高考物理人教全國II一輪復(fù)習(xí)課件第6章能力課時(shí)8電場中的三大問題的突破方法

1、能力課時(shí)8電場中的“三大”問題的突破方法,突破一電場中“三類”典型圖象問題,近幾年，高考中以電場中的圖象切入命題的試題逐漸增多，如：E x圖象、 x圖象，或與粒子運(yùn)動(dòng)規(guī)律有關(guān)的圖象，如： vt圖象，掌握各個(gè)圖象的特點(diǎn)，理解其斜率、截距、“面積”對(duì)應(yīng)的物理意義，就能順利解決有關(guān)問題，此類問題一般以選擇題的形式出現(xiàn)，難度中等。 類型一電場中粒子運(yùn)動(dòng)的vt圖象 根據(jù)vt圖象的速度變化、斜率變化(即加速度大小的變化)，確定電荷所受電場力的方向與電場力的大小變化情況，進(jìn)而確定電場強(qiáng)度的方向、電勢的高低及電勢能的變化。,【例1】(多選)(2014海南單科，9)如圖1甲，直線MN表示某電場中一條電場線，a、

2、b是線上的兩點(diǎn)，將一帶負(fù)電荷的粒子從a點(diǎn)處由靜止釋放，粒子從a運(yùn)動(dòng)到b過程中的vt圖線如圖乙所示，設(shè)a、b兩點(diǎn)的電勢分別為a、b，場強(qiáng)大小分別為Ea、Eb，粒子在a、b兩點(diǎn)的電勢能分別為Wa、Wb，不計(jì)重力，則有(),圖1 A.ab B.EaEb C.EaEb D.WaWb,解析由圖乙可知，粒子做加速度減小、速度增大的直線運(yùn)動(dòng)，故可知從a到b電場強(qiáng)度減小，粒子動(dòng)能增大，電勢能減小，電場力方向由a指向b，電場線方向由b指向a，b點(diǎn)電勢高于a點(diǎn)電勢，故選項(xiàng)B、D正確。 答案BD,【變式訓(xùn)練】 1.兩個(gè)等量同種電荷固定于光滑水平面上，其連線中垂線上有A、B、C三點(diǎn)，如圖2甲所示，一個(gè)電荷量為2 C，

3、質(zhì)量為1 kg的小物塊從C點(diǎn)靜止釋放，其運(yùn)動(dòng)的vt圖象如圖乙所示，其中B點(diǎn)處為整條圖線切線斜率最大的位置(圖中標(biāo)出了該切線)。則下列說法正確的是(),圖2,A.B點(diǎn)為中垂線上電場強(qiáng)度最大的點(diǎn)，場強(qiáng)E2 V/m B.由C到A的過程中物塊的電勢能先減小后變大 C.由C點(diǎn)到A點(diǎn)的過程中，電勢逐漸升高 D.AB兩點(diǎn)電勢差UAB5 V,答案D,類型二電場中的Ex圖象 1.幾種常見的Ex圖象 (1)點(diǎn)電荷的Ex圖象 正點(diǎn)電荷及負(fù)點(diǎn)電荷的電場強(qiáng)度E隨坐標(biāo)x變化關(guān)系的圖象大致如圖3和圖4所示。,圖3圖4,(2)兩個(gè)等量異種點(diǎn)電荷的Ex圖象 兩電荷連線上的Ex圖象如圖5所示。 兩電荷連線的中垂線上的Ey圖象如圖

4、6所示。,圖5圖6,(3)兩個(gè)等量同種點(diǎn)電荷的Ex圖象 兩電荷連線上的Ex圖象如圖7所示。 兩電荷連線的中垂線上的Ey圖象如圖8所示。,圖7圖8,2.Ex圖象特點(diǎn) (1)反映了電場強(qiáng)度隨位移變化的規(guī)律。 (2)E0表示場強(qiáng)沿x軸正方向；E0表示場強(qiáng)沿x軸負(fù)方向。 (3)圖線與x軸圍成的“面積”表示電勢差，“面積”大小表示電勢差大小，兩點(diǎn)的電勢高低根據(jù)電場方向判定。,【例2】在x軸上關(guān)于原點(diǎn)對(duì)稱的a、b兩點(diǎn)處固定兩個(gè)電荷量相等的點(diǎn)電荷，如圖9所示的Ex圖象描繪了x軸上部分區(qū)域的電場強(qiáng)度(以x軸正方向?yàn)殡妶鰪?qiáng)度的正方向)。對(duì)于該電場中x軸上關(guān)于原點(diǎn)對(duì)稱的c、d兩點(diǎn)，下列結(jié)論正確的是(),圖9 A.

5、兩點(diǎn)場強(qiáng)相同，c點(diǎn)電勢更高 B.兩點(diǎn)場強(qiáng)相同，d點(diǎn)電勢更高 C.兩點(diǎn)場強(qiáng)不同，兩點(diǎn)電勢相等，均比O點(diǎn)電勢高 D.兩點(diǎn)場強(qiáng)不同，兩點(diǎn)電勢相等，均比O點(diǎn)電勢低,解析題圖中a點(diǎn)左側(cè)、b點(diǎn)右側(cè)的電場都沿x軸負(fù)方向，則a點(diǎn)處為正電荷，b點(diǎn)處為負(fù)電荷，又兩點(diǎn)電荷的電荷量相等，則c、d兩點(diǎn)的場強(qiáng)相同，c點(diǎn)電勢更高，A正確，B、C、D錯(cuò)誤。 答案A,【變式訓(xùn)練】 2.(多選)(2014上海單科，19)靜電場在x軸上的場強(qiáng)E隨x的變化關(guān)系如圖10所示，x軸正方向?yàn)閳鰪?qiáng)正方向，帶正電的點(diǎn)電荷沿x軸運(yùn)動(dòng)，則點(diǎn)電荷(),圖10 A.在x2和x4處電勢能相等 B.由x1運(yùn)動(dòng)到x3的過程中電勢能增大 C.由x1運(yùn)動(dòng)到x4

6、的過程中電場力先增大后減小 D.由x1運(yùn)動(dòng)到x4的過程中電場力先減小后增大,解析由圖象可知，將正電荷沿x軸正向移動(dòng)，從x2移動(dòng)到x4的過程電場力做功不為零，兩點(diǎn)處的電勢能不相等，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；從x1移動(dòng)到x3的過程電場力沿x軸負(fù)方向，電場力做負(fù)功，電勢能增大，選項(xiàng)B正確；由x1運(yùn)動(dòng)到x4的過程中，場強(qiáng)先增大后減小，因此電場力先增大后減小，C項(xiàng)正確，D項(xiàng)錯(cuò)誤。 答案BC,類型三電場中的x圖象 1.幾種常見的x圖象 (1)點(diǎn)電荷的x圖象(取無限遠(yuǎn)處電勢為零) 正點(diǎn)電荷的x圖象如圖11所示； 負(fù)點(diǎn)電荷的x圖象如圖12所示。,圖11圖12,(2)兩個(gè)等量異種電荷連線上的x圖象，如圖13所示。,圖13,(

7、3)兩個(gè)等量同種電荷的x圖象 兩正電荷連線上的x圖象如圖14所示。 兩正電荷連線的中垂線上的y圖象如圖15所示。,圖14圖15,2.x圖象特點(diǎn)及應(yīng)用 (1)電場強(qiáng)度的大小等于x圖線的斜率大小，電場強(qiáng)度為零處，x圖線存在極值，其切線的斜率為零。 (2)在x圖象中可以直接判斷各點(diǎn)電勢的大小，并可根據(jù)電勢大小關(guān)系確定電場強(qiáng)度的方向。 (3)在x圖象中分析電荷移動(dòng)時(shí)電勢能的變化，可用WABqUAB，進(jìn)而分析WAB的正負(fù)，然后作出判斷。,【例3】(多選)空間某一靜電場的電勢在x軸上分布如圖16所示，x軸上兩點(diǎn)B、C的電場強(qiáng)度在x方向上的分量分別是EBx、ECx。下列說法正確的有(),圖16 A.EBx的

8、大小大于ECx的大小 B.EBx的方向沿x軸正方向 C.電荷在O點(diǎn)受到的電場力在x軸方向上的分量最大 D.負(fù)電荷沿x軸從B移到C的過程中，電場力先做正功，后做負(fù)功,解析在x圖象中，圖線斜率表示場強(qiáng)大小。結(jié)合題中圖象特點(diǎn)可知EBxECx，EOx0，故A項(xiàng)正確，C錯(cuò)誤；根據(jù)電場中沿著電場線的方向電勢逐漸降低可知EBx沿x軸負(fù)方向，B項(xiàng)錯(cuò)誤；負(fù)電荷在正x軸上受電場力沿x軸負(fù)方向，在負(fù)x軸上受電場力沿x軸正方向，故可判斷負(fù)電荷從B移到C的過程中，電場力先做正功后做負(fù)功，D項(xiàng)正確。 答案AD,【變式訓(xùn)練】 3. (2016通遼市二聯(lián))如圖17甲所示，一條電場線與Ox軸重合，取O點(diǎn)電勢為零，Ox方向上各點(diǎn)

9、的電勢隨x變化的情況如圖乙所示。若在O點(diǎn)由靜止釋放一電子，電子在僅受電場力的作用下開始運(yùn)動(dòng)，則以下說法正確的是(),圖17,A.電子將沿x負(fù)方向運(yùn)動(dòng) B.電子的電勢能將變大 C.電子運(yùn)動(dòng)的加速度先增大后減小 D.電子運(yùn)動(dòng)的加速度一直增大 解析順著x軸正方向電勢逐漸升高，故電場線跟x軸反向，則由靜止釋放的電子所受電場力沿x軸正方向，且沿x軸正方向加速運(yùn)動(dòng)，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；電場力做正功，電子的電勢能一直減小，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；x關(guān)系圖線的切線斜率反映沿x方向各點(diǎn)的電場強(qiáng)度大小，故電場強(qiáng)度和電子所受電場力先增大后減小，電子運(yùn)動(dòng)的加速度先增大后減小，選項(xiàng)C正確，D錯(cuò)誤。 答案C,突破二帶電粒子在交變電場中的運(yùn)動(dòng)

10、,1.常見的交變電場 常見的產(chǎn)生交變電場的電壓波形有方形波、鋸齒波、正弦波等。 2.常見的試題類型 此類題型一般有三種情況： (1)粒子做單向直線運(yùn)動(dòng)(一般用牛頓運(yùn)動(dòng)定律求解)。 (2)粒子做往返運(yùn)動(dòng)(一般分段研究)。 (3)粒子做偏轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)(一般根據(jù)交變電場特點(diǎn)分段研究)。,3.解答帶電粒子在交變電場中運(yùn)動(dòng)的思維方法 (1)注重全面分析(分析受力特點(diǎn)和運(yùn)動(dòng)規(guī)律)，抓住粒子的運(yùn)動(dòng)具有周期性和在空間上具有對(duì)稱性的特征，求解粒子運(yùn)動(dòng)過程中的速度、位移、做功或確定與物理過程相關(guān)的邊界條件。 (2)分析時(shí)從兩條思路出發(fā)：一是力和運(yùn)動(dòng)的關(guān)系，根據(jù)牛頓第二定律及運(yùn)動(dòng)學(xué)規(guī)律分析；二是功能關(guān)系。 (3)注意對(duì)稱

11、性和周期性變化關(guān)系的應(yīng)用。,【例4】將如圖18所示的交變電壓加在平行板電容器A、B兩板上，開始B板電勢比A板電勢高，這時(shí)有一個(gè)原來靜止的電子正處在兩板的中間，它在電場力作用下開始運(yùn)動(dòng)，設(shè)A、B兩極板間的距離足夠大，下列說法正確的是(),圖18,A.電子一直向著A板運(yùn)動(dòng) B.電子一直向著B板運(yùn)動(dòng) C.電子先向A板運(yùn)動(dòng)，然后返回向B板運(yùn)動(dòng)，之后在A、B兩板間做周期性往復(fù)運(yùn)動(dòng) D.電子先向B板運(yùn)動(dòng)，然后返回向A板運(yùn)動(dòng)，之后在A、B兩板間做周期性往復(fù)運(yùn)動(dòng),答案D,【拓展延伸】 在【例4】中將加在電容器A、B兩極板間的交變電壓變成如圖19所示，其他條件不變，則例4中四個(gè)選項(xiàng)A、B、C、D哪個(gè)說法正確()

12、,圖19,解析由題意可知電子的at圖線和vt圖線如圖甲、乙所示。,電子速度始終是一個(gè)方向，開始B板電勢高，則電子是一直向B板運(yùn)動(dòng)，所以選項(xiàng)B正確。 答案B,反思總結(jié) 利用速度圖象分析帶電粒子的運(yùn)動(dòng)過程時(shí)，必須注意“五點(diǎn)”： (1)帶電粒子進(jìn)入電場的時(shí)刻； (2)速度圖象的切線斜率表示加速度； (3)圖線與坐標(biāo)軸圍成的面積表示位移，且在橫軸上方所圍成的面積為正，在橫軸下方所圍成的面積為負(fù)； (4)注意對(duì)稱性和周期性變化關(guān)系的應(yīng)用； (5)圖線與橫軸有交點(diǎn)，表示此時(shí)速度改變方向，對(duì)運(yùn)動(dòng)很復(fù)雜、不容易畫出速度圖象的問題，還應(yīng)逐段分析求解。,【變式訓(xùn)練】 4.一電荷量為q(q0)、質(zhì)量為m的帶電粒子在

13、勻強(qiáng)電場的作用下，在t0時(shí)由靜止開始運(yùn)動(dòng)，場強(qiáng)隨時(shí)間變化的規(guī)律如圖20所示，不計(jì)重力。求在t0到tT的時(shí)間間隔內(nèi)：,圖20 (1)粒子位移的大小和方向； (2)粒子沿初始電場反方向運(yùn)動(dòng)的時(shí)間。,突破三應(yīng)用動(dòng)力學(xué)知識(shí)和功能關(guān)系解決力、電綜合問題,1.方法技巧 功能關(guān)系在電學(xué)中應(yīng)用的題目，一般過程復(fù)雜且涉及多種性質(zhì)不同的力。因此，通過審題，抓住受力分析和運(yùn)動(dòng)過程分析是關(guān)鍵，然后根據(jù)不同的運(yùn)動(dòng)過程中各力做功的特點(diǎn)來選擇相應(yīng)規(guī)律求解。動(dòng)能定理和能量守恒定律在處理電場中能量問題時(shí)仍是首選。 2.解題流程,【例5】 (2016伊春市一聯(lián))在如圖21所示的豎直平面內(nèi)，物體A和帶正電的物體B用跨過定滑輪的絕緣

14、輕繩連接，分別靜止于傾角37的光滑斜面上的M點(diǎn)和粗糙絕緣水平面上，輕繩與對(duì)應(yīng)平面平行。勁度系數(shù)k5 N/m的輕彈簧一端固定在O點(diǎn)，一端用另一輕繩穿過固定的光滑小環(huán)D與A相連。彈簧處于原長，輕繩恰好拉直，DM垂直于斜面。水平面處于場強(qiáng)E5104 N/C、方向水平向右的勻強(qiáng)電場中。已知A、B的質(zhì)量分別為mA0.1 kg和mB0.2 kg，B所帶電荷量q4106C。設(shè)兩物體均視為質(zhì)點(diǎn)，不計(jì)滑輪質(zhì)量和摩擦，繩不可伸長，彈簧始終在彈性限度內(nèi)，B電荷量不變。取g10 m/s2，sin 370.6，cos 370.8。,圖21 (1)求B所受靜摩擦力的大小； (2)現(xiàn)對(duì)A施加沿斜面向下的拉力F，使A以加速度

15、a0.6 m/s2開始做勻加速直線運(yùn)動(dòng)。A從M到N的過程中，B的電勢能增加了Ep0.06 J。已知DN沿豎直方向，B與水平面間的動(dòng)摩擦因數(shù)0.4。求A到達(dá)N點(diǎn)時(shí)拉力F的瞬時(shí)功率。,將解題過程問題化大題小做 (1)畫出A、B靜止時(shí)的受力圖。,答案 (1),(2)求B所受靜摩擦力的大??？ 對(duì)A：由平衡條件得：FT0mAgsin 對(duì)B：由平衡條件得：FT0qEFf0 聯(lián)立得：Ff00.4 N (3)求物體A從M點(diǎn)到N點(diǎn)的過程中，A、B兩物體的位移x? 對(duì)B：qExEp_x0.3 m (4)物體A到N點(diǎn)時(shí)，求拉力F? 對(duì)B：FTmBgqEmBa 對(duì)A：FmAgsin kxsin FTmAa,聯(lián)立以上各

16、式得F0.88 N,(5)求A到達(dá)N點(diǎn)時(shí)的速度及拉力F的瞬時(shí)功率？ v22ax_PFv 代入數(shù)據(jù)得：v0.6 m/s_P0.528 W 規(guī)范解答(1)F作用之前，A、B均處于靜止?fàn)顟B(tài)。設(shè)B所受靜摩擦力大小為Ff0，A、B間繩中張力為FT0，有 對(duì)A：FT0mAgsin 對(duì)B：FT0qEFf0 聯(lián)立式，代入數(shù)據(jù)解得Ff00.4 N (2)物體A從M點(diǎn)到N點(diǎn)的過程中，A、B兩物體的位移均為x，A、B間繩子張力為FT，有qExEp FTmBgqEmBa,答案(1)0.4 N(2)0.528 W,【變式訓(xùn)練】 5.(2016遼寧撫順六校聯(lián)合體期中)一絕緣“”形桿由兩段相互平行的足夠長的水平直桿PQ、M

17、N和一半徑為R的光滑半圓環(huán)MAP組成，固定在豎直平面內(nèi)，其中MN桿是光滑的，PQ桿是粗糙的?，F(xiàn)將一質(zhì)量為m的帶正電荷的小環(huán)套在MN桿上，小環(huán)所受的電場力為重力的,圖22,(1)若將小環(huán)由D點(diǎn)靜止釋放，則剛好能到達(dá)P點(diǎn)，求DM間的距離； (2)若將小環(huán)由M點(diǎn)右側(cè)5R處靜止釋放，設(shè)小環(huán)與PQ桿間的動(dòng)摩擦因數(shù)為，小環(huán)所受最大靜摩擦力與滑動(dòng)摩擦力大小相等，求小環(huán)在整個(gè)運(yùn)動(dòng)過程中克服摩擦力所做的功。 解析(1)小環(huán)剛好到達(dá)P點(diǎn)時(shí)，速度為零，對(duì)小環(huán)從D點(diǎn)到P點(diǎn)過程，由動(dòng)能定理得qEx2mgR00，,1.兩帶電荷量分別為q和q的點(diǎn)電荷放在x軸上，相距為L，能正確反映兩電荷連線上場強(qiáng)大小E與x關(guān)系的圖是(),

18、解析越靠近兩電荷的地方場強(qiáng)越大，兩等量異種點(diǎn)電荷連線的中點(diǎn)處場強(qiáng)最小，但不是零，B、D錯(cuò)誤；兩電荷的電荷量大小相等，場強(qiáng)大小關(guān)于中點(diǎn)對(duì)稱分布，A正確，C錯(cuò)誤。 答案A,2.(多選)如圖23甲所示，兩個(gè)點(diǎn)電荷Q1、Q2固定在x軸上距離為L的兩點(diǎn)，其中Q1帶正電荷位于原點(diǎn)O，a、b是它們連線延長線上的兩點(diǎn)，其中b點(diǎn)與O點(diǎn)相距3L?，F(xiàn)有一帶正電的粒子q以一定的初速度沿x軸從a點(diǎn)開始經(jīng)b點(diǎn)向遠(yuǎn)處運(yùn)動(dòng)(粒子只受電場力作用)，設(shè)粒子經(jīng)過a、b兩點(diǎn)時(shí)的速度分別為va、vb，其速度隨坐標(biāo)x變化的圖象如圖乙所示，則以下判斷正確的是(),圖23,A.Q2帶負(fù)電且電荷量小于Q1 B.b點(diǎn)的場強(qiáng)一定為零 C.a點(diǎn)的電勢比b點(diǎn)的電勢高 D.粒子在a點(diǎn)的電勢能比b點(diǎn)的電勢能小 解析由vx圖象知，粒子從a點(diǎn)向遠(yuǎn)處運(yùn)動(dòng)先減速再加速，在b處速度最小，則b點(diǎn)左右兩側(cè)電場方向相反，b點(diǎn)處電場強(qiáng)度為0，B正確；根據(jù)點(diǎn)電荷場強(qiáng)公式和電場的疊加知識(shí)得Q2帶負(fù)電且電荷量小于Q1，A正確；根據(jù)粒子受力方向知b點(diǎn)左側(cè)場強(qiáng)向左，故a點(diǎn)電勢較b點(diǎn)低，C錯(cuò)誤；粒子從a點(diǎn)到b點(diǎn)動(dòng)能減小，則電場力做負(fù)功