(新高考)高考物理一轮复习课件第8章 专题强化14 电场性质的综合应用(含解析)

这是一份(新高考)高考物理一轮复习课件第8章 专题强化14 电场性质的综合应用(含解析)，共60页。PPT课件主要包含了目标要求，内容索引，课时精练，答案04m，考向1，电场中的v－t图象，考向2，φ－x图象，图10，图11等内容，欢迎下载使用。
1.学会处理电场中的功能关系.2.能解决电场中各种图象问题，理解图象斜率、面积等表示的物理意 义并能解决相关问题.
NEIRONGSUOYIN
题型一　电场中功能关系的综合问题
题型二　电场中的图象问题
电场中常见的功能关系(1)若只有电场力做功，电势能与动能之和保持不变.(2)若只有电场力和重力做功，电势能、重力势能、动能之和保持不变.(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总功等于物体动能的变化.
例1　(多选)(2019·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电场力的作用下从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不变
解析　电场线与等势面垂直，正电荷所受电场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；带正电的粒子只在电场力的作用下，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，
则电场力的方向向右，电场线的方向向右，顺着电场线电势降低，等势面1电势最高，故选项A错误；粒子从a运动到b，只受电场力作用，电场力的方向与运动方向成锐角，电场力做正功，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，只受电场力作用，粒子的电势能与动能之和不变，故选项D正确.
例2　(多选)(2020·江西上饶市高三上学期第一次模拟)A、B两物体质量均为m，其中A带正电，电荷量为＋q，B不带电，通过劲度系数为k的绝缘竖直轻质弹簧相连放在水平面上，如图2所示，开始时A、B都处于静止状态.现在施加竖直向上的匀强电场，电场强度E＝ ，式中g为重力加速度，若不计空气阻力，不考虑A物体电荷量的变化，则以下判断正确的是A.刚施加电场的瞬间，A的加速度大小为2gB.从施加电场开始到B刚要离开地面的过程中，A物 体速度大小一直增大C.从施加电场开始到B刚要离开地面的过程中，A物 体的机械能增加量始终等于A物体电势能的减少量D.B刚要离开地面时，A的速度大小为
解析　在未施加电场时，A物体处于平衡状态，当施加电场的瞬间，A物体受到的合力为A所受的电场力，故qE＝ma，解得a＝2g，方向向上，故A正确；B刚要离开地面时，地面对B弹力为0，即F弹＝mg，对A物体Eq＝mg＋F弹，即A物体所受合力为0，因此
从施加电场开始到B刚要离开地面过程，A物体做加速度逐渐变小的加速运动，即A物体速度大小一直增大，故B正确；从施加电场开始到弹簧恢复原长的过程，A物体的机械能增加量等于电势能的减少量与弹性势能的减少量之和，从弹簧恢复原长到B刚要离开地面的过程，A物体的机械能增加量等于电势能的减少量与弹性势能的增加量之差，故C错误；
1.(电场力和重力做功)如图3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
在c点时，小环水平方向受到电场力和杆的弹力作用，竖直方向受到重力作用，合力竖直向下，小环有竖直向下的加速度，所以在c点时小环的动能不是最大，B错误；c点距离Q最近，电势最高，带负电的小环在c点的电势能最小，C错误；
2.(电场力做功的综合问题)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4所示.(g取10 m/s2)求：(1)物块向右运动的最大距离；
解析　设物块向右运动的最大距离为xm，
解得xm＝0.4 m.
(2)物块最终停止的位置.
答案　O点左侧0.2 m处
解析　因E|q|>μmg，物块不可能停止在O点右侧，设物块最终停在O点左侧且离O点为x处.由动能定理得E|q|xm－μmg(xm＋x)＝0，解得x＝0.2 m.
根据v－t图象的速度变化、斜率变化(即加速度大小的变化)，可确定电荷所受电场力的方向与电场力的大小变化情况，进而确定电场的方向、电势的高低及电势能的变化.
例3　(多选)(2019·安徽黄山市模拟)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5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图象如图乙所示，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点电场强度最大B.两点电荷是负电荷C.B点是A、C连线的中点D.UBC>UAB
解析　根据v－t图象的斜率表示加速度，知小物块在B点的加速度最大，所受的电场力最大，所以中垂线上B点电场强度最大，故选项A正确；小物块从B到C动能增大，电场力做正功，且小物块带正电，可知两点电荷是正电荷，故选项B错误；中垂线上电场线分布不均匀，不能确定B点是A、C连线的中点，故选项C错误；
1.电场强度的大小等于φ－x图线的切线斜率的绝对值，如果图线是曲线，电场为非匀强电场；如果图线是倾斜的直线，电场为匀强电场.电场强度为零处φ－x图线存在极值，其切线的斜率为零.(如图6)
2.在φ－x图象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，进而可以判断电荷在电场中的受力方向.(如图7)
3.电场中常见的φ－x图象(1)点电荷的φ－x图象(取无限远处电势为零)，如图8.
(2)两个等量异种点电荷连线上的φ－x图象，如图9.(3)两个等量同种点电荷的φ－x图象，如图10.
例4　(多选)(2019·山东聊城市二模)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变化的关系图象如图11所示，其中P点电势最高，且xAP0表示电场强度沿x轴正方向；Eq2B.B、C间场强方向沿x轴负方向C.C点的电场强度大于A点的电场强度D.将一个负点电荷从B点移到D点，电 场力先做负功后做正功
解析　由题图知从O到P电势能一直减小，试探电荷带正电，则电势一直降低，两个点电荷必定是异种电荷，故A错误；从B到C，电势能增加，试探电荷带正电，则电
势升高，根据沿电场线方向电势降低可知，B、C间电场强度方向沿x轴负方向，故B正确；根据Ep－x图象的切线斜率表示电场力，可知C点场强为零，A点的场强不等于零，则A点的场强大于C点的场强，故C错误；将一个负点电荷从B点移到D点，电势先升高后降低，电势能先减小后增大，电场力先做正功后做负功，故D错误.
3.(φ－x图象)(多选)(2020·广东惠州市模拟)某静电场电势φ在x轴上的分布如图15所示，由图可知，下列说法中正确的是A.x1和x2处电场强度相同B.x1处电场强度比x2处大C.－x2到x2之间有三处场强为零D.负电荷从x1移动到x2，电势能减小
解析　φ－x图象的切线斜率k＝ ＝E，x1处比x2处切线斜率大，故x1处场强比x2处大，A错误，B正确；－x2到x2之间有三处切线斜率为零，所以－x2到x2之间有三处场强为零，C正确；根据电势能公式Ep＝φq，负电荷在电势低的地方电势能大，所以负电荷从x1移动到x2，电势降低，电势能增大，D错误.
4.(E－x图象)(多选)(2019·河北张家口市调研)某静电场在x轴上的场强E随x的变化关系如图16所示，x轴正方向为场强正方向，一个带正电的点电荷只在电场力的作用下沿x轴运动，x1、x2、x3、x4四点间隔相等，则A.点电荷在x2和x4处电势能相等B.点电荷由x1运动到x3的过程中电势能减小C.x1、x2两点之间的电势差小于x3、x4两点之 间的电势差D.点电荷由x1运动到x4的过程中电场力先减小后增大
解析　由x轴上的场强E随x的变化关系可知图线与x轴所围图形的面积表示电势差，所以点电荷在x2和x4处电势能不相等，故A错误；点电荷由x1运动到x3的过程中电场力做正功，电势能减小，故B正确；由x轴上的场强E随x的变化关系可知图线与x轴所围图形的面积表示电势差，x1、x2两点之间的电势差小于x3、x4两点之间的电势差，故C正确；点电荷由x1运动到x4的过程中电场力先增大后减小，故D错误.
5.(Ek－x图象)(多选)(2020·广东中山纪念中学模拟)如图17甲所示，a、b是点电荷电场中同一电场线上的两点，一个带电粒子在a点由静止释放，仅在电场力作用下从a点向b点运动，粒子的动能与位移之间的关系如图乙所示，则下列说法中正确的是A.带电粒子与场源电荷带异种电荷B.a点电势比b点电势高C.a点场强比b点场强大D.带电粒子在a点的电势能比在b点电势能大
解析　粒子从a点向b点运动，Ek－x图象的切线斜率在减小，根据动能定理，则有qEx＝Ek，电场强度减小，因此a点更靠近场源电荷，则a点场强比b点场强大，若场源电荷是正电荷，则粒子带正电；若场源电荷是负电荷，则粒子带负电，它们是同种电荷，故A错误，C正确；由于不能确定场源电荷的性质，所以也不能确定电场线的方向，不能确定a点电势与b点电势的高低，故B错误；
带电粒子仅在电场力作用下从a点运动到b点，电场力做正功，电势能减小，所以带电粒子在a点的电势能大于在b点的电势能，故D正确.
1.(多选)如图1所示，一带正电的点电荷固定于O点，两虚线圆均以O为圆心，两实线分别为带电粒子M和N先后在电场中运动的轨迹，a、b、c、d、e为轨迹和虚线圆的交点，不计重力，下列说法正确的是A.M带负电荷，N带正电荷B.M在b点的动能小于它在a点的动能C.N在d点的电势能等于它在e点的电势能D.N在从c点运动到d点的过程中克服电场力做功
解析　由粒子运动轨迹可知，M受到的是吸引力，N受到的是排斥力，可知M带负电荷，N带正电荷，故A正确；M从a点到b点，库仑力做负功，根据动能定理知，动能减小，则M在b点的动能小于在a点的动能，故B正确；
d点和e点在同一等势面上，电势相等，则N在d点的电势能等于在e点的电势能，故C正确；N从c点运动到d点，库仑斥力做正功，故D错误.
2.(2019·山西师大附中模拟)如图2所示为一匀强电场，某带电粒子从A点运动到B点，在这一运动过程中克服重力做的功为2.0 J，电场力做的功为1.5 J.下列说法中正确的是A.粒子带负电B.粒子在A点的电势能比在B点少1.5 JC.粒子在A点的动能比在B点少0.5 JD.粒子在A点的机械能比在B点少1.5 J
解析　由粒子运动的轨迹可知粒子带正电，A错误；粒子从A到B的过程中电场力做正功，所以电势能减小，B错误；根据动能定理得W＋WG＝ΔEk＝－0.5 J，所以粒子在A点的动能比在B点多0.5 J，C错误；电场力做正功，机械能增加，所以粒子在A点的机械能比在B点少1.5 J，D正确.
3.(2019·广东深圳市第二次调研)真空中，在x轴上x＝0和x＝8 m处分别固定两个电性相同的点电荷Q1和Q2.电荷间连线上的电场强度E随x变化的图象如图3所示(＋x方向为场强正方向)，其中x＝6 m处E＝0.将一个正试探电荷在x＝2 m处由静止释放(重力不计，取无限远处电势为零)，则A.Q1、Q2均为负电荷B.Q1、Q2带电荷量之比为9∶1C.在x＝6 m处电势为0D.该试探电荷向x轴正方向运动时，电势能一直减小
解析　由题图知，在x＝0处场强为正，x＝8 m处场强为负，可知Q1、Q2均为正电荷，故A错误；
由于无限远处电势为零，故在x＝6 m处电势不为0，故C错误；该试探电荷向x轴正方向运动时，电场力先做正功后做负功，因此电势能先减小后增大，故D错误.
4.(多选)(2020·云南高三一模)如图4甲所示A、B为电场中一直线上的两个点，带正电的点电荷只受电场力的作用，从A点以某一初速度沿直线运动到B点，其电势能Ep随位移x的变化关系如图乙所示.则从A到B过程中，下列说法正确的是A.点电荷的速度先增大后减小B.电荷所受电场力先减小后增大C.从A到B各点的电势先降低后升高D.从A到B各点的电势先升高后降低
解析　只受电场力做功，动能和电势能之和不变，由电势能Ep随位移x的变化关系可知，电势先增大后减小，所以动能先减小后增大，点电荷的速度先减小后增大；正电荷在电势能大的地方，电势高，所以从A到B各点的电势先升高后降低，故D正确，A、C错误；电势能Ep随位移x的变化关系图线的切线斜率表示电场力，由图可知，Ep－x图线的切线斜率先减小，后增大，所以电荷所受电场力先减小后增大，故B正确.
5.(多选)(2020·河南开封市高三一模)如图5，竖直平面内有a、b、c三个点，b点在a点正下方，b、c连线水平.第一次，将一质量为m的小球从a点以初动能Ek0水平抛出，经过c点时，小球的动能为5Ek0；第二次，使此小球带正电，电荷量为q，同时加一方向平行于abc所在平面、场强大小为 的匀强电场，仍从a点以初动能Ek0沿某一方向抛出小球，小球经过c点时的动能为13Ek0.下列说法正确的是(不计空气阻力，重力加速度大小为g)
6.(2019·广东惠州市模拟)如图6所示，在水平向右的匀强电场中有一个绝缘斜面，斜面上有一带电金属块沿斜面滑下，已知在金属块滑下的过程中动能增加了12 J，金属块克服摩擦力做功8 J，重力做功24 J.下列说法中正确的是A.金属块带负电荷B.金属块克服电场力做功8 JC.金属块的电势能减少4 JD.金属块的机械能减少12 J
解析　金属块滑下的过程中动能增加了12 J，由动能定理知合外力做功12 J，即WG＋Wf＋WF＝ΔEk，摩擦力做功Wf＝－8 J，重力做功WG＝24 J，解得电场力做功WF＝－4 J，电场力做负功，金属块带正电荷，电势能增加了 4 J，A、B、C错误；
由功能关系可知机械能的变化ΔE＝Wf＋WF＝－12 J，即机械能减少了 12 J，D正确.
7.(2019·山西运城市5月适应性测试)一带负电的微粒只在电场力作用下沿x轴正方向运动，其电势能随位移x变化的关系如图7所示，其中0～x1段是曲线，x1～x2段是平行于x轴的直线，x2～x3段是倾斜直线，则下列说法正确的是A.0～x1段电势逐渐升高B.0～x1段微粒的加速度逐渐减小C.x2～x3段电场强度减小D.x2处的电势比x3处的电势高
解析　电势能Ep＝φq，由于微粒带负电，0～x1段电势能变大，所以电势降低，A错误；根据电场力做功与电势能关系：|ΔEp|＝E|q|Δx，Ep－x图象切线斜率的大小
反映场强大小，0～x1段图象切线斜率变小，场强变小，受力减小，加速度逐渐变小，B正确；x2～x3段斜率不变，场强不变，C错误；x2到x3，电势能减小，微粒带负电，所以电势增大，D错误.
8.真空中固定一电荷量为Q的负点电荷，一电荷量为q、质量为m的试探电荷仅在电场力作用下由静止开始运动，先后经过A、B、C三点，其a－ 图象如图8所示，图中a为试探电荷的加速度，r代表试探电荷与负点电荷间的距离，已知aC＝3aA＝1.5aB，则下列说法正确的是A.试探电荷带负电B.A、B、C三点的电势关系：φAφC，B错误；
9.(多选)(2019·山西孝义市摸底)a、b、c是静电场中一直线上的三个点，从a点释放一个初速度为零的电子，电子仅在电场力的作用下，由a点经b点运动到c点，其电势能随该电子位置的变化关系如图9所示，则A.该电场可能是孤立的点电荷产生的B.电子在a点加速度的值大于在b点加速度的值C.电场中a点的电势大于b点的电势D.电子从a点到c点的过程中动能先增大后减小
解析　若该电场为孤立点电荷产生的，则电子的电势能应当单调变化，选项A错误；根据功能关系ΔEp＝－FΔx，知Ep－x图象切线斜率大小表示电场力大小，图线在a点的切线斜率的绝对值大于b点，故电子在a点受到的电场力和加速度也大于b点，选项B正确；
由题图可知，Epa>Epc>Epb，电子带负电，根据电势与电势能关系及能量守恒定律，则有φa