行板电容器MN接入恒压电源，电容器的上极板与一个外壳接地的静电计相连，下极板接地，将开关S闭合，电路稳定后一带电油滴恰好静止在电容器两极板间的P点，现将M板缓慢上移，则（　　）A．静电计中张角变小B．电流计中有从左到右的电流C．P点处的电势升高D．油滴会向上运动 【习题12】（2024上·广东湛江·高二统考期末）当带电的云层离地面较近时，云层和地面形成一个巨型电容器，它们之间会形成一个强电场，若云层带电量一定，将云层底面及地面始终看作平整的平面，则（　　） A．当云层底面积增大时，该电容器的电容将增大B．当云层向下靠近地面时，该电容器的电容将减小C．当云层向下靠近地面时，云层和地面间的电势差将增大D．当云层向下靠近地面时，云层和地面间的电场强度将增大   【习题14】（2023上·安徽安庆·高二安庆市第二中学校考阶段练习）平行板电容器、静电计、理想二极管（正向电阻为0，反向电阻无穷大）与内阻不计的电源连接成如图所示的电路，P为平行板电容器两极板间的一点，其中电容器的右极板固定，左极板可左右移动少许，设静电计的张角为θ，则下列说法中正确的是（　　）A．若左极板向左移动少许，则θ变大，P点的电势不变B．若左极板向左移动少许，则θ不变，P点的电势不变C．若左极板向右移动少许，则θ不变，P点的电势升高D．若左极板向右移动少许，则θ变小，P点的电势降低 【习题14】（2023上·安徽安庆·高二安庆市第二中学校考阶段练习）平行板电容器、静电计、理想二极管（正向电阻为0，反向电阻无穷大）与内阻不计的电源连接成如图所示的电路，P为平行板电容器两极板间的一点，其中电容器的右极板固定，左极板可左右移动少许，设静电计的张角为θ，则下列说法中正确的是（　　）A．若左极板向左移动少许，则θ变大，P点的电势不变B．若左极板向左移动少许，则θ不变，P点的电势不变C．若左极板向右移动少许，则θ不变，P点的电势升高D．若左极板向右移动少许，则θ变小，P点的电势降低  【习题15】（2024上·河北石家庄·高二统考期末）如图所示的示波管模型中，电荷量为e、质量为m的电子从灯丝K发出，经加速电场加速后，从中心孔S沿极板中心线SO以速度v水平射入平行板电容器，穿出偏转电场后，又经过一段匀速直线运动，最后打到荧光屏上的C点。已知平行板电容器两极板间的电压为U，板长为L，两极板间的距离为d，偏转电场两极板右端到荧光屏的距离为L，不计电子重力。（1）求荧光屏上O、C两点间的距离；（2）将平行板电容器与电源断开，仅增大两极板间距，发现电子仍打到若光屏上的C点，请列式说明原因。【习题15】（2024上·河北石家庄·高二统考期末）（1）求荧光屏上O、C两点间的距离；（2）将平行板电容器与电源断开，仅增大两极板间距，发现电子仍打到若光屏上的C点，请列式说明原因。    【习题17】（2023下·湖南益阳·高一统考期末）如图所示，质量为m，带电量为q的微观粒子从静止开始经电压为 U的电场加速后，沿中轴线垂直进入长为L，宽为d的匀强偏转电场，恰好从极板右侧离开偏转电场。不计粒子重力。求：（1）粒子经过电场加速后进入偏转电场的速度大小 v；（2）偏转电场的场强大小 E；（3）粒子恰好离开偏转电场后落在距偏转电场右侧距离为 x的挡板上，记为P点。求偏转电场中心轴线与挡板交点O到P点的距离y。【习题17】（2023下·湖南益阳·高一统考期末）（1）粒子经过电场加速后进入偏转电场的速度大小 v；（2）偏转电场的场强大小 E；（3）粒子恰好离开偏转电场后落在距偏转电场右侧距离为 x的挡板上，记为P点。求偏转电场中心轴线与挡板交点O到P点的距离y。 【习题18】（2022上·福建南平·高二统考期末）示波器的原理可简化为图甲所示，一束电子流持续不断的由静止开始经加速电场加速后，沿中轴线OO'垂直电场方向射入偏转电场，射出电场后打到荧光屏上的P点。已知电子的质量为m，电荷量为e，加速电场电压为U0，偏转电场电压为U，两板间距离为d，极板的长度为L1，极板末端到荧光屏的距离为L2，不计电子所受重力。（1）求电子射入偏转电场时的初速度v0；（2）求电子飞出电场的位置离中心轴线OO'的距离y；（3）若偏转电场的电压U按图乙所示周期性变化，电压的最大值为U0，L1 = L2 = 2d，求荧光屏上能接收到粒子范围的长度ΔY。（由于电子通过电场的时间极短，每个电子通过偏转电场过程中可视为电压不变）【习题18】（2022上·福建南平·高二统考期末）          【习题23】（2023上·山东·高三校联考阶段练习）等量异种点电荷和等量同种点电荷电场中，以两点电荷所在直线为x轴，以两点电荷连线中点为坐标原点，建立如图甲、图乙所示平面直角坐标系，取无限远处电势为零，下列对甲、乙两图中x轴上的电场强度E和y轴上的电势φ定性描述正确的是（　　）ABCD 【习题23】（2023上·山东·高三校联考阶段练习）等量异种点电荷和等量同种点电荷电场中，以两点电荷所在直线为x轴，以两点电荷连线中点为坐标原点，建立如图甲、图乙所示平面直角坐标系，取无限远处电势为零，下列对甲、乙两图中x轴上的电场强度E和y轴上的电势φ定性描述正确的是（　　）ABCD 【习题24】（2024上·安徽合肥·高三校联考期末）在x轴上A、B两点分别放置两电荷q1和q2，C为两电荷中垂线上一点，且AO=BO=CO，在x轴上的电场强度与x的图线如图所示，规定场强沿x轴正方向为正，则（　　）A．两电荷为等量异种电荷B．O点电势等于0C．从C到O电势增加D．电子从C到O运动过程中电势能增大【答案】CA．O点电场方向为零，且AO=BO，可知两电荷为等量同种电荷，故A错误；BC．B点右侧电场方向沿x轴正方向，可知两电荷为等量正电荷，AB中垂线上的电场方向为由O点指向无穷远，根据沿电场线方向电势逐渐降低可知，由于无穷远处电势为0，则O点电势大于0，从C到O电势增加，故B错误，C正确；D．从C到O电势增大，根据负电荷在高电势处电势能反而小，电子从C到O运动过程中电势能减小，故D错误。课程结束