2019-2020年高中物理二輪總復(fù)習(xí) 電場強度、電場線教案.doc

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2019-2020年高中物理二輪總復(fù)習(xí) 電場強度、電場線教案 解答“電場強度 電場線”一類試題，應(yīng)了解以下內(nèi)容： 電場強度是描述電場力的性質(zhì)的一個物理量，電場線是為了形象直觀描繪場強，人為假想的曲線．因此在充分理解場強和電場線基本概念的基礎(chǔ)綜合力學(xué)知識利用平衡條件，牛頓運動定律等解題是很普遍的情況． I 高考最新熱門題 1 (典型例題)如圖16-2-1在光滑水平面上的O點系一長為l的絕緣細(xì)線，線的一端系一質(zhì)量為m，帶電量為q的小球．當(dāng)沿細(xì)線方向加上場強為E，的勻強電場后，小球處于平衡狀態(tài)，現(xiàn)給小球一垂直于細(xì)線的初速度vo，使小球在水平面上開始運動．若vo很小，則小球第一次回到平衡位置所需時間為_______. 命題目的與解題技巧：本題不僅考查了單擺的周期公式及其成立的條件；電場力的計算還考查了物理學(xué)上一個重要思想：等效思想 [解析] 因為小球初速度很小，所以小球的運動可以看成是單擺的簡諧運動．小球所受的電場力為R=qE，把電場力等效成重力，則等效重力加速度為g=，代入單擺的周期公式：T= ,由于第一次回到平衡位置的時間為半個周期，所以小球第一次回到平衡位置的時間為 [答案] 2 (典型例題)如圖16-2-2在正六邊形的a、c兩個頂點上各放一帶正電的點電荷，電量的大小都是q1，在b、d兩個頂點上，各放一帶負(fù)電的點電荷，電量的大小都是q2，q1＞q2.已知六邊形中心O點處的場強可用圖中的四條有向線段中的一條來表示，它是哪一條? A．E1 B．E2 C．E3 D．E4 答案： B 指導(dǎo)：a、c兩個頂點帶正電點電荷在O處的合場強背離b點；b、d兩個頂點帶負(fù)電荷在O處的合場強指向c點，由于 q1>q2，所以在O處總的合場強應(yīng)為E2. 3 (典型例題)法拉第首先提出用電場線形象生動地描繪電場，圖16-2-3為點電荷a、b所形成電場線分布圖，以下幾種說法正確的是 A.a、b為異種電荷，a帶電荷量大于b帶電荷量 B．a(chǎn)、b為異種電荷，a帶電荷量等于b帶電荷量 C．a(chǎn)、b為同種電荷，a帶電荷量大于b帶電荷量 D．a(chǎn)、b為同種電荷，a帶電荷量等于b帶電荷量 答案： B 指導(dǎo)：電場線是用來形象描述電場分布的一系列典線，電場線上任一點的切線方向與該點的場強方向相同．電場線是不閉合的曲線，起始于正電荷而止于負(fù)電荷．電場線分布密的地方場強大，分布疏的地方場強?。蓤D可以看出，該電場是兩個異種電荷所形成的電場，b電荷周圍的電場線分布較密，則b電荷的電量較大．故B項對． 4 (典型例題)在場強為E的勻強電場中固定放置兩個小球1和2，它們的質(zhì)量相等，電荷分別為q1和-q1(q1≠q2)．球1和球2的連線平行于電場線，如圖16-2-4．現(xiàn)同時放開1球和2球，于是它們開始在電力的作用下運動，如果球1和球2之間的距離可以取任意有限阻，則兩球剛被放開時，它們的加速度可能是： A.大小不等，方向相同 B．大小不等，方向相反 C.大小相等，方向相同 D．大小相等，方向相反 答案： BC 指導(dǎo)：由題意放開兩球后在電力作用下運動，即不考慮重力作用，設(shè)電場力為FE1、FE2，庫侖力為F12、F21，細(xì)線拉力為T12、T21．當(dāng)電場強度較大時，兩帶電小球受到細(xì)線拉力，兩帶電小球產(chǎn)生的加速度大小相等，方向相同有q2>q1和q2q1，時，兩帶電小球不受細(xì)線拉力則加速度大小不相等，方向相反，如下圖D 16—4(3)，當(dāng)電場強度較小時且q2Eb>Ea>Ec C.這四點場強大小關(guān)系是Eb>Ea＞Ec＞Ed D．無法比較E值大小 答案： B 指導(dǎo)：對圖象問題要重理解它的物理意義．對于電場中給定的位置，放入的檢驗電荷的電荷量不同，它受到的電場力不同，但是電場力F與檢驗電荷的電荷量吁的比值F/q即場強F是不變的量，因為F=Eq，所以F跟q的關(guān)系圖線是一條過原點的直線，該直線的斜率的大小即表示場強的大小．由此可得出Ed>Eb>Ec，故B正確． 4 (典型例題)如圖16-2-9所示，均勻帶電圓環(huán)的帶電量為Q，半徑為R，圓心為O，P為垂直于圓環(huán)平面的對稱軸上的 一點，OP=L，求P點的場強． 答案：提導(dǎo):如圖D16—6設(shè)想將圓環(huán)等分為n個小段，當(dāng)n相當(dāng)大時，每小段便可看作是點電荷，其帶電量為q=Q/n，由占由荷場強公式可得每一小段點電荷在，處的場強為由對稱性可知，各小段帶電環(huán)在P處的場強E的垂睦于軸向的分量Ey相互抵消，而E的軸向分量Ex之和即為帶電圓環(huán)在戶處的場強Ep，所以， 5 (典型例題)如圖16-2-10所示，AB是某個點電荷的一根電場線，在電場線上O點由靜止釋放一個負(fù)電荷，它僅在電場力作用下沿電場線向B運動，下列判斷正確的是 A.電場線由B指向A，該電荷作加速運動，加速度越來越小 B．電場線由B指向A，該電荷作加速運動，其速度大小變化由題沒條件不能確定 C.電場線由A指向B，電荷作勻加速運動 D．電場線由B指向A，電荷作加速運動，加速度越來越大 答案： B 指導(dǎo)：電場線的切線方向就是正電荷在該處的受力方向，和負(fù)電荷受電場力的方向相反，反以電場線由B指向A只給出一條電場線，不能判斷各點電場的強弱(因為不能確定電場線疏密情況)，也就不能判斷電場力大小及加速度的變化情況，只能知道電場線方向和負(fù)電荷在作加速運動． 6 (典型例題)半徑為r的絕緣光滑圓環(huán)固定在豎直平面內(nèi)，環(huán)上套有一質(zhì)量為m，帶正電的珠子，空間存大在乎向右的勻強電場，如圖16-2-11所示，珠子所受靜電力是其重力的3／4，將珠子從環(huán)上最低位置A點由靜止釋 放，則珠子所能獲得的最大動能Ek為多少? 答案：EKm=mgr=mgr指導(dǎo)：設(shè)珠子的帶電量為Q，電場強度為E．珠子在運動過程中受到三個力的作用，其中只有電場力和重力對珠子做功，其合力大小為：F=設(shè)9與豎直方向間夾角為θ如圖D16-7所示，則把這個合力等效為復(fù)合場，此復(fù)合場為強度g′=g,g′與豎直方向間的夾角如圖9—1—16所示，設(shè)為θ，珠子沿圓環(huán)運動，可以類比于單擺的運動，運動中的動能最大位置是“最低點”，由能的轉(zhuǎn)化及守恒可求的最大的動能為： Ekm=mg′r(1—cosθ)= mgr Ⅲ 新高考命題方向預(yù)測 1 如圖16-2-12(a)中AB是一條點電荷電場中的電場線，圖(b)則是放在電場線上a、b處的檢驗電荷的電荷量與所受電場力數(shù)量間的函數(shù)圖線，由此可以判定 A．場源是正電荷，位置在A側(cè) B．場源是正電荷，位置在B側(cè) C．場源是負(fù)電荷，位置在A側(cè) D．場源是負(fù)電荷，位置在B側(cè) 答案： A 指導(dǎo)：依據(jù)E=可知，F(xiàn)—q圖線的斜率k==E，即斜率的物理意義是圖線的斜率在大小上等于該點的電場強度的大?。剩篍a>Eb，即a點比b點的電場線密．而電場線由a指向b，顯然形成電場的點電荷為正電荷，且位于A側(cè)，所以，本題的正確選項應(yīng)為A. 2 如圖16-2-13中畫了四個電場的電場線，其中A和C圖中小畫圈表示一個點電荷，A圖中虛0線是一個圓；B圖中幾條直線間距相等且互相平行，則在圖A、B、C、D中M、N處電場強度相同的是 答案： B 指導(dǎo)：A圖中M、N兩點的電場強度的大小相當(dāng)，但方向不同；C圖中M、N兩點的電場強度的方向相同，但EM>EN； D圖中，電場強度的大小和方向均不相同． 3 如圖16-2-14所示，M,N為兩個等量同種電荷，在其連線的中垂線上的P點放—個靜止的點電荷q(負(fù)電荷)，不計重力，下列說法中，正確的是 A.點電荷在從P到O的過程中，加速度越來越大，速度也越來越大 B．點電荷在從P到O的過程中，加速度越來越小，速度越來越大 C.點電荷運動到O點時加速度為零，速度達(dá)最大值 D.點電荷越過O點后，速度越來越小，加速度越來越大，直到粒子速度為零 答案： C 指導(dǎo)：要想了解點電荷從P點到O的運動情況，必須首先對中垂線上的電場強度的分布有一個比較清晰的了解．由電場的“迭加原理”可知O點的場強為零，離O點無限遠(yuǎn)處的場強也為零，而中間任意一點的場強不為零，可見從O經(jīng)P到無限遠(yuǎn)處，場強不是單調(diào)變化的．而是先增大而后逐漸減小，其中必有一點P′，該點的場強最大．如果點電荷的初始位置P在P′，之下或正好與P′，重合，粒子從P到O的過程中，加速度就一直減小，到達(dá)O點時加速度為零，速度最大；如果粒子的初始位置P′之上，粒子從P到O的過程中，加速度先增大而后減小，速度一直增大，到達(dá)O點時速度達(dá)最大值．可見，只有選項C是正確的． 4 在x軸上有兩個點電荷，一個帶正電Q1，一個帶負(fù)電Q2且Q1=2Q2，用E1和E2分別表示兩個電荷所產(chǎn)生的場強的大小，則在x軸上 A.E1=E之點只有一處，該處合場強為零； B．E1=E2之點有二處，其中一處合場強為零，另一處合場強為2E2 C．E1=E2之點共有三處，其中兩處合場強為零，第三處合場強為2E2 D．E1=E2之點共有三處，其中一處合場強為零，另二處合場強為2E2 答案： B指導(dǎo)：如圖D16—8所示，Q1>Q2，根據(jù)點電荷的電場公式,E1=E2的點必須距Q1遠(yuǎn)一些距Q2近一些，在x軸上a，b兩點有這種可能，又根據(jù)場強方向的定義，在a點， E1，E2方向相反，合場強為零，而在b點E1，E2方向相同，合場強為2E2，此題應(yīng)選B． 5 密立根油滴實驗如圖16-2-15所示，在電介質(zhì)為空氣的電容器中，觀測以某速度進(jìn)入一個油滴，這油滴經(jīng)過一會兒達(dá)到一個恒定的速度v1，這時加電場強度為E的勻強電場，再過一會兒達(dá)到另一恒定速度v2，在這樣短的時間內(nèi)速度變?yōu)楹愣?，說明油滴受到_____的作用，這個力的大小與速度成正比，可表示為kv(式中k為未知)，而方向與______，設(shè)油滴質(zhì)量為m，電荷量為q，寫出這兩種情況下的方程：(1)_____(2)_____，由此解得，q=______(3)Q的測量值(單位：10-9C)6.41 8.01 9.65 11.23 12.83 14.48分析這些數(shù)據(jù)可知：________. 答案：空氣阻力，速度方向相反，(1)mg-kv1=0(2)mg-kv2—qE．(3)小球電荷電量是1．610-19C整數(shù)倍，故電荷的最小電荷量e=1．610-19C指導(dǎo)：由油滴速度恒定可知受力平衡，由題意知油滴受重力和空氣阻力．方程為：mg-kv1=0 ① 加勻強電場后油滴受電場力，再次達(dá)穩(wěn)定速度v2，受力又平衡，平衡方程為mg-kv2=qE ② 解①②得： 6 一粒子質(zhì)量為m，帶電量為+Q，以初速度v與水平方向成45角射向空間勻強電場區(qū)域，粒子恰作直線運動．求這勻強電場的最小場強的大小，并說明方向． 答案：方向垂直v斜向上方． 指導(dǎo)：粒子進(jìn)入電場區(qū)域后只受重力和電場力兩個力作用而做直線運動，知其合力必與v在一直線上，如圖D 16—9由力的分解知最小的電場力 qE=mgsin45所以E最小=sin45 = 方向垂直v斜向上方． 考場熱身 探究性命題綜合測試 1 如圖Z16-1所示，半徑為r的硬橡膠圓環(huán)，其上帶有均勻分布的正電荷，單位長度上的電荷量為Q，另一電荷量為，Q的點電荷放在球心O上，由于對稱性，點電荷受力為零．現(xiàn)截去環(huán)頂部的一小段弧AB，AB=L，且LQ：時距Q1較遠(yuǎn)，距Q2較近，這樣的點一個在二異號電荷的連線上，該處E1、E2方向相同；另一個在二異電荷連線的延長線上，該處E1、E2方向相反，場強是矢量，合場強為零的點，E1與E2等大反向．C正確，ABD錯． 6 一個單擺，擺球質(zhì)量為m，并帶有電量為q的負(fù)電荷，在沒有電場時單擺做周期為了的簡諧運動，若在單擺振動過程中，突然加上一個方向豎直向下，大小為E=mg／q的勻 強電場，此后擺球的運動可能是①振動周期仍為了②振動周期為2T③靜止不動 ④做勻速圓周運動 A.① B．② C．②③ D．③④ 答案： D 指導(dǎo)：據(jù)E=得電場力F=Eq=mg，當(dāng)單擺擺到最大位移時，加上電場，此是v=0、F合=0物體處于靜止?fàn)顟B(tài)．若在其他位置加上電場，由于v≠0，此時電場力與重力平衡，繩的拉力充當(dāng)向心力，物體做勻速圓周運動，所以D選項正確． 7 一根置于水平面上的光滑玻璃管(絕緣體)，內(nèi)部有兩個完全一樣的彈性金屬球A、B，帶電量分別為9Q和-Q，從圖Z16-3所示位置由靜止釋放，問兩球再經(jīng)過圖中位置時，兩球的加速度是釋放時的幾倍? 答案： 指導(dǎo):A、B球吸引接觸后，凈電荷為9Q—Q=8Q，平均后各得4Q，再經(jīng)過圖示位置時，庫侖力是原來的，故加速度是釋放時的倍，故加速度是釋放時的倍 8 有質(zhì)量的物體周圍存在引力場，萬有引力和庫侖力有類似的規(guī)律，因此我們可以用定義靜電電場場強的方法來定義引力場的場強，由此可得，與質(zhì)量為M的質(zhì)點相距r處的引力場場強的表達(dá)式為Ec=______(萬有引力恒量用G表示) 答案： EC=GM/r2 指導(dǎo)：由庫化力公式F=kQq/r2和場強公式E電 kQ/r2.用類比方法可寫出引力場場強公式EC=GM/r2．據(jù)萬有引力和庫侖力有類似規(guī)律，將G類比k，M類比Q，在得出E 電的同時便能寫出Ec，即將不熟悉轉(zhuǎn)化為熟悉，揭示新的規(guī)律． 9 已經(jīng)證實，質(zhì)子、中子都是由上夸克和下夸克的兩種夸克組成的，上夸克帶電為，下夸克帶電為為電子所帶電量的大小，如果質(zhì)子是由三個夸克組成的，且各個夸克之間的距離都為l，l=1.510-15m，試計算質(zhì)子內(nèi)相鄰甲個夸克之間的靜電力(庫侖力) 答案：46N斥力，23N引力 指導(dǎo)：質(zhì)子帶電+e，所以它是由2個上夸克和1個下夸克組成的，各個夸克之間的距離都為 代入數(shù)值,得F2=23N,為引力. 10 如圖Z16-4兩個同樣的氣球充滿氦氣，氣球帶有等量同種電荷．兩根等長的細(xì)線下端系上5.0103 kg的重物后，就如圖所示的那樣平衡地飄浮著，求每個氣球的帶電量為多少? 答案： Q=5.610-4C指導(dǎo):分別對重物和小球分析受力圖示D16-10,對重物Tsinθ=Mg