2019-2020年高考物理二輪復(fù)習(xí) 第4板塊 電學(xué)與原子物理學(xué)選擇題教學(xué)案.doc
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2019-2020年高考物理二輪復(fù)習(xí) 第4板塊 電學(xué)與原子物理學(xué)選擇題教學(xué)案 電場的性質(zhì)包含電場力的性質(zhì)和電場能的性質(zhì)。描述電場性質(zhì)的物理量較多，對(duì)這些概念和規(guī)律的考查一直是高考的熱點(diǎn)。多數(shù)情況下，高考對(duì)本講內(nèi)容以選擇題的形式考查，難度中等。 考查內(nèi)容 ①描述電場力的性質(zhì)的物理量——電場強(qiáng)度 ②描述電場能的性質(zhì)的物理量——電勢 ③描述電場的工具——電場線和等勢面 ④靜電力做功的特點(diǎn) ⑤聯(lián)系電場力的性質(zhì)和能的性質(zhì)的橋梁——電勢差 ⑥庫侖定律的應(yīng)用 ⑦電場的疊加 思想方法 ①理想化模型法 ②比值定義法 ③控制變量法 ④對(duì)稱法 ⑤合成法 ⑥分解法 ⑦整體法和隔離法 ⑧等效思想 ⑨分解思想 一、“吃透”電場強(qiáng)度概念，理解電場力的性質(zhì)多維探究類考點(diǎn) 題點(diǎn)(一) 庫侖定律的應(yīng)用——電場中的平衡問題 1．求解庫侖力作用下帶電體的平衡問題的方法 (1)確定研究對(duì)象，如果有幾個(gè)物體相互作用時(shí)，要依據(jù)題意，靈活應(yīng)用整體法或隔離法。 (2)對(duì)研究對(duì)象進(jìn)行受力分析，注意多了電場力 。 (3)列平衡方程F合＝0或Fx＝0、Fy＝0。 2．三個(gè)自由電荷相互平衡的規(guī)律 [例1] (xx南昌二模)在光滑絕緣的水平地面上放置四個(gè)相同的可看作質(zhì)點(diǎn)的金屬小球， 小球A、B、C位于等邊三角形的三個(gè)頂點(diǎn)上，小球D位于三角形的中心，如圖所示。現(xiàn)讓小球A、B、C都帶電荷量為Q的正電荷，讓小球D帶電荷量為q的負(fù)電荷，若四個(gè)小球均處于靜止?fàn)顟B(tài)，則Q與q的比值為( ) A. B. C．3 D. [解析] 選D 設(shè)等邊三角形的邊長為a，由幾何知識(shí)可知，BD＝acos 30＝a，以B為研究對(duì)象，由平衡條件可知，cos 302＝，解得＝ ，D項(xiàng)正確。 題點(diǎn)(二) 電場強(qiáng)度的疊加問題 1．電場強(qiáng)度的三個(gè)計(jì)算公式 公式 適用條件 特點(diǎn) 定義式 E＝ 任何電場 某點(diǎn)的場強(qiáng)為確定值，大小及方向與q無關(guān) 決定式 E＝k 真空中點(diǎn)電荷的電場 E由場源電荷Q和場源電荷到某點(diǎn)的距離r決定 關(guān)系式 E＝ 勻強(qiáng)電場 d是沿電場方向的距離 2．類比法、對(duì)稱法求解疊加場的場強(qiáng) (1)類比法：當(dāng)空間某一區(qū)域同時(shí)存在兩個(gè)或兩個(gè)以上的電場(由各自獨(dú)立的場源電荷所激發(fā))時(shí)，某點(diǎn)場強(qiáng)E等于各電場的場強(qiáng)在該點(diǎn)的矢量和，遵循平行四邊形定則，可以類比力的合成與分解。 (2)對(duì)稱法： [例2] 如圖，一半徑為R的圓盤上均勻分布著電荷量為Q的電荷，在垂直于圓盤且過圓心c的軸線上有a、 b、d三個(gè)點(diǎn)，a和b、b和c、 c和d間的距離均為R，在a點(diǎn)處有一電荷量為q(q＞0)的固定點(diǎn)電荷。已知b點(diǎn)處的場強(qiáng)為零，則d點(diǎn)處場強(qiáng)的大小為(k為靜電力常量)( ) A．k B．k C．k D．k [解析] 選B 由于在a點(diǎn)放置一點(diǎn)電荷q后，b點(diǎn)電場強(qiáng)度為零，說明點(diǎn)電荷q在b點(diǎn)產(chǎn)生的電場強(qiáng)度與圓盤上Q在b點(diǎn)產(chǎn)生的電場強(qiáng)度大小相等，即EQ＝Eq＝k，根據(jù)對(duì)稱性可知Q在d點(diǎn)產(chǎn)生的場強(qiáng)大小EQ′＝k，則Ed＝EQ′＋Eq′＝k＋k＝k，故選項(xiàng)B正確。 題點(diǎn)(三) 電場線的理解及應(yīng)用 1．電場線的“五個(gè)”特征 (1)電場線是假想的，實(shí)際電場中不存在。 (2)電場線起始于正電荷(或來自無窮遠(yuǎn))，終止于負(fù)電荷(或無窮遠(yuǎn))。靜電場的電場線不閉合。 (3)電場線不相交，也不相切。 (4)電場線的疏密情況反映電場的強(qiáng)弱。 (5)電場線不表示電荷在電場中運(yùn)動(dòng)的軌跡。 2．電場線的應(yīng)用 [例3] (xx湛江期中)某點(diǎn)電荷和金屬圓環(huán)間的電場線分布如圖所示。下列說法正確的是( ) A．b點(diǎn)的電勢低于a點(diǎn)的電勢 B．若將一正試探電荷由a點(diǎn)移到b點(diǎn)，電場力做負(fù)功 C．c點(diǎn)的電場強(qiáng)度與d點(diǎn)的電場強(qiáng)度大小無法判斷 D．若將一正試探電荷從d點(diǎn)由靜止釋放，電荷將沿著電場線由d到c [思路點(diǎn)撥] 解答本題應(yīng)把握以下三點(diǎn)： (1)電場線不是運(yùn)動(dòng)軌跡。 (2)電場線的疏密表示場強(qiáng)的大小。 (3)沿電場線方向電勢逐漸降低。 [解析] 選B 沿電場線方向電勢逐漸降低，因b點(diǎn)所在的等勢面高于a點(diǎn)所在的等勢面，故b點(diǎn)的電勢高于a點(diǎn)的電勢，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；若將一正試探電荷由a點(diǎn)移到b點(diǎn)，電場力做負(fù)功，選項(xiàng)B正確；由于電場線密集的地方場強(qiáng)較大，故d點(diǎn)的場強(qiáng)大于c點(diǎn)的場強(qiáng)，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；因dc電場線是曲線，故若將一正試探電荷從d點(diǎn)由靜止釋放，電荷將不能沿著電場線由d到c，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。 二、“吃透”電勢的概念，理解電場能的性質(zhì)多維探究類考點(diǎn) 題點(diǎn)(一) 電勢高低與電勢能大小的判斷 1．電勢高低的三種判斷方法 (1)根據(jù)電場線方向判斷：沿電場線方向電勢逐漸降低。 (2)根據(jù)場源電荷的正負(fù)判斷：取無窮遠(yuǎn)處電勢為零，正電荷周圍電勢為正值，負(fù)電荷周圍電勢為負(fù)值；靠近正電荷處電勢高，靠近負(fù)電荷處電勢低。 (3)根據(jù)電場力做功判斷：根據(jù)UAB＝，將WAB、q的正負(fù)號(hào)代入，由UAB的正負(fù)判斷φA、φB的高低。 2．電荷電勢能大小判斷的“四法” 做功判斷法 電場力做正功，電勢能減??；電場力做負(fù)功，電勢能增大 電荷電勢法 正電荷在電勢越高的地方電勢能越大，負(fù)電荷在電勢越低的地方電勢能越大 公式法 由Ep＝qφp，將q、φp的大小、正負(fù)號(hào)一起代入公式，針對(duì)Ep數(shù)值可作如下判斷：若Ep為正值，其絕對(duì)值越大，表示電勢能越大；若Ep為負(fù)值，其絕對(duì)值越小，表示電勢能越大 能量守恒法 在電場中，若只有電場力做功時(shí)，電荷的動(dòng)能和電勢能相互轉(zhuǎn)化，兩種能量之和不變，所以電荷動(dòng)能增加，則其電勢能減?。环粗?，其電勢能增大 [例1] [多選](xx全國卷Ⅲ)一勻強(qiáng)電場的方向平行于xOy平面，平面內(nèi)a、b、c三點(diǎn)的位置如圖所示，三點(diǎn)的電勢分別為10 V、17 V、26 V。下列說法正確的是( ) A．電場強(qiáng)度的大小為2.5 V/cm B．坐標(biāo)原點(diǎn)處的電勢為1 V C．電子在a點(diǎn)的電勢能比在b點(diǎn)的低7 eV D．電子從b點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到c點(diǎn)，電場力做功為9 eV [思路點(diǎn)撥] 解答本題應(yīng)把握以下三點(diǎn)： (1)電勢與場強(qiáng)無關(guān)。 (2)電子在電勢高的地方電勢能小，在電勢低的地方電勢能大。 (3)電場力做功等于電勢能變化量的負(fù)值。 [解析] 選ABD ac垂直于bc，沿ca和cb兩方向的場強(qiáng)分量大小分別為E1＝＝2 V/cm、E2＝＝1.5 V/cm，根據(jù)矢量合成可知E＝2.5 V/cm，A項(xiàng)正確；根據(jù)在勻強(qiáng)電場中平行線上等距同向的兩點(diǎn)間的電勢差相等，有φ0－φa＝φb－φc，得φ0＝1 V，B項(xiàng)正確；電子在a、b、c三點(diǎn)的電勢能分別為－10 eV、－17 eV和－26 eV，故電子在a點(diǎn)的電勢能比在b點(diǎn)的高7 eV，C項(xiàng)錯(cuò)誤；電子從b點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到c點(diǎn)，電場力做功W＝(－17 eV)－(－26 eV)＝9 eV，D項(xiàng)正確。 題點(diǎn)(二) 帶電粒子在電場中的運(yùn)動(dòng)軌跡問題 利用電場線和等勢面解決帶電粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡問題 (1)根據(jù)帶電粒子(只受電場力)的運(yùn)動(dòng)軌跡確定帶電粒子受到的電場力的方向，帶電粒子所受的電場力指向運(yùn)動(dòng)軌跡曲線的凹側(cè)，再結(jié)合電場線的方向確定帶電粒子的電性及有關(guān)判斷。 (2)根據(jù)帶電粒子在不同的等勢面之間移動(dòng)，結(jié)合題意確定電場力做正功還是做負(fù)功，電勢能的變化情況或等勢面的電勢高低。 (3)“三不知時(shí)要假設(shè)”——電荷的正負(fù)、場強(qiáng)的方向(或等勢面電勢的高低)、電荷運(yùn)動(dòng)的方向，是相互制約的三個(gè)方面。若已知其中的任一個(gè)，可順次向下分析判定各待求量；若三個(gè)都不知(三不知)，則要用“假設(shè)法”分別討論各種可能情況。 [例2] 如圖所示，虛線a、b、c表示電場中的三個(gè)等勢面，相鄰等勢面間的電勢差相等，實(shí)線為一個(gè)帶正電的質(zhì)點(diǎn)僅在電場力作用下通過該區(qū)域的運(yùn)動(dòng)軌跡，P、Q是軌跡上的兩點(diǎn)。下列說法中正確的是( ) A．三個(gè)等勢面中，等勢面a的電勢最高 B．帶電質(zhì)點(diǎn)一定是從P點(diǎn)向Q點(diǎn)運(yùn)動(dòng) C．帶電質(zhì)點(diǎn)通過P點(diǎn)時(shí)的動(dòng)能比通過Q點(diǎn)時(shí)的小 D．帶電質(zhì)點(diǎn)通過P點(diǎn)時(shí)的加速度比通過Q點(diǎn)時(shí)的小 [思路點(diǎn)撥] 本題可按以下思路進(jìn)行分析： →→→ [解析] 選C 電場線和等勢面垂直，可以根據(jù)等勢面來畫出某處的電場線。又質(zhì)點(diǎn)做曲線運(yùn)動(dòng)所受電場力的方向指向曲線的凹側(cè)，由此可以判斷出電場線的方向大致 是從c指向a，而沿著電場線的方向電勢逐漸降低，a、b、c三個(gè)等勢面的電勢關(guān)系為φc>φb>φa，故選項(xiàng)A錯(cuò)誤。無法從質(zhì)點(diǎn)的受力情況來判斷其運(yùn)動(dòng)方向，選項(xiàng)B錯(cuò)誤。質(zhì)點(diǎn)在P點(diǎn)的電勢能大于在Q點(diǎn)的電勢能，而電勢能和動(dòng)能的總和不變，所以，質(zhì)點(diǎn)在P點(diǎn)的動(dòng)能小于在Q點(diǎn)的動(dòng)能，選項(xiàng)C正確。P點(diǎn)的等勢面比Q點(diǎn)的等勢面密，故場強(qiáng)較大，質(zhì)點(diǎn)受到的電場力較大，加速度較大，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。 題點(diǎn)(三) 電勢差、電勢的計(jì)算 電勢差的三種表達(dá)式 ①UAB＝φA－φB和②UAB＝，適用于任何電場；③U＝Ed，適用于勻強(qiáng)電場。 [例3] [多選]空間存在勻強(qiáng)電場，在電場中建立Oxyz空間坐標(biāo)系如圖所示，a、b、c三點(diǎn)分別在三個(gè)坐標(biāo)軸上，與原點(diǎn)O的距離ra＝rc＝2 cm，rb＝2 cm，d點(diǎn)在yOz平面上，且db⊥Ob。將帶電荷量為q＝＋2.510－16 C的試探電荷從d點(diǎn)移到b點(diǎn)電場力做功為零，從a點(diǎn)移動(dòng)到b點(diǎn)電場力做功W＝－1.210－14 J，bO間電勢差Ub O＝24 V，由此可判斷( ) A．空間電場強(qiáng)度的方向沿x軸正方向 B．空間電場強(qiáng)度的大小為8102 V/m C．cO間電勢差UcO＝24 V D．電場中的等勢面垂直于xOy平面 [解析] 選BD 將試探電荷從d點(diǎn)移到b點(diǎn)電場力做功為零，則Udb＝0，d、b在同一個(gè)等勢面上，因此等勢面垂直于xOy平面，c、O也在同一個(gè)等勢面上，Uc O＝0，C錯(cuò)誤，D正確；在xOy平面上的直角三角形aOb如圖所示，a、b間電勢差Uab＝＝－48 V，又Ub O＝24 V，則原點(diǎn)O與ab中點(diǎn)電勢相等，故原點(diǎn)O與ab中點(diǎn)e的連線Oe為等勢線，三角形中a點(diǎn)電勢最低，因此作Oe的垂線指向a即為xOy平面上的一條電場線，所以場強(qiáng)方向與x軸正方向成30角，場強(qiáng)大小E＝＝ V/m＝8102 V/m，A錯(cuò)誤，B正確。 三、對(duì)電場性質(zhì)的綜合考查重難增分類考點(diǎn) [典例] (xx屆高三黃石調(diào)研)如圖所示，一個(gè)“V”形玻璃管ABC倒置于豎直平面內(nèi)，并處于場強(qiáng)大小為E＝1103 V/m、方向豎直向下的勻強(qiáng)電場中，一個(gè)重力為G＝110－3 N、電荷量為q＝210－6 C的帶負(fù)電小滑塊從A點(diǎn)由靜止開始運(yùn)動(dòng)，小滑塊與管壁間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ＝0.5。已知管長AB＝BC＝L＝2 m，傾角α＝37，B點(diǎn)處是一段很短的光滑圓弧管，sin 37＝0.6，cos 37＝0.8，g取10 m/s2。下列說法正確的是( ) A．B、A兩點(diǎn)間的電勢差為2 000 V B．小滑塊從A點(diǎn)第一次運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)的過程中電勢能增大 C．小滑塊第一次速度為零的位置在C處 D．從開始運(yùn)動(dòng)到最后靜止，小滑塊通過的總路程為3 m [解析] 選D UBA＝ELsin α＝1.2103 V，A錯(cuò)誤；小滑塊從A點(diǎn)第一次運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)過程中，電場力做正功，電勢能減小，B錯(cuò)誤；小滑塊受到豎直向上的電場力為F＝qE＝210－3 N＝2G，重力和電場力的合力大小等于G、方向豎直向上，可以把電場力與重力的合力等效為一個(gè)豎直向上的“重力”，小滑塊開始沿玻璃管運(yùn)動(dòng)的加速度為a1＝g(sin α－μcos α)＝2 m/s2，所以小滑塊第一次到達(dá)B點(diǎn)時(shí)的速度為v＝ ＝2 m/s，在BC段，小滑塊做勻減速運(yùn)動(dòng)，加速度大小為a2＝g(sin α＋μcos α)＝10 m/s2，所以第一次速度為0的位置到B點(diǎn)的距離為x＝＝0.4 m，C錯(cuò)誤；小滑塊第一次速度減為零后，又反向向B加速運(yùn)動(dòng)，到B后又減速向A運(yùn)動(dòng)，這樣不斷地往復(fù)，最后停在B點(diǎn)，根據(jù)能量守恒定律，有GLsin α＝μGscos α，解得s＝3 m，即小滑塊通過的總路程為3 m，D正確。 [通法點(diǎn)撥] 解決電場力做功問題時(shí)應(yīng)注意的兩點(diǎn) (1)利用電場線的特點(diǎn)、等勢面的特點(diǎn)來分析電場力做功情況。 (2)應(yīng)用公式WAB＝qUAB計(jì)算時(shí)，WAB、q、UAB一般都要帶正、負(fù)號(hào)計(jì)算。 1.在豎直向下的勻強(qiáng)電場E中，一帶電油滴在電場力和重力的作用下，沿虛線所示的運(yùn)動(dòng)軌跡從a運(yùn)動(dòng)到b。若此帶電油滴在運(yùn)動(dòng)過程中動(dòng)能和重力勢能之和為E1，重力勢能和電勢能之和為E2，則E1、E2的變化情況是( ) A．E1增加，E2增加 B．E1增加，E2減小 C．E1不變，E2減小 D．E1不變，E2不變 解析：選B 根據(jù)軌跡可知，油滴帶負(fù)電，受到向上的電場力大于重力，合力做正功，動(dòng)能增加，所以電勢能和重力勢能之和E2減小，電場力做正功，電勢能減少，所以重力勢能和動(dòng)能之和E1增加，B正確。 2.(xx屆高三河南中原名校聯(lián)考)靜電透鏡是利用靜電場使電子束會(huì)聚或發(fā)散的一種裝置。如圖所示為該透鏡工作原理示意圖，虛線表示這個(gè)靜電場在xOy平面內(nèi)的一簇等勢線，等勢線形狀關(guān)于Ox軸、Oy軸對(duì)稱，且相鄰兩等勢線的電勢差相等。圖中實(shí)線為某個(gè)電子通過電場區(qū)域時(shí)的軌跡示意圖，關(guān)于此電子從a點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到b點(diǎn)過程中，下列說法正確的是( ) A．a(chǎn)點(diǎn)的電勢高于b點(diǎn)的電勢 B．電子在a點(diǎn)的加速度大于在b點(diǎn)的加速度 C．電子在a點(diǎn)的動(dòng)能大于在b點(diǎn)的動(dòng)能 D．電子在a點(diǎn)的電勢能大于在b點(diǎn)的電勢能 解析：選D 根據(jù)等勢線與電場線垂直，可作出電場線，電子所受的電場力與場強(qiáng)方向相反，故電子在y軸左側(cè)受到一個(gè)斜向右下方的電場力，在y軸右側(cè)受到一個(gè)斜向右上方的電場力，故等勢線的電勢沿x軸正方向增加，故A錯(cuò)誤。等勢線越密的地方電場強(qiáng)度越大，電子的加速度就越大，故B錯(cuò)誤。根據(jù)負(fù)電荷在電勢低處電勢能大，可知電子在a點(diǎn)的電勢能大于在b點(diǎn)的電勢能，電子在a點(diǎn)的動(dòng)能則小于在b點(diǎn)的動(dòng)能，故C錯(cuò)誤，D正確。 1.如圖所示，M、N和P是以MN為直徑的半圓弧上的三點(diǎn)，O點(diǎn)為半圓弧的圓心，∠MOP＝60，電荷量相等、電性相反的兩個(gè)點(diǎn)電荷分別置于M、N兩點(diǎn)，這時(shí)O點(diǎn)電場強(qiáng)度的大小為E1；若將N點(diǎn)處的點(diǎn)電荷移至P點(diǎn)，則O點(diǎn)的場強(qiáng)大小變?yōu)镋2，E1與E2之比為( ) A．2∶1 B．1∶2 C．2∶ D．4∶ 解析：選A 如圖所示，不妨設(shè)M、N處分別放置電荷量為＋q、－q的電荷，則E1＝，E2＝，E1∶E2＝2∶1，A對(duì)，B、C、D錯(cuò)。 2.如圖所示，虛線為某靜電場的等勢面，且相鄰兩等勢面間的電勢差相等。一帶負(fù)電的粒子由M點(diǎn)移動(dòng)到N點(diǎn)的過程中，電場力做正功，M、N兩點(diǎn)的電勢用φM、φN表示，M、N兩點(diǎn)的電場強(qiáng)度用EM、EN表示。則下列說法正確的是( ) A．φM＝φN B．φM>φN C．EM>EN D．EM下載提示(請(qǐng)認(rèn)真閱讀)
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