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2019-2020年高中物理二輪總復(fù)習(xí) 電場(chǎng)強(qiáng)度、電場(chǎng)線教案
解答“電場(chǎng)強(qiáng)度 電場(chǎng)線”一類試題,應(yīng)了解以下內(nèi)容:
電場(chǎng)強(qiáng)度是描述電場(chǎng)力的性質(zhì)的一個(gè)物理量,電場(chǎng)線是為了形象直觀描繪場(chǎng)強(qiáng),人為假想的曲線.因此在充分理解場(chǎng)強(qiáng)和電場(chǎng)線基本概念的基礎(chǔ)綜合力學(xué)知識(shí)利用平衡條件,牛頓運(yùn)動(dòng)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(diǎn)系一長(zhǎng)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(chǎng)強(qiáng)為E,的勻強(qiáng)電場(chǎng)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(kāi)始運(yùn)動(dòng).若vo很小,則小球第一次回到平衡位置所需時(shí)間為_(kāi)______.
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(chǎng)力的計(jì)算還考查了物理學(xué)上一個(gè)重要思想:等效思想
[解析] 因?yàn)樾∏虺跛俣群苄?,所以小球的運(yùn)動(dòng)可以看成是單擺的簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng).小球所受的電場(chǎng)力為R=qE,把電場(chǎng)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(shí)間為半個(gè)周期,所以小球第一次回到平衡位置的時(shí)間為
[答案]
2 (典型例題)如圖16-2-2在正六邊形的a、c兩個(gè)頂點(diǎn)上各放一帶正電的點(diǎn)電荷,電量的大小都是q1,在b、d兩個(gè)頂點(diǎn)上,各放一帶負(fù)電的點(diǎn)電荷,電量的大小都是q2,q1>q2.已知六邊形中心O點(diǎn)處的場(chǎng)強(qiáng)可用圖中的四條有向線段中的一條來(lái)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(gè)頂點(diǎn)帶正電點(diǎn)電荷在O處的合場(chǎng)強(qiáng)背離b點(diǎn);b、d兩個(gè)頂點(diǎn)帶負(fù)電荷在O處的合場(chǎng)強(qiáng)指向c點(diǎn),由于 q1>q2,所以在O處總的合場(chǎng)強(qiáng)應(yīng)為E2.
3 (典型例題)法拉第首先提出用電場(chǎng)線形象生動(dòng)地描繪電場(chǎng),圖16-2-3為點(diǎn)電荷a、b所形成電場(chǎng)線分布圖,以下幾種說(shuō)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(chǎng)線是用來(lái)形象描述電場(chǎng)分布的一系列典線,電場(chǎng)線上任一點(diǎn)的切線方向與該點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)方向相同.電場(chǎng)線是不閉合的曲線,起始于正電荷而止于負(fù)電荷.電場(chǎng)線分布密的地方場(chǎng)強(qiáng)大,分布疏的地方場(chǎng)強(qiáng)?。蓤D可以看出,該電場(chǎng)是兩個(gè)異種電荷所形成的電場(chǎng),b電荷周圍的電場(chǎng)線分布較密,則b電荷的電量較大.故B項(xiàng)對(duì).
4 (典型例題)在場(chǎng)強(qiáng)為E的勻強(qiáng)電場(chǎng)中固定放置兩個(gè)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(chǎng)線,如圖16-2-4.現(xiàn)同時(shí)放開(kāi)1球和2球,于是它們開(kāi)始在電力的作用下運(yùn)動(dòng),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(kāi)時(shí),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(kāi)兩球后在電力作用下運(yùn)動(dòng),即不考慮重力作用,設(shè)電場(chǎng)力為FE1、FE2,庫(kù)侖力為F12、F21,細(xì)線拉力為T12、T21.當(dāng)電場(chǎng)強(qiáng)度較大時(shí),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q2
q1,時(shí),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(chǎng)強(qiáng)度較小時(shí)且q2Eb>Ea>Ec
C.這四點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)大小關(guān)系是Eb>Ea>Ec>Ed
D.無(wú)法比較E值大小
答案: B 指導(dǎo):對(duì)圖象問(wèn)題要重理解它的物理意義.對(duì)于電場(chǎng)中給定的位置,放入的檢驗(yàn)電荷的電荷量不同,它受到的電場(chǎng)力不同,但是電場(chǎng)力F與檢驗(yàn)電荷的電荷量吁的比值F/q即場(chǎng)強(qiáng)F是不變的量,因?yàn)镕=Eq,所以F跟q的關(guān)系圖線是一條過(guò)原點(diǎn)的直線,該直線的斜率的大小即表示場(chǎng)強(qiáng)的大?。纱丝傻贸鯡d>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(duì)稱軸上的 一點(diǎn),OP=L,求P點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng).
答案:提導(dǎo):如圖D16—6設(shè)想將圓環(huán)等分為n個(gè)小段,當(dāng)n相當(dāng)大時(shí),每小段便可看作是點(diǎn)電荷,其帶電量為q=Q/n,由占由荷場(chǎng)強(qiáng)公式可得每一小段點(diǎn)電荷在,處的場(chǎng)強(qiáng)為由對(duì)稱性可知,各小段帶電環(huán)在P處的場(chǎng)強(qiáng)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(chǎng)強(qiáng)Ep,所以,
5 (典型例題)如圖16-2-10所示,AB是某個(gè)點(diǎn)電荷的一根電場(chǎng)線,在電場(chǎng)線上O點(diǎn)由靜止釋放一個(gè)負(fù)電荷,它僅在電場(chǎng)力作用下沿電場(chǎng)線向B運(yùn)動(dòng),下列判斷正確的是
A.電場(chǎng)線由B指向A,該電荷作加速運(yùn)動(dòng),加速度越來(lái)越小
B.電場(chǎng)線由B指向A,該電荷作加速運(yùn)動(dòng),其速度大小變化由題沒(méi)條件不能確定
C.電場(chǎng)線由A指向B,電荷作勻加速運(yùn)動(dòng)
D.電場(chǎng)線由B指向A,電荷作加速運(yùn)動(dòng),加速度越來(lái)越大
答案: B 指導(dǎo):電場(chǎng)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(chǎng)力的方向相反,反以電場(chǎng)線由B指向A只給出一條電場(chǎng)線,不能判斷各點(diǎn)電場(chǎng)的強(qiáng)弱(因?yàn)椴荒艽_定電場(chǎng)線疏密情況),也就不能判斷電場(chǎng)力大小及加速度的變化情況,只能知道電場(chǎng)線方向和負(fù)電荷在作加速運(yùn)動(dòng).
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(qiáng)電場(chǎng),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(diǎn)由靜止釋 放,則珠子所能獲得的最大動(dòng)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(chǎng)強(qiáng)度為E.珠子在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中受到三個(gè)力的作用,其中只有電場(chǎng)力和重力對(duì)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(gè)合力等效為復(fù)合場(chǎng),此復(fù)合場(chǎng)為強(qiáng)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(yùn)動(dòng),可以類比于單擺的運(yùn)動(dòng),運(yùn)動(dòng)中的動(dòng)能最大位置是“最低點(diǎn)”,由能的轉(zhuǎn)化及守恒可求的最大的動(dòng)能為:
Ekm=mg′r(1—cosθ)= mgr
Ⅲ 新高考命題方向預(yù)測(cè)
1 如圖16-2-12(a)中AB是一條點(diǎn)電荷電場(chǎng)中的電場(chǎng)線,圖(b)則是放在電場(chǎng)線上a、b處的檢驗(yàn)電荷的電荷量與所受電場(chǎng)力數(shù)量間的函數(shù)圖線,由此可以判定
A.場(chǎng)源是正電荷,位置在A側(cè)
B.場(chǎng)源是正電荷,位置在B側(cè)
C.場(chǎng)源是負(fù)電荷,位置在A側(cè)
D.場(chǎng)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(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度的大小.故:Ea>Eb,即a點(diǎn)比b點(diǎn)的電場(chǎng)線密.而電場(chǎng)線由a指向b,顯然形成電場(chǎng)的點(diǎn)電荷為正電荷,且位于A側(cè),所以,本題的正確選項(xiàng)應(yīng)為A.
2 如圖16-2-13中畫(huà)了四個(gè)電場(chǎng)的電場(chǎng)線,其中A和C圖中小畫(huà)圈表示一個(gè)點(diǎn)電荷,A圖中虛0線是一個(gè)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(chǎng)強(qiáng)度相同的是
答案: B 指導(dǎo):A圖中M、N兩點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度的大小相當(dāng),但方向不同;C圖中M、N兩點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度的方向相同,但EM>EN; D圖中,電場(chǎng)強(qiáng)度的大小和方向均不相同.
3 如圖16-2-14所示,M,N為兩個(gè)等量同種電荷,在其連線的中垂線上的P點(diǎn)放—個(gè)靜止的點(diǎn)電荷q(負(fù)電荷),不計(jì)重力,下列說(shuō)法中,正確的是
A.點(diǎn)電荷在從P到O的過(guò)程中,加速度越來(lái)越大,速度也越來(lái)越大
B.點(diǎn)電荷在從P到O的過(guò)程中,加速度越來(lái)越小,速度越來(lái)越大
C.點(diǎn)電荷運(yùn)動(dòng)到O點(diǎn)時(shí)加速度為零,速度達(dá)最大值
D.點(diǎn)電荷越過(guò)O點(diǎn)后,速度越來(lái)越小,加速度越來(lái)越大,直到粒子速度為零
答案: C 指導(dǎo):要想了解點(diǎn)電荷從P點(diǎn)到O的運(yùn)動(dòng)情況,必須首先對(duì)中垂線上的電場(chǎng)強(qiáng)度的分布有一個(gè)比較清晰的了解.由電場(chǎng)的“迭加原理”可知O點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)為零,離O點(diǎn)無(wú)限遠(yuǎn)處的場(chǎng)強(qiáng)也為零,而中間任意一點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)不為零,可見(jiàn)從O經(jīng)P到無(wú)限遠(yuǎn)處,場(chǎng)強(qiáng)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(diǎn)P′,該點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)最大.如果點(diǎn)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(guò)程中,加速度就一直減小,到達(dá)O點(diǎn)時(shí)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(guò)程中,加速度先增大而后減小,速度一直增大,到達(dá)O點(diǎn)時(shí)速度達(dá)最大值.可見(jiàn),只有選項(xiàng)C是正確的.
4 在x軸上有兩個(gè)點(diǎn)電荷,一個(gè)帶正電Q1,一個(gè)帶負(fù)電Q2且Q1=2Q2,用E1和E2分別表示兩個(gè)電荷所產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)的大小,則在x軸上
A.E1=E之點(diǎn)只有一處,該處合場(chǎng)強(qiáng)為零;
B.E1=E2之點(diǎn)有二處,其中一處合場(chǎng)強(qiáng)為零,另一處合場(chǎng)強(qiáng)為2E2
C.E1=E2之點(diǎn)共有三處,其中兩處合場(chǎng)強(qiáng)為零,第三處合場(chǎng)強(qiáng)為2E2
D.E1=E2之點(diǎn)共有三處,其中一處合場(chǎng)強(qiáng)為零,另二處合場(chǎng)強(qiáng)為2E2
答案: B指導(dǎo):如圖D16—8所示,Q1>Q2,根據(jù)點(diǎn)電荷的電場(chǎng)公式,E1=E2的點(diǎn)必須距Q1遠(yuǎn)一些距Q2近一些,在x軸上a,b兩點(diǎn)有這種可能,又根據(jù)場(chǎng)強(qiáng)方向的定義,在a點(diǎn), E1,E2方向相反,合場(chǎng)強(qiáng)為零,而在b點(diǎn)E1,E2方向相同,合場(chǎng)強(qiáng)為2E2,此題應(yīng)選B.
5 密立根油滴實(shí)驗(yàn)如圖16-2-15所示,在電介質(zhì)為空氣的電容器中,觀測(cè)以某速度進(jìn)入一個(gè)油滴,這油滴經(jīng)過(guò)一會(huì)兒達(dá)到一個(gè)恒定的速度v1,這時(shí)加電場(chǎng)強(qiáng)度為E的勻強(qiáng)電場(chǎng),再過(guò)一會(huì)兒達(dá)到另一恒定速度v2,在這樣短的時(shí)間內(nèi)速度變?yōu)楹愣ǎf(shuō)明油滴受到_____的作用,這個(gè)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(xiě)出這兩種情況下的方程:(1)_____(2)_____,由此解得,q=______(3)Q的測(cè)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(qiáng)電場(chǎng)后油滴受電場(chǎng)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(qiáng)電場(chǎng)區(qū)域,粒子恰作直線運(yùn)動(dòng).求這勻強(qiáng)電場(chǎng)的最小場(chǎng)強(qiáng)的大小,并說(shuō)明方向.
答案:方向垂直v斜向上方.
指導(dǎo):粒子進(jìn)入電場(chǎng)區(qū)域后只受重力和電場(chǎng)力兩個(gè)力作用而做直線運(yùn)動(dòng),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(chǎng)力 qE=mgsin45所以E最小=sin45 = 方向垂直v斜向上方.
考場(chǎng)熱身
探究性命題綜合測(cè)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(zhǎng)度上的電荷量為Q,另一電荷量為,Q的點(diǎn)電荷放在球心O上,由于對(duì)稱性,點(diǎn)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(shí)距Q1較遠(yuǎn),距Q2較近,這樣的點(diǎn)一個(gè)在二異號(hào)電荷的連線上,該處E1、E2方向相同;另一個(gè)在二異電荷連線的延長(zhǎng)線上,該處E1、E2方向相反,場(chǎng)強(qiáng)是矢量,合場(chǎng)強(qiáng)為零的點(diǎn),E1與E2等大反向.C正確,ABD錯(cuò).
6 一個(gè)單擺,擺球質(zhì)量為m,并帶有電量為q的負(fù)電荷,在沒(méi)有電場(chǎng)時(shí)單擺做周期為了的簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng),若在單擺振動(dòng)過(guò)程中,突然加上一個(gè)方向豎直向下,大小為E=mg/q的勻 強(qiáng)電場(chǎng),此后擺球的運(yùn)動(dòng)可能是①振動(dòng)周期仍為了②振動(dòng)周期為2T③靜止不動(dòng) ④做勻速圓周運(yùn)動(dòng)
A.① B.②
C.②③ D.③④
答案: D 指導(dǎo):據(jù)E=得電場(chǎng)力F=Eq=mg,當(dāng)單擺擺到最大位移時(shí),加上電場(chǎng),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(chǎng),由于v≠0,此時(shí)電場(chǎng)力與重力平衡,繩的拉力充當(dāng)向心力,物體做勻速圓周運(yùn)動(dòng),所以D選項(xiàng)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(gè)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(wèn)兩球再經(jīng)過(guò)圖中位置時(shí),兩球的加速度是釋放時(shí)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(guò)圖示位置時(shí),庫(kù)侖力是原來(lái)的,故加速度是釋放時(shí)的倍,故加速度是釋放時(shí)的倍
8 有質(zhì)量的物體周圍存在引力場(chǎng),萬(wàn)有引力和庫(kù)侖力有類似的規(guī)律,因此我們可以用定義靜電電場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)的方法來(lái)定義引力場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng),由此可得,與質(zhì)量為M的質(zhì)點(diǎn)相距r處的引力場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)的表達(dá)式為Ec=______(萬(wàn)有引力恒量用G表示)
答案: EC=GM/r2 指導(dǎo):由庫(kù)化力公式F=kQq/r2和場(chǎng)強(qiáng)公式E電 kQ/r2.用類比方法可寫(xiě)出引力場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)公式EC=GM/r2.據(jù)萬(wàn)有引力和庫(kù)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(shí)便能寫(xiě)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(shí),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(gè)夸克組成的,且各個(gè)夸克之間的距離都為l,l=1.510-15m,試計(jì)算質(zhì)子內(nèi)相鄰甲個(gè)夸克之間的靜電力(庫(kù)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(gè)上夸克和1個(gè)下夸克組成的,各個(gè)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(gè)同樣的氣球充滿氦氣,氣球帶有等量同種電荷.兩根等長(zhǎng)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(gè)氣球的帶電量為多少?
答案: Q=5.610-4C指導(dǎo):分別對(duì)重物和小球分析受力圖示D16-10,對(duì)重物Tsinθ=Mg
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