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    新教材高考物理一轮复习第8章静电场研专项素养提升课件

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    新教材高考物理一轮复习第8章静电场研专项素养提升课件

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    这是一份新教材高考物理一轮复习第8章静电场研专项素养提升课件,共37页。PPT课件主要包含了答案B,答案BD,答案A,答案C等内容,欢迎下载使用。


    一、重要学科思维方法指导:求解电场强度的四种特殊思维方法【方法概述】一、对称法对称分析法就是利用物理现象、物理过程具有对称性的特点来分析解决物理问题的方法。利用对称法求解电场强度就是利用空间上对称分布的电荷形成的电场具有对称性的特点,使复杂电场的叠加计算问题大为简化。求解电场强度对称的两种形式1.结构的对称性,如均匀带电的圆环,在其圆心处产生的电场强度为零;2.场的对称性,如等量同种、异种电荷形成的场具有对称性。
    二、微元法如果题目中给出的变化的事物或题中反映的变化的过程用常规方法无法解决时,常用微元法转化为极为简单的不变的事物或不变的过程来处理。在电场中遇到求解均匀带电圆环、带电平面、带电直杆等在某点的电场强度问题时通常用到微元法。将研究对象分解为很多“微元”或将其运动过程分解成许多微小的“元过程”(对应的物理量微元可以为时间微元、速度微元、位移微元、电荷量微元等),分析每个“元过程”遵循的物理规律,然后将每个“元过程”相关的物理量累加求和,从而使问题得到解决。本章中通常是将带电体分成许多微元电荷,每个微元电荷看成点电荷,先根据库仑定律求出每个微元电荷的电场强度,再结合对称性和电场强度叠加原理求出合电场强度。
    三、补偿法中学物理中很多计算公式都是通过对一些理想的、完整的模型研究而推导出来的。但是在一些物理题目中往往会遇到一些实际的、残缺的模型,比如要求有缺口的带电圆环、带电半球面的电场强度等,这些模型不便于直接运用公式进行分析计算,补偿法就是先将这些有缺口的带电圆环、球面补全为完整的圆环、球面,然后再应用对称的特点进行分析,有时还要用到微元思想。
    这类问题,从表面上看无从下手,或者由题设条件很难直接求解。但是,在与原题条件不相违背的前提下,如果适当地补偿一定的物理模型、物理装置,或者一定的物理过程、物理量等,补缺求整,补漏求全,往往可以使问题由“死”变“活”,由“繁”变“简”,从而促成问题的解决。这种思维方法称之为补偿思维。通过补偿使实际物体向物体模型转化、通过补偿使实际运动向运动模型转化、通过补偿使复杂问题简单化、通过补偿使陌生问题熟悉化。
    四、极限思维法极限思维法是指在某些物理状态变化的过程中,把某个物理量或物理过程推向极端,从而作出科学的推理分析,挖掘出隐含条件,给出正确判断或导出一般结论。该方法一般适用于题干中所涉及的物理量随条件单调变化、连续变化的情况。当某些问题无法求解时,可将题中某些物理量的值推向极端,然后对选项进行分析推理,进而得出答案。解题时要注意:①有哪些量可以推向极端;②极端推向0还是无穷大。
    【考向分析】电场强度是电场知识中极其重要的概念,也是高考中考点分布的重点区域之一,求电场强度的常用方法除了公式法、矢量叠加法之外,还常常用到微元法、对称法、补偿法、极限法等。
    【案例探究】案例1.如图所示,边长为L的正六边形ABCDEF的5条边上分别放置5根长度也为L的相同绝缘细棒。每根细棒均匀带上正电。现将电荷量为+Q的点电荷置于BC中点,此时正六边形几何中心O点的电场强度为零。若移走+Q,则O点电场强度大小为(k为静电力常量,不考虑绝缘棒及+Q之间的相互影响)(  )
    案例2.如图所示,均匀带电圆环所带电荷量为Q,半径为R,圆心为O,P为垂直于圆环平面中心轴上的一点,OP=L,试求P点的电场强度。
    思维点拨 将带电体分成许多电荷元,每个电荷元看成点电荷,先根据库仑定律求出每个电荷元的电场强度,再结合对称性和电场强度叠加原理求出合电场强度。
    案例3.(多选)已知均匀带电的球壳在球外空间产生的电场等效于电荷集中于球心处产生的电场。如图所示,一个均匀带正电的金属球壳的球心位于x轴上的O点,球壳与x轴相交于A、B两点,球壳半径为r,电荷量为Q。现在球壳A处开一半径远小于球半径的小孔,减少的电荷量为q,不影响球壳上电荷的分布。已知球壳外侧两点C、D到A、B两点的距离均为r,则此时(  )A.O点的电场强度大小为零
    思维点拨 球壳A处小孔半径远小于球半径,故可以将小孔处挖去的电荷看成是点电荷,先把这部分电荷补偿回来使球壳变完整,而均匀带电的球壳在球外空间产生的电场等效于电荷集中于球心处产生的电场,再根据电场强度的叠加可求各点电场强度。
    案例4.如图甲所示,半径为R的均匀带电圆形平板,单位面积所带电荷量为σ,其轴线上任意一点P(坐标为x)的电场强度可以由库仑定律和电场强度的叠加原理求出: ,方向沿x轴。现考虑单位面积所带电荷量为σ0的无限大均匀带电平板,从其中间挖去一半径为r的圆板,如图乙所示。则圆孔轴线上任意一点Q(坐标为x)的电场强度为(  )
    【创新训练】1.(2022辽宁高三月考)图甲为 均匀带电圆环,O1为其圆心,图乙为 均匀带电圆环,O2为其圆心,两圆环半径相同,单位长度所带电荷量、电性相同,O1处的电场强度大小为E0,电势为φ0。已知在真空中电荷量为Q的点电荷产生的电场中,若取无穷远处为零电势点,则离该点电荷距离为r的某点的电势为 ,则O2处的电场强度大小和电势分别为(  )
    则N点的电场强度大小为(  )
    二、典型物理模型指导突破:电场中三类常考图像问题【方法概述】一、φ-x图像1.电场强度的大小等于φ-x图线的斜率的绝对值,电场强度为零处,φ-x图线存在极值,其切线的斜率为零。2.在φ-x图像中可以直接判断各点电势的大小,并可根据电势大小关系确定电场强度的方向。
    3.在φ-x图像中分析电荷移动时电势能的变化,可用WAB=qUAB,分析WAB的正负,然后作出判断。
    二、Ep-x图像1.根据电势能的变化可以判断静电力做功的正负,电势能减少,静电力做正功;电势能增加,静电力做负功。2.根据ΔEp=-W=-Fx,图像Ep-x斜率的绝对值表示静电力的大小。
    三、E-x图像1.E-x图像反映了电场强度随位移变化的规律,E>0表示电场强度沿x轴正方向;E<0表示电场强度沿x轴负方向。
    2.在给定了电场的E-x图像后,可以由图线确定电场强度的变化情况,电势的变化情况,E-x图线与x轴所围图形“面积”表示电势差,两点的电势高低
    根据电场方向判定。在与粒子运动相结合的题目中,可进一步确定粒子的电性、动能变化、电势能变化等情况。3.在这类题目中,还可以由E-x图像画出对应的电场,利用已知电场的电场线分布、等势面分布或场源电荷来处理相关问题。
    【考向分析】三种电场中的图像常结合运动学图像考查电场中的问题,常考常新,命题点较多,常结合电场强度的求解,带电粒子运动轨迹的判断,电势、电势能、电势差与电场强度的关系,以及U=Ed的应用问题等进行命题。
    【案例探究】案例1.(多选)在x轴上分别固定两个点电荷Q1、Q2,Q2位于坐标原点O处。两点电荷形成的静电场中,x轴上的电势φ随x变化的图像如图所示。下列说法正确的是(  )A.x3处电势φ最高,电场强度最大B.Q1带正电,Q2带负电C.Q1的电荷量小于Q2的电荷量D.电子从x1处沿x轴移动到x2处,电势能增加
    答案 BD解析 由于 ,则图像的斜率表示电场强度,所以由图像可知x3处电势φ最高,电场强度最小为0,故A错误;由于沿着电场线方向电势逐渐降低,则O到x3电场线方向指向x轴的负方向,x3到+∞,电场线方向指向x轴的正方向,并且在x3处电势φ最高,电场强度最小为0,根据点电荷电场强度公式 ,由近小远大规律可知,Q1的电荷量大于Q2的电荷量,并且Q1带正电,Q2带负电,故B正确,C错误;电子从x1处沿x轴移动到x2处,静电力做负功,电势能增加,故D正确。
    案例2.(多选)(2022福建福州高三二模)空间中存在一静电场,一电子从x=0处以一定的初速度沿+x轴方向射出,仅在静电力作用下在x轴上做直线运动,其电势能Ep随位置x变化的关系Ep-x如图所示。则下列判断正确的是(  )A.x1处电场强度比x3处电场强度大B.x2处电势最大、电场强度最小C.x3处的电场强度方向沿x轴正方向D.电子在x=0处的速度大于x3处的速度
    答案 AD解析 根据电势能与电势的关系可知Ep=qφ,电场强度与电势的关系 ,所以ΔEp=qE·Δx,由Ep-x 图像的斜率可知,因为x1处的斜率比x3处的斜率大,所以x1处电场强度比x3处电场强度大,故A正确;由于电子带负电,在x2处,电子的电势能最大,电势最小,x2处图像的斜率为零,电场强度为0,故B错误;电子从x2到x3,电势能减小,静电力做正功,则x3处的电场强度方向沿x轴负方向,故C错误;根据能量守恒,电子在x=0处的电势能小于电子在x3处的电势能,则电子在x=0处的动能大于x3处的动能,所以电子在x=0处的速度大于x3处的速度,故D正确。
    案例3.(2022辽宁沈阳期末)某静电场中x轴上各点的电场强度方向均和x轴重合,以x轴正方向为电场强度的正方向,x轴上的电场强度随位置坐标的变化规律如图所示,其中x1~x3间的图线关于x2点中心对称,规定x2点为电势零点,已知x2=2x1=2d,将一电荷量为+q的粒子从坐标原点由静止释放,不计粒子重力,关于粒子从原点O运动到x3点的过程,下列说法正确的是(  )A.释放后粒子的加速度先不变后减小B.粒子到达x3点时的动能为 qdE0C.粒子经过的位置中O点电势一定最大D.粒子在x1和x3处速度达到最大值
    答案 C 解析 在0~x1间,电场强度沿x轴正方向且大小不变,又粒子带正电,故粒子沿x轴正方向做匀加速直线运动;x1~x2间,电场强度沿x轴正方向,且大小逐渐减小,故粒子沿x轴正方向做加速度减小的加速运动;x2~x3间,电场强度沿x轴负方向,且大小逐渐增大,故粒子沿x轴正方向做加速度增大的减速运动,故A、D错误。x1~x3间的图线关于x2点中心对称,则x1~x2间静电力对粒子做的正功数值上等于x2~x3间静电力对粒子做的负功,故粒子到达x3点的动能等于粒子到达x1点的动能,为Ek=qE0d,故B错误。粒子在电场中仅在静电力作用下运动,粒子的动能和电势能之和不变,O点之后粒子速度一直大于零,则粒子在O点的电势能最大,又粒子带正电,则粒子在O点的电势最大,故C正确。
    【创新训练】1.(2023安徽马鞍山模拟)在x轴上坐标为-3L和3L的两点固定电荷量不等的两点电荷,坐标为3L处电荷带正电,电荷量大小为Q。两点电荷连线上各点电势φ随x变化的关系如图所示,其中x=L处电势最低,x轴上M、N两点的横坐标分别为-2L和2L,则(  )A.两点电荷为异种电荷B.坐标为-3L处电荷的电荷量大小为2QC.负检验电荷在原点O处受到向左的静电力D.负检验电荷由M点运动到N点的过程,电势能先减小后增大
    2.(2023山东实验中学模拟)x轴上固定着两个点电荷A、B,两点电荷分别位于xA=0和xB=4d处,两者所在区域为真空,在两者连线上某点的电场强度E与该点位置的关系如图所示。选取x轴正方向为电场强度的正方向,无限远处电势为零。以下说法正确的是(  )A.点电荷A、B分别带正电和负电B.A、B所带电荷量的绝对值之比为1∶3C.x=d处电势最高且为零D.将电子从x=5d处无初速度释放,其电势能一直减小

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