2024年高考物理第一轮复习课件：第八章 专题突破8　电场性质的综合应用

这是一份2024年高考物理第一轮复习课件：第八章 专题突破8　电场性质的综合应用，共38页。PPT课件主要包含了答案D，静电场中的图像问题，答案C等内容，欢迎下载使用。

1．电场中的功能关系(1)若只有静电力做功电势能与动能之和保持不变。(2)若只有静电力和重力做功电势能、重力势能、动能之和保持不变。
电场中功能关系的综合问题
(3)除重力之外，其他各力对物体做的功等于物体机械能的变化。(4)所有外力对物体所做的功等于物体动能的变化。2．电场力做功的计算方法(1)WAB＝qUAB(普遍适用)(2)W＝qEx cs θ(适用于匀强电场)(3)WAB＝－ΔEp＝EpA－EpB(从能量角度求解)(4)W电＋W非电＝ΔEk(由动能定理求解)
【例1】　(2022·广东中山一中检测)图1中虚线1、2、3、4表示匀强电场的等势面，一带正电的粒子只在静电力的作用下从a点运动到b点，轨迹如图中实线所示。下列说法中正确的是(　　)A．等势面1电势最低B．粒子从a运动到b，动能减小C．粒子从a运动到b，电势能减小D．粒子从a运动到b的过程中电势能与动能之和减小
[解析]　 电场线与等势面垂直，正电荷所受静电力的方向与场强方向相同，曲线运动所受合力指向曲线的凹侧；带正电的粒子只在静电力的作用下，从a点运动到b点，轨迹如图中实线所示，可画出速度和电场线及受力方向如图所示，则静电力的方向向右，电场线的方向向右，顺着电场线方向电势降低，等势面1电势最高，故选项A错误；粒子从a运动到b，只受静电力作用，静电力的方向与运动方向成锐角，静电力做正功，粒子的动能增大，电势能减小，故选项B错误，C正确；粒子从a运动到b的过程中，只受静电力作用，粒子的电势能与动能之和不变，故选项D错误。
【例2】　如图所示，半圆槽光滑、绝缘、固定，圆心是O，最低点是P，直径MN水平。a、b是两个完全相同的带正电小球(视为点电荷)，b固定在M点，a从N点静止释放，沿半圆槽运动经过P点到达某点Q(图中未画出)时速度为零，则小球a(　　)A．从N到Q的过程中，重力与库仑力的合力先增大后减小B．从N到P的过程中，速率一直增大C．从N到Q的过程中，电势能一直增加D．从P到Q的过程中，动能减少量小于电势能增加量
[解析]　重力不变，库仑力一直增大且与重力夹角不断减小，故合力一直增大，A错误；支持力不做功，重力与库仑力的合力先做正功，后做负功，故动能先增大后减小，即速率先增大后减小，B错误；两带电小球间距离一直减小，电势能一直增加，C正确；从P到Q，重力做负功，电场力做负功，动能转化为重力势能和电势能，动能减小量大于电势能增加量，D错误。
1．(静电力和重力做功)如图所示，竖直固定的光滑绝缘细杆上O点套有一个电荷量为－q(q>0)的小环，在杆的左侧固定一个电荷量为Q(Q>0)的点电荷，杆上a、b两点与Q正好构成等边三角形，c是ab的中点。将小环从O点无初速度释放，通过a点的速率为v。若已知ab＝Oa＝l，静电力常量为k，重力加速度为g，则(　　)
2．(静电力做功的综合问题)在一个水平面上建立x轴，在过原点O垂直于x轴的平面的右侧空间有一个匀强电场，场强大小E＝6.0×105 N/C，方向与x轴正方向相同。在O点处放一个带电荷量q＝－5.0×10－8 C，质量m＝1.0×10－2 kg的绝缘物块。物块与水平面间的动摩擦因数μ＝0.20，沿x轴正方向给物块一个初速度v0＝2.0 m/s，如图所示。(g取10 m/s2)求：(1)物块向右运动的最大距离；(2)物块最终停止的位置。
答案：(1)0.4 m　(2)O点左侧0.2 m处
3．(2022·山东济宁模拟)绝缘水平面上固定一正点电荷Q，另一质量为m、电荷量为－q(q>0)的滑块(可看作点电荷)从a点以初速度v0沿水平面向Q运动，到达b点时速度减为零，已知a、b间距离为s，滑块与水平面间的动摩擦因数为μ，重力加速度为g。以下判断正确的是(　　)
解决静电场中图像问题的三点注意(1)注意图像的种类，明确两个坐标轴代表的物理量，如v-t、φ-x、E-x、Ep-x等图像。(2)注意图线的形状特点与对应的数学规律，明确两个物理量之间的变化关系。(3)注意图线的斜率、截距、交点、拐点及有些图线与横轴所围成的“面积”等的物理意义，这些信息往往是解决此类问题的关键。
【例3】　光滑绝缘水平面上固定两个等量点电荷，它们连线的中垂线上有A、B、C三点，如图甲所示。一质量m＝1 kg的带正电小物块由A点静止释放，并以此时为计时起点，沿光滑水平面经过B、C两点，其运动过程的v-t图像如图乙所示，其中图线在B点位置时斜率最大，根据图线可以确定(　　)
A．中垂线上B点电场强度最小B．两点电荷是负电荷C．B点是A、C两点连线的中点D．UBC>UAB[解析]　根据v-t图像的斜率表示加速度，知小物块在B点的加速度最大，所受的静电力最大，所以中垂线上B点电场强度最大，故选项A错误；小物块从B点到C点动能增大，静电力做正功，且小物块带正电，可知两点电荷是正电荷，故选项B错误；由v-t图像所围面积可知B点不是
根据v-t图像的速度变化、斜率变化(即加速度大小的变化)，可确定电荷所受静电力的方向与静电力的大小变化情况，进而确定电场的方向、电势的高低及电势能的变化。　
【例4】　(2022·山东聊城模拟)两电荷量分别为q1和q2的点电荷固定在x轴上的A、B两点，两点电荷连线上各点电势φ随坐标x变化的关系图像如图所示，其中P点电势最高，且xAP(1)φ-x图线上某点切线的斜率的绝对值表示电场强度的大小，φ-x图线存在极值，其切线的斜率为零，则对应位置处电场强度为零。(2)在φ-x图像中可以直接判断各点电势的大小，并可根据电势大小关系确定电场强度的方向。(3)在φ-x图像中分析电荷移动时电势能的变化，可用WAB＝qUAB，进而分析WAB的正负，然后作出判断。　　
【例5】　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的过程中静电力一直增大D．由x1运动到x4的过程中静电力先减小后增大[解析]　由题图可知，x1到x4场强先变大，再变小，则点电荷受到的静电力先增大后减小，C、D错误；由x1到x3及由x2到x4过程中，静电力做负功，电势能增大，知A错误，B正确。
(1)判定场强E的方向：E＞0表示场强沿正方向，E＜0表示场强沿负方向。(2)在E-x图线上，图线与x轴所围成的面积表示电势差。　
【例6】　(2022·湖北黄冈中学模拟)两电荷量分别为q1和q2的点电荷固定在x轴上的O、M两点，规定无穷远处为电势能零点，一带负电的试探电荷在x轴上各点具有的电势能随x变化关系如图所示，其中试探电荷在A、N两点的电势能为零，在ND段中C点电势能最大，则下列说法正确的是(　　)
A．q1为正电荷，q2为负电荷B．q1电荷量小于q2的电荷量C．将一正点电荷从N点移到D点，静电力先做负功后做正功D．将一正点电荷从N点静止释放后会沿x轴正方向运动且到达C点时速度最大
[解析]　由图知无穷远处的电势能为0，A点的电势能也为0，由于负电荷沿着x轴运动，电势能先为正值，后为负值，说明沿x轴电势升高，所以O点的电荷q1带负电，M点电荷q2带正电；由于A点距离O点比较远而距离M点比较近，所以q1电荷量大于q2的电荷量，故A、B错误。由题可知，A、N两点的电势能为零，在这两点电势为零，由图可知负电荷由N点到C点电势能增加，而由C点到D点电势能减小，可知在C点左侧电场方向向右，C点右侧电场方向向左，则正点电荷从N点移到D点，静电力先做正功后做负功，则在C点时动能最大，即速度最大，故C错误，D正确。
(1)根据电势能的变化可以判断静电力做功的正、负。(2)根据W＝ΔEp＝Fx可知，图像Ep-x的斜率为静电力。　　
5．(与图像相结合的带电粒子在电场中运动参量的判断)(2022·江苏扬州模拟)某电子透镜两极间的电场线分布如图所示，中间的一条电场线是直线，其他电场线对称分布，电子从O点沿直线OA以某一初速度仅在电场力作用下运动到A点。取O点为坐标原点，沿直线向右为x轴正方向。从O到A运动过程中，关于电子运动速度v和加速度a随时间t的变化、电子的动能Ek和运动轨迹上各点的电势φ随位移x的变化，下列图线中可能正确的是(　　)