202x年高考物理一轮复习 第8章 静电场 第38讲 电场中的图象问题和力电综合问题
- 格式：ppt
- 大小：9.79 MB
- 文档页数：107
当前位置：文档之家 › 202x年高考物理一轮复习 第8章 静电场 第38讲 电场中的图象问题和力电综合问题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
第38讲 电场中的图象问题和 力电综合问题
考点一 静电场中的图象问题
几种常见图象的特点及规律
(多选)如图甲所示，有一绝缘的竖直圆环，圆环上分布着正电荷。一光 滑细杆沿垂直圆环平面的轴线穿过圆环，细杆上套有一质量为 m＝10 g 的带 正电的小球，小球所带电荷量 q＝5.0×10－4 C，让小球从 C 点由静止释放。 其沿细杆由 C 经 B 向 A 运动的 v-t 图象如图乙所示，且已知小球运动到 B 点 时，速度图象的切线斜率最大(图中标出了该切线)，下列说法正确的是( )
A．由 C 到 A 的过程中，小球的电势能先减小后增大 B．在 O 点右侧杆上，B 点场强最大，场强大小为 E＝1.2 V/m C．沿着 C 到 A 的方向，电势先降低后升高 D．C、B 两点间的电势差 UCB＝0.9 V
解析 从 C 到 A 电场力对带正电的小球一直做正功，故电势能一直减 小，电势一直减小，故 A、C 错误；由乙图可知，小球在 B 点的加速度最大， 且加速度只由电场力提供，故 B 点的电场强度最大，由乙图可知 a＝ΔΔvt ＝0.06 m/s2，又 a＝qmE，代入数据解得 E＝1.2 V/m，故 B 正确；由 C 到 B 电场力 做功为 W＝12mvB2 －0，所以 C、B 间电势差为 UCB＝Wq ＝0.9 V，故 D 正确。
解析
2．(多选)静电场在 x 轴上的场强 E 随 x 的变化关系如图所示，x 轴正向 为场强正方向，带正电的点电荷沿 x 轴正向运动，则点电荷( )
A．在 x2 和 x4 处电势能相等 B．由 x1 运动到 x3 的过程中电势能增大 C．由 x1 运动到 x4 的过程中电场力先增大后减小 D．由 x1 运动到 x4 的过程中电场力先减小后增大 答案 BC
答案
解析 由题图可知，从 x1 到 x4 场强先变大，再变小，则点电荷受到的电 场力先增大后减小，C 正确，D 错误；由 x1 到 x3 及由 x2 到 x4 过程中，电场 力做负功，电势能增大，知 A 错误，B 正确。
解析
3.(多选)一带负电的粒子只在电场力作用下沿 x 轴正方向运动，其电势能 Ep 随位移 x 的变化关系如图所示，则下列说法正确的是( )
A．q1 和 q2 带有异种电荷 B．x1 处的电场强度为零 C．负电荷从 x1 移到 x2，电势能减小 D．负电荷从 x1 移到 x2，受到的电场力增大 答案 AC
答案
解析 两个点电荷在 x 轴上，且 x1 处的电势为零，x>x1 处的电势大于零， x<x1 处的电势小于零。如果 q1、q2 为同号电荷，x 轴上各点的电势不会有正、 负之分，故 q1、q2 必为异号电荷，A 正确。x1 处 φ-x 图线斜率不为零，故 x1 处的电场强度不为零，B 错误。负电荷从 x1 移动到 x2 的过程，电势升高，电 势能减小，C 正确。由 φ-x 图象的斜率表示电场强度知负电荷从 x1 移动到 x2， 所受电场力减小，D 错误。
②当粒子垂直于电场方向射入时，沿初速度方向的分运动为匀速直线运 动，沿电场方向的分运动具有周期性。
(2)研究带电粒子在交变电场中的运动，关键是根据电场变化的特点，利 用牛顿第二定律正确地判断粒子的运动情况。根据电场的变化情况，分段求 解带电粒子运动的末速度、位移等。
(3)对于锯齿波和正弦波等电压产生的交变电场，一般来说题中会直接或 间接提到“粒子在其中运动时电场为恒定电场”，故带电粒子穿过电场时可 认为是在匀强电场中运动。
答案 BD
解析 答案
方法感悟 虽然图象种类繁多，但各种图象的处理方法都类似。大多数图象问题都 考查斜率或面积的物理意义。斜率的物理意义由纵轴变化量除以横轴变化量 决定；面积的物理意义由对应的纵轴与横轴所代表的物理量相乘决定。
1.(2017·江苏高考)(多选)在 x 轴上有两个点电荷 q1、q2，其静电场的电势 φ 在 x 轴上分布如图所示。下列说法正确的有( )
解析
考点二 带电粒子在交变电场中的 运动
1．常见的交变电场 常见的产生交变电场的电压波形有方形波、锯齿波、正弦波等。 2．常见的类型 (1)粒子做单向直线运动。 (2)粒子做往返运动。 (3)粒子做偏转运动。
3．常用的分析方法 (1)带电粒子在交变电场中的运动，通常只讨论电压的大小不变、方向做 周期性变化(如方波)且不计粒子重力的情形。在两个相互平行的金属板间加 交变电压时，在两板中间便可获得交变电场。此类电场从空间看是匀强电场， 即同一时刻，电场中各个位置电场强度的大小、方向都相同；从时间看是变 化的，即电场强度的大小、方向都随时间而变化。 ①当粒子平行于电场方向射入时，粒子做直线运动，其初速度和受力情 况决定了粒子的运动情况，粒子可以做周期性的运动。
如图 a 所示的两平行金属板 P、Q 加上图 b 所示电压，t＝0 时，Q 板电 势比 P 高 5 V，在板正中央 M 点放一电子，初速度为零，电子只受电场力而 运动，且不会碰到金属板。这个电子Fra Baidu bibliotek于 M 点右侧，速度向左，且速度逐渐 减小的时间段是( )
A．0<t<2×10－10 s B．2×10－10 s<t<4×10－10 s C．4×10－10 s<t<6×10－10 s D．6×10－10 s<t<8×10－10 s
解析 在 0<t<2×10－10 s 时间内，Q 板比 P 板电势高 5 V，E＝Ud ，方向 水平向左，所以电子所受电场力方向向右，加速度方向也向右，所以电子从 M 点向右做匀加速直线运动；在 2×10－10 s<t<4×10－10 s 时间内，Q 板比 P 板电势低 5 V，电场强度方向水平向右，所以电子所受电场力方向向左，加 速度方向也向左，所以电子向右做匀减速直线运动，分析可得当 t＝4×10－10 s 时速度为零，此时电子在 M 点的右侧；在 4×10－10 s<t<6×10－10 s 时间内， Q 板比 P 板电势低 5 V，电场强度方向水平向右，所以电子所受电场力方向
A．粒子从 x1 处运动到 x2 处的过程中电场力做正功 B．x1、x2 处电场强度方向沿 x 轴正方向 C．x1 处的电场强度大小大于 x2 处的电场强度大小 D．x1 处的电势比 x2 处的电势低 答案 AD
答案
解析 由于粒子从 x1 运动到 x2，电势能减小，因此电场力做正功，粒子 所受电场力的方向沿 x 轴正方向，粒子带负电，故电场强度方向沿 x 轴负方 向，A 正确，B 错误；由于 x1 处的图线斜率的绝对值小于 x2 处图线斜率的绝 对值，因此 x1 处的电场强度大小小于 x2 处的电场强度大小，C 错误；沿着电 场线方向电势降低，故 x1 处的电势比 x2 处的电势低，D 正确。
考点一 静电场中的图象问题
几种常见图象的特点及规律
(多选)如图甲所示，有一绝缘的竖直圆环，圆环上分布着正电荷。一光 滑细杆沿垂直圆环平面的轴线穿过圆环，细杆上套有一质量为 m＝10 g 的带 正电的小球，小球所带电荷量 q＝5.0×10－4 C，让小球从 C 点由静止释放。 其沿细杆由 C 经 B 向 A 运动的 v-t 图象如图乙所示，且已知小球运动到 B 点 时，速度图象的切线斜率最大(图中标出了该切线)，下列说法正确的是( )
A．由 C 到 A 的过程中，小球的电势能先减小后增大 B．在 O 点右侧杆上，B 点场强最大，场强大小为 E＝1.2 V/m C．沿着 C 到 A 的方向，电势先降低后升高 D．C、B 两点间的电势差 UCB＝0.9 V
解析 从 C 到 A 电场力对带正电的小球一直做正功，故电势能一直减 小，电势一直减小，故 A、C 错误；由乙图可知，小球在 B 点的加速度最大， 且加速度只由电场力提供，故 B 点的电场强度最大，由乙图可知 a＝ΔΔvt ＝0.06 m/s2，又 a＝qmE，代入数据解得 E＝1.2 V/m，故 B 正确；由 C 到 B 电场力 做功为 W＝12mvB2 －0，所以 C、B 间电势差为 UCB＝Wq ＝0.9 V，故 D 正确。
解析
2．(多选)静电场在 x 轴上的场强 E 随 x 的变化关系如图所示，x 轴正向 为场强正方向，带正电的点电荷沿 x 轴正向运动，则点电荷( )
A．在 x2 和 x4 处电势能相等 B．由 x1 运动到 x3 的过程中电势能增大 C．由 x1 运动到 x4 的过程中电场力先增大后减小 D．由 x1 运动到 x4 的过程中电场力先减小后增大 答案 BC
答案
解析 由题图可知，从 x1 到 x4 场强先变大，再变小，则点电荷受到的电 场力先增大后减小，C 正确，D 错误；由 x1 到 x3 及由 x2 到 x4 过程中，电场 力做负功，电势能增大，知 A 错误，B 正确。
解析
3.(多选)一带负电的粒子只在电场力作用下沿 x 轴正方向运动，其电势能 Ep 随位移 x 的变化关系如图所示，则下列说法正确的是( )
A．q1 和 q2 带有异种电荷 B．x1 处的电场强度为零 C．负电荷从 x1 移到 x2，电势能减小 D．负电荷从 x1 移到 x2，受到的电场力增大 答案 AC
答案
解析 两个点电荷在 x 轴上，且 x1 处的电势为零，x>x1 处的电势大于零， x<x1 处的电势小于零。如果 q1、q2 为同号电荷，x 轴上各点的电势不会有正、 负之分，故 q1、q2 必为异号电荷，A 正确。x1 处 φ-x 图线斜率不为零，故 x1 处的电场强度不为零，B 错误。负电荷从 x1 移动到 x2 的过程，电势升高，电 势能减小，C 正确。由 φ-x 图象的斜率表示电场强度知负电荷从 x1 移动到 x2， 所受电场力减小，D 错误。
②当粒子垂直于电场方向射入时，沿初速度方向的分运动为匀速直线运 动，沿电场方向的分运动具有周期性。
(2)研究带电粒子在交变电场中的运动，关键是根据电场变化的特点，利 用牛顿第二定律正确地判断粒子的运动情况。根据电场的变化情况，分段求 解带电粒子运动的末速度、位移等。
(3)对于锯齿波和正弦波等电压产生的交变电场，一般来说题中会直接或 间接提到“粒子在其中运动时电场为恒定电场”，故带电粒子穿过电场时可 认为是在匀强电场中运动。
答案 BD
解析 答案
方法感悟 虽然图象种类繁多，但各种图象的处理方法都类似。大多数图象问题都 考查斜率或面积的物理意义。斜率的物理意义由纵轴变化量除以横轴变化量 决定；面积的物理意义由对应的纵轴与横轴所代表的物理量相乘决定。
1.(2017·江苏高考)(多选)在 x 轴上有两个点电荷 q1、q2，其静电场的电势 φ 在 x 轴上分布如图所示。下列说法正确的有( )
解析
考点二 带电粒子在交变电场中的 运动
1．常见的交变电场 常见的产生交变电场的电压波形有方形波、锯齿波、正弦波等。 2．常见的类型 (1)粒子做单向直线运动。 (2)粒子做往返运动。 (3)粒子做偏转运动。
3．常用的分析方法 (1)带电粒子在交变电场中的运动，通常只讨论电压的大小不变、方向做 周期性变化(如方波)且不计粒子重力的情形。在两个相互平行的金属板间加 交变电压时，在两板中间便可获得交变电场。此类电场从空间看是匀强电场， 即同一时刻，电场中各个位置电场强度的大小、方向都相同；从时间看是变 化的，即电场强度的大小、方向都随时间而变化。 ①当粒子平行于电场方向射入时，粒子做直线运动，其初速度和受力情 况决定了粒子的运动情况，粒子可以做周期性的运动。
如图 a 所示的两平行金属板 P、Q 加上图 b 所示电压，t＝0 时，Q 板电 势比 P 高 5 V，在板正中央 M 点放一电子，初速度为零，电子只受电场力而 运动，且不会碰到金属板。这个电子Fra Baidu bibliotek于 M 点右侧，速度向左，且速度逐渐 减小的时间段是( )
A．0<t<2×10－10 s B．2×10－10 s<t<4×10－10 s C．4×10－10 s<t<6×10－10 s D．6×10－10 s<t<8×10－10 s
解析 在 0<t<2×10－10 s 时间内，Q 板比 P 板电势高 5 V，E＝Ud ，方向 水平向左，所以电子所受电场力方向向右，加速度方向也向右，所以电子从 M 点向右做匀加速直线运动；在 2×10－10 s<t<4×10－10 s 时间内，Q 板比 P 板电势低 5 V，电场强度方向水平向右，所以电子所受电场力方向向左，加 速度方向也向左，所以电子向右做匀减速直线运动，分析可得当 t＝4×10－10 s 时速度为零，此时电子在 M 点的右侧；在 4×10－10 s<t<6×10－10 s 时间内， Q 板比 P 板电势低 5 V，电场强度方向水平向右，所以电子所受电场力方向
A．粒子从 x1 处运动到 x2 处的过程中电场力做正功 B．x1、x2 处电场强度方向沿 x 轴正方向 C．x1 处的电场强度大小大于 x2 处的电场强度大小 D．x1 处的电势比 x2 处的电势低 答案 AD
答案
解析 由于粒子从 x1 运动到 x2，电势能减小，因此电场力做正功，粒子 所受电场力的方向沿 x 轴正方向，粒子带负电，故电场强度方向沿 x 轴负方 向，A 正确，B 错误；由于 x1 处的图线斜率的绝对值小于 x2 处图线斜率的绝 对值，因此 x1 处的电场强度大小小于 x2 处的电场强度大小，C 错误；沿着电 场线方向电势降低，故 x1 处的电势比 x2 处的电势低，D 正确。