专题10　电场及带电粒子在电场中的运动-高三物理二轮复习（命题规律+知识荟萃+经典例题+精选习题）(江苏专用)

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专题10 电场及带电粒子在电场中的运动
【命题规律】
1、命题角度：
（1）电场的性质；
（2）平行板电容器电场问题；
（3）电场中的图像问题.
（4）带电粒子在电场中运动的分析与计算；
（5）带电体在电场和重力场中运动的分析与计算
2、常考题型：选择题 计算题
【知识荟萃】
★考向一、电场的性质
电场概念的比较
1．电场中各物理量的关系
2．电场强度的判断
（1）场强方向是正电荷所受静电力的方向，也是电场线上某点的切线方向；
（2）电场的强弱可根据电场线的疏密程度来进行比较，大小可根据场强公式进行计算．
3．电势高低的判断
4.电势能大小的判断
（1）做功判断法：由WAB＝EpA－EpB可知，静电力做正功，电势能减小；静电力做负功，电势能增大．
（2）电荷电势法：由Ep＝qφ知正电荷在电势高的地方电势能大，负电荷在电势低的地方电势能大．
（3）能量守恒法：若只有静电力做功，电荷的动能和电势能之和守恒，动能增大时，电势能减小，反之电势能增大．
★考向二、电场中的图像问题
电场中几种常见的图像
★考向三、带电粒子在电场中运动
知识结构
1．带电粒子在电场中运动时重力的处理
2.带电粒子在电场中的运动特点及分析方法
★考向四、带电体在电场和重力场中的运动
1．带电体在电场、重力场中的运动分析方法
（1）对带电体的受力情况和运动情况进行分析，综合运用牛顿运动定律和匀变速直线运动的规律解决问题．
（2）根据功能关系或能量守恒的观点，分析带电体的运动时，往往涉及重力势能、电势能以及动能的相互转化，总的能量保持不变．
2．带电体在电场和重力场的叠加场中的圆周运动
（1）等效重力法
将重力与静电力进行合成，如图所示，则F合为等效重力场中的“重力”，g′＝eq \f(F合,m)为等效重力场中的“等效重力加速度”，F合的方向等效为“重力”的方向，即在等效重力场中的竖直向下方向．
（2）等效最高点和最低点：在“等效重力场”中做圆周运动的小球，过圆心作合力的平行线，交于圆周上的两点即为等效最高点和最低点．
3．解决带电粒子在交变电场中的运动问题的常用方法： 分段研究，化变为恒.
（1）对于带电粒子在交变电场中的运动，需要进行分段处理，分析粒子在每段运动过程中的受力特点和运动性质.
（2）作出粒子的v－t图像或某一方向上的v－t图像，借助图像、结合轨迹，使运动过程更直观.
转换思路如下：eq \b\lc\ \rc\}(\a\vs4\al\c1(φ－t图像,U－t图像,E－t图像))eq \(――→,\s\up7(转换))a－t图像eq \(――→,\s\up7(转化))v－t图像
★考向五、
【经典例题】
【例题1】如图所示，电量为Q正电荷均匀地分布在半径为r的圆环上M为圆环平面内点，过圆心O点的x轴垂直于环面，N为x轴上一点，ON=h.则（ ）
A．M、O两点场强都为零B．M、O、N三点中O点电势最高
C．N点场强大小为D．过M点以O点为圆心的圆是一条等势线
【例题2】不带电的导体置于电场强度方向向右的电场中，其周围电场线分布如图所示，导体表面处的电场线与导体表面垂直，、为电场中的两点，则（ ）
A．点的电势高于点的电势B．点电场强度小于点的电场强度
C．导体内部的电场强度大于点的电场强度D．负试探电荷在点的电势能比在点的电势能大
【例题3】如图（a）所示，一光滑绝缘细直长杆处于静电场中，沿细杆建立坐标轴x，细杆各处电场方向均沿x轴正方向，电场强度E随x的分布如图（b）所示。带电的小环套在细杆上，其质量、电荷量。小环受沿x轴正方向的恒力作用，从O点由静止开始运动，，以O点为零电势点。求：
（1）O、A两点间的电势差；
（2）小环在A点的电势能；
（3）当小环到达B点时撤去恒力F，求小环向右运动到最远处的位置坐标。
【例题4】如图所示，两金属板A、B水平放置，间距为3d。距离A下方2d处有一水平放置的金属网G，A、B、G的尺寸相同，G接地，A、B的电势均为。今有一带电粒子从金属网G的左侧正上方P点以初速度水平射入电场，P点到G的距离为d。粒子穿越金属网过程中与金属网不接触，已知带电粒子的质量为m、电荷量为q（q>0），粒子重力忽略不计。求：
（1）粒子第一次到达G所需的时间t；
（2）粒子穿过G后距B板的最近距离y；
（3）若粒子恰好沿水平方向飞离电场，求金属板的长度L。
【精选习题】
一、单选题
1．如图所示，在一块很大的接地金属平板的上方固定一负点电荷Q，图中虚线为一试探电荷只在电场力作用下的运动轨迹，A、B为轨迹上两点，则该试探电荷（ ）
A．带正电
B．在A点的速度比在B点的速度小
C．在A点的电势能比在B点的电势能小
D．在A点的加速度比在B点的加速度大
2．如图所示，一平行板电容器竖直放置，两板间距为d，电容为C，O为两板中心。过O且与板垂直的直线上，板外的M、N两点到O点距离均为2d，板间的P、S两点到O点的距离相等。在M、N点分别放置电荷量－Q、+Q的点电荷时，O点处场强恰好为零。已知静电力常量为k，忽略两点电荷对两板电荷分布的影响。则（ ）
A．A极板带负电，B极板带正电
B．P、S两点的电势相等
C．P、S两点的场强大小相等，方向相反
D．电容器所带的电荷量为
3．如图所示，半径为R的光滑绝缘圆环固定于竖直平面内，环上套有两个相同的带电小球A和B，静止时A、B之间的距离为R，现用外力缓慢推A使其到达圆环最低点P的过程中（ ）
A．圆环对B的支持力变大
B．圆环对B的支持力不变
C．A、B系统的电势能增大
D．A、B系统的电势能不变
4．如图所示的电路中，t＝0时刻闭合S，则A、B两点的电势φA、φB随时间t的变化规律描述正确的是（ ）
A．B．
C．D．
5．空间某区域内存在着电场，电场线在竖直平面上的分布如图所示。一个质量为、电荷量为的小球在该电场中运动，小球经过点时的速度大小为，方向水平向右，运动至点时的速度大小为，运动方向与水平方向之间的夹角为，、两点之间的高度差与水平距离均为，则下列判断中正确的是（ ）
A．小球速度
B．、两点间的电势差
C．小球由点运动到点的过程中，电势能可能增加
D．小球运动到点时所受重力的瞬时功率
6．如图所示，在x轴上放有两个电荷量分别为q1和q2的点电荷，其中q1位于x轴的坐标原点，电荷q2的右侧各点电势φ随x变化的关系如图曲线所示，其余部分的电势变化情况没有画出，其中B点电势为零，BD段中的电势最低点为C点，则下列说法正确的是（ ）
A．A点的电场强度方向向左
B．两点电荷的电荷量的大小关系为q10表示场强沿x轴正方向，E