2023届高考物理二轮复习专题三第1讲电场带电粒子在电场中的运动学案

这是一份2023届高考物理二轮复习专题三第1讲电场带电粒子在电场中的运动学案，共15页。

1. 理解电场力、能性质．
2. 会处理平行板电容器及其动态分析问题．
3. 能解决静电场中的图像问题．
4. 能解决带电粒子在电场中的运动．
1. 库仑定律：F＝k eq \f(Q1Q2,r2)(真空中的点电荷)．
2. 电场强度的表达式：(1) 定义式：E＝ eq \f(F,q)；(2) 计算式：E＝ eq \f(kQ,r2)；(3) 匀强电场：E＝ eq \f(U,d)．
3. 几种常见电场的电场线(如图所示)
4. 电势差和电势的关系：UAB＝φA－φB或UBA＝φB－φA．
5. 电场力做功的计算：
(1) 普适：W＝qU；(2) 匀强电场：W＝Edq．
6. 电容：(1) 电容的定义式：；
(2) 平行板电容器电容的决定式：．
7. 电势高低及电势能大小的判断方法：
(1) 沿电场线的方向电势降低；
(2) 电场力做正功，电势能减少；电场力做负功，电势能增加．
8. 等势面与电场线的关系
(1) 电场线总是与等势面垂直，且从电势高的等势面指向电势低的等势面．
(2) 电场线越密的地方，等差等势面也越密．
(3) 沿等势面移动电荷，电场力不做功，沿电场线移动电荷，电场力一定做功．
9. 带电粒子在电场中偏转的处理方法
1. (2021·北京卷)如图所示的平面内，有静止的等量异号点电荷，M、N两点关于两电荷连线对称，M、P两点关于两电荷连线的中垂线对称．下列说法正确的是( )

A. M点的场强比P点的场强大
B. M点的电势比N点的电势高
C. N点的场强与P点的场强相同
D. 电子在M点的电势能比在P点的电势能大
【解析】 由对称性可知，M点的场强与P点的场强大小相等，N点的场强与P点的场强相同，A错误，C正确；M点的电势与N点的电势相同，B错误；M点的电势比P点的电势高，根据电势能公式可知电子在M点的电势能比在P点的电势能小，D错误．
【答案】 C
2. (2021·江苏卷)有研究发现，某神经细胞传递信号时，离子从细胞膜一侧流到另一侧形成跨膜电流，若将该细胞膜视为1×10－8 F的电容器，在2 ms内细胞膜两侧的电势差从－70 mV变为30 mV，则该过程中跨膜电流的平均值为( )
A. 1.5×10－7 A B. 2×10－7 A
C. 3.5×10－7 A D. 5×10－7 A
【解析】 根据Q＝CU，可知ΔQ＝CΔU＝1×10－8×(30＋70)×10－3 C＝1×10－9 C，则该过程中跨膜电流的平均值为I＝ eq \f(ΔQ,t)＝ eq \f(1×10－9,2×10－3) A＝5×10－7 A，故D正确．
【答案】 D
3. (2021·江苏卷)一球面均匀带有正电荷，球内的电场强度处处为零，如图所示，O为球心，A、B为直径上的两点，OA＝OB，现垂直于AB将球面均分为左右两部分，C为截面上的一点，移去左半球面，右半球面所带电荷仍均匀分布，则( )
A. O、C两点电势相等
B. A点的电场强度大于B点
C. 沿直线从A到B电势先升高后降低
D. 沿直线从A到B电场强度逐渐增大
【解析】 由于球壳内部的场强为零，补全以后可知在右侧球壳任取一点，该点和C连线后过左半边球壳一点，两点对C的库仑力为零，即等大、反向、共线，将左侧沿竖直对称到右侧球面，则可以知道这两个点在C点的合场强水平向左，根据叠加原理可知C点场强向左，同理OC上都是水平向左，因此OC是等势线，故A正确；将题中半球壳补成一个完整的球壳，且带电均匀，设左、右半球在A点产生的电场强度大小分别为E1和E2，由题知，均匀带电球壳内部电场强度处处为零，则知E1＝E2，根据对称性，左右半球在B点产生的电场强度大小分别为E2和E1，且E1＝E2，在图示电场中，A的电场强度大小为E2，方向向左，B的电场强度大小为E1，方向向左，所以A点的电场强度与B点的电场强度相同，沿直线从A到B电场强度不可能逐渐增大，故B、D错误；根据电场的叠加原理可知，在A、B连线上电场线方向向左，沿着电场线方向电势逐渐降低，则沿直线从A到B电势升高，故C错误．
【答案】 A
4. (2022·湖北卷)密立根油滴实验装置如图所示，两块水平放置的金属板分别与电源的正负极相接，板间产生匀强电场．用一个喷雾器把密度相同的许多油滴从上板中间的小孔喷入电场，油滴从喷口喷出时由于摩擦而带电．金属板间电势差为U时，电荷量为q、半径为r的球状油滴在板间保持静止．若仅将金属板间电势差调整为2U，则在板间能保持静止的球状油滴所带电荷量和半径可以为( )
A. q，r B. 2q，r
C. 2q，2r D. 4q，2r
【解析】 初始状态下，液滴处于静止状态时，满足Eq＝mg，即 eq \f(U,d)q＝ eq \f(4,3)πr3·ρg，当电势差调整为2U时，若液滴的半径不变，则满足 eq \f(2U,d)q′＝ eq \f(4,3)πr3·ρg，可得q′＝ eq \f(q,2)，A、B错误；当电势差调整为2U时，若液滴的半径变为2r时，则满足 eq \f(2U,d)q′＝ eq \f(4,3) π(2r)3·ρg，可得q′＝4q，C错误，D正确．
【答案】 D
1. 电场强度：(1) 根据电场线的疏密程度进行判断；(2) 根据等势面的疏密程度进行判断；(3) 根据E＝ eq \f(ma,q) 进行判断．
2. 电势：(1) 沿电场线方向电势逐渐降低；(2) 若q和Wab已知，由Uab＝ eq \f(Wab,q)判定．
3. 电势能：(1) 电场力做正功，电势能减小；电场力做负功，电势能增大；(2) 正电荷在电势高的地方电势能大，负电荷在电势高的地方电势能反而小．
eq \x(例) eq \x(1)(2022·浙江选考)某种气体电子放大器的局部结构是由两块夹有绝缘介质的平行金属薄膜构成，其上存在等间距小孔，其中相邻两孔截面上的电场线和等势线的分布如图所示．下列说法正确的是( )
A. a点所在的线是等势线
B. b点的电场强度比c点大
C. b、c两点间的电势差的值比a、c两点间的大
D. 将电荷沿图中的线从d→e→f→g移动时电场力做功为零
【解析】 静电场中的电场线是不闭合的，所以图中的闭合曲线都是等势线，根据电场线与等势线相互垂直，可知a点所在的线是电场线，A错误；b点附近的电场线比c附近的电场线稀疏，所以b点的电场强度比c点小，B错误；根据电场线与等势线垂直，可以画出通过a点的等势线，比较可知b、c两点间的电势差的值比a、c两点间的大，C正确；电场力做功与路径无关，取决于电势差，图中d、g并不在同一条等势线上，因此电场力做功一定不为零，D错误．
【答案】 C
eq \x(例) eq \x(2)(2022·苏州期中)如图所示，实线为一簇未标明方向的电场线，虚线为一带电粒子仅在电场力作用下通过该区域时的运动轨迹，A、B是轨迹上的两点．下列说法正确的是( )
A. A点的电势一定比B点低
B. A点的电场强度比B点小
C. 带电粒子在A点的动能比B点大
D. 带电粒子在A点的电势能比B点高
【解析】 根据粒子的运动轨迹可知，粒子所受的电场力大致向右，若粒子从A到B，则电场力做负功，动能变小，粒子在A点的动能比B点大；粒子的电势能变大，即带电粒子在A点的电势能比B点低，但是由于粒子的电性未知，则不能确定两点电势高低，C正确，A、D错误；由于A点电场线较B点密集，可知A点的场强大于B点的场强，B错误．
【答案】 C
1. 平行板电容器动态变化的两种情况
(1) 电容器始终与电源相连时，两极板间的电势差U保持不变．
(2) 充电后与电源断开时，电容器所带的电荷量Q保持不变．
2. 动态分析思路
eq \x(例) eq \x(3)(2022·苏州调研)如图所示，平行板电容器通过灵敏电流计G连接在直流电源两端．最初电容器的上、下极板水平，带电油滴处于静止状态．保持电容器下极板和上极板左端不动，在用绝缘工具将上极板右端缓缓沿逆时针方向转动角度θ(θ