第一篇 专题三 第九讲　电场-【高考二轮】新高考物理大二轮复习（课件+讲义+专练）

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带电粒子(带电体)在电场中的运动
(1)电场强度的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，电场的强弱(电场强度的大小)可根据电场线的疏密程度来进行比较。(2)计算电场强度常用的方法：公式法、平衡条件求解、叠加合成法、对称法、补偿法、等效法。
1.电场强度的分析与计算
(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可知，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，动能减小时，电势能增大。
　(多选)(2022·重庆卷·8)如图为两点电荷Q、Q′的电场等势面分布示意图，Q、Q′位于x轴上，相邻等势面的电势差为3 V。若x轴上的M点和N点位于0 V等势面上，P为某等势面上一点，则A.N点的电场强度大小比M点的大B.Q为正电荷C.M点的电场方向沿x轴负方向D.P点与M点的电势差为12 V
等差等势面的疏密程度反映电场强度的大小，由题图可知N点的等差等势面比M点更密，则N点的电场强度大小比M点的大，故A正确；沿着电场线方向电势逐渐降低，由题图可知电场线由N指向Q，则Q为负电荷，故B错误；
沿着电场线方向电势逐渐降低，结合各等势面的电势高低关系可知M点的电场方向沿x轴正方向，故C错误；M点与N点电势均为0 V，P点与N点的等势面间有四个等势间隔，而相邻等势面的电势差为3 V，则P点与M点的电势差为12 V，故D正确。
　(多选)(2022·全国乙卷·19)如图，两对等量异号点电荷＋q、－q(q>0)固定于正方形的4个顶点上。L、N是该正方形两条对角线与其内切圆的交点，O为内切圆的圆心，M为切点。则A.L和N两点处的电场方向相互垂直B.M点的电场方向平行于该点处的切线，方向向左C.将一带正电的点电荷从M点移动到O点，电场力做正功D.将一带正电的点电荷从L点移动到N点，电场力做功为零
两个正点电荷在N点产生的电场强度方向由N指向O，N点处于两负点电荷连线的中垂线上，则两个负点电荷在N点产生的电场强度方向由N指向O，则N点的合电场强度方向由N指向O，同理可知，L处的合电场强度方向由O指向L。由于正方形两对角线垂直平分，则L和N两点处的电场方向相互垂直，故A正确；
正方形底边的一对等量异号点电荷在M点产生的电场强度方向向左，而正方形上方的一对等量异号点电荷在M点产生的电场强度方向向右，由于M点离上方一对等量异号点电荷距离较远，则M点的合电场方向向左，故B正确；
由题图可知，M和O点位于两对等量异号点电荷的等势线上，即M和O点电势相等，所以将一带正电的点电荷从M点移动到O点，静电力做功为零，故C错误；由题图结合等量异号点电荷模型可知，L点的电势低于N点电势，则将一带正电的点电荷从L点移动到N点，静电力做功不为零，故D错误。
　(2022·河北卷·6)如图，真空中电荷量为2q和－q(q>0)的两个点电荷分别位于M点与N点，形成一个以MN延长线上O点为球心，电势为零的等势面(取无穷远处电势为零)，P为MN连线上的一点，S为等势面与直线MN的交点，T为等势面上的一点，下列说法正确的是A.P点电势低于S点电势B.T点电场强度方向指向O点C.除无穷远处外，MN直线上还存在两个电场强 度为零的点D.将正试探电荷q0从T点移到P点，静电力做正功
在直线MN上，正电荷在M点右侧电场强度水平向右，负电荷在N点左侧电场强度水平向右，根据电场的叠加可知MN间的电场强度水平向
右，沿着电场线电势逐渐降低，可知P点电势高于等势面与MN交点处电势，则P点电势高于S点电势，故A错误；
由A选项分析可知：T点电势低于P点电势，则正电荷在T点的电势能低于在P点的电势能，将正试探电荷q0从T点移到P点，电势能增加，静电力做负功，故D错误；
由于电场强度方向垂直于等势面，可知T点的电场强度方向所在直线必过等势面的球心O，根据异种电荷的电场线分布情况可知，N、S间电场线方向由S指向N，则φS>φO，由于φT＝φS，则φT>φO，故T点电场强度方向指向O点，故B正确。
　(多选)(2023·云南丽江市一模)如图甲所示，在x轴上固定两个带电荷量分别为＋4q、－q的点电荷，以其中的某一电荷为原点，两电荷所形成的电场的电势φ在x轴正半轴上的分布如图乙所示，下列说法正确的是
B.负电荷在坐标原点，正电荷在x ＝－x2的位置C.在x轴上x>x2区域电场强度沿x轴正方向D.一带负电试探电荷从O处移到x2处，电势能先减小后增加
在x轴上x>x2区域电势一直减小，电场强度沿x轴正方向，故C正确；从O处移到x2处，电势不断增加，则带负电试探电荷从O移到x2处电势能不断减小，故D错误。
　(多选)(2023·湖南师范大学附属中学模拟)如图所示，两个等大、平行放置的均匀带电圆环相距l0，所带电荷量分别为＋Q、－Q，圆心A、B连线垂直于圆环平面。以A点为坐标原点，沿AB方向建立x轴，将带正电的粒子(重力不计)从A点静止释放，无穷远处电势为零。粒子从A点运动到B点的过程中，下列关于电势φ、电场强度E、粒子的动能Ek和电势能Ep随位移x的变化图线中，可能正确的是
设O′为AB中点，根据电势的叠加可知，O′点的电势为0，且A、B两点关于O′点对称，则A、B两点电势大小相等，符号相反，故A正确；
在A点，＋Q环产生的电场强度为0，但－Q环产生的电场强度不为0，即图像不过原点，故B错误；
由于A、B处的电势一正一负，绝对值相等，根据Ep＝φq可知，粒子在A、B两点的电势能也是一正一负，绝对值相等，故D错误。
基本粒子一般不考虑重力，带电体(如液滴、油滴、尘埃等)一般不能忽略重力，除有说明或明确的暗示外。
1.带电粒子(带电体)在电场中运动时重力的处理
2.带电粒子(带电体)在电场中的常见运动及分析方法
(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。
3.带电体在电场和重力场的叠加场中运动的分析方法
　(2023·广东省高三调研)负离子吹风筒是目前比较流行的吹风筒。如图，某负离子吹风筒吹出含有大量氧离子(－2e)的空气，沿水平方向进入电压为U的加速电场，之后进入偏转电场，偏转电场极板水平且两极板间电压恒为U，极板间距为d，长度也为d。若空气流中所含氧离子分布均匀且横截面积足够大，氧离子质量为m，不考虑空气流分层现象，不计离子间作用力，不计空气对离子流和电场的影响，不计氧离子重力以及氧离子进入加速电场的初速度，求：(1)氧离子进入偏转电场的速度大小；
(2)能够离开偏转电场的氧离子占进入偏转电场氧离子的比例。
根据牛顿第二定律有2eE＝ma
若氧离子能够射出偏转电场，根据运动学公式得
　(多选)(2023·四川省绵阳市第二次诊断)如图所示，质量为m、带电荷量为＋q的小圆环套在半径为R的光滑绝缘大圆环上，大圆环固定在竖直平面内，O为环心，A为最低点，B为最高点。在大圆环所在的竖直平面内施加水平向右、电场强度为 的匀强电场，并同时给在A点的小圆环一个向右的水平初速度v0，小圆环恰好能够沿大圆环做完整的圆周运动，则小圆环运动过程中A.动能最小与最大的位置在同一等势面上B.电势能最小的位置恰是机械能最大的位置
D.过B点受到大环的弹力大小为mg
作出小圆环在大圆环上的等效最低点C与等效最高点D，如图所示。
小圆环在等效最低点速度最大，动能最大，在等效最高点速度最小，动能最小，根据沿电场线电势降低，可知φD>φCC点与D点不在同一等势面上，A错误；
小圆环在运动过程中，只有电势能、动能与重力势能的转化，即只有电势能与机械能的转化，则电势能最小的位置恰是机械能最大的位置，B正确；
小圆环恰好能够沿大圆环做完整的圆周运动，即小圆环通过等效最高点D的速度为0，对圆环分析有
可知，小圆环过B点受到大环的弹力大小为
带电体在电场和重力场的叠加场中的圆周运动
(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。
(1)小环从杆A端运动到P点的时间；
小环从A到C的过程中匀速下滑，设小环所受静电力为F，因小环能到P点，故F方向向右，对小环受力分析可得mgsin 45°＝Fcs 45°＋FfFN＝mgcs 45°＋Fsin 45°又因为Ff＝μFN解得F＝2.5 N小环从C到P的过程中，在水平方向有
则小环从A运动到P点的时间为
(2)小环运动到杆A端正下方时的动能Ek。
小环从C到A正下方的过程中，在水平方向有
竖直方向有vy＝vsin 45°＋gt2解得vx＝－4 m/s，vy＝11 m/s则小环运动到杆A端正下方时的动能为
1.(多选)(2023·四川德阳市联考)如图所示，电荷量分别为q和－q(q>0)的点电荷固定在正四面体的两顶点上，a、b是正四面体的另外两个顶点。则A.a点和b点的电势相等B.a点和b点的电势不相等C.a点和b点的场强等大但方向不同D.a点和b点的场强等大且方向相同
如图所示，O为两点电荷连线的中点，则平面Oab为等量异种点电荷连线的中垂面，根据等量异种点电荷电势分布特点可知，中垂面为一等势面，则a点和b点的电势相等，故A正确，B错误；
由图可知，a点到等量异种点电荷连线的中点O的距离等于b点到等量异种点电荷连线的中点O的距离，根据等量异种点电荷电场强度分布特点可知，a点和b点的场强大小相等，a点和b点的场强方向均与q、－q连线平行，方向由q指向－q，即a点和b点的场强等大且方向相同，故C错误，D正确。
2.(多选)(2023·江西九江市三模)如图所示，竖直平面内有一个半径为R的圆周，A、D两点为其水平直径的两端，C、F两点为其竖直直径的两端。空间有与圆周平面平行的匀强电场，在圆周上的B点有一粒子源，在圆周平面内，以相同大小的初速度v0沿各个方向发射质量为m的带相同正电荷的微粒。对比到达圆周上各点的微粒的能量，发现到达D点的微粒机械能最大，到达E点的微粒动能最大。已知重力加速度为g，则A.电场的方向沿半径O到E
微粒从B到达D点时机械能最大，说明从B到D静电力做功最多，由数学关系知过D点作圆的切线为电场的等势线，即电场沿OD方向，故A错误；在E点的微粒动能最大，说明从B到E合力做功最多，即重力和静电力的合力方向沿OE方向，
微粒运动到圆周上与E点关于圆心对称的P点时，动能最小，从B点到P点，
微粒运动到圆周上E点时，动能最大，从B点到E点，
1.(多选)(2023·辽宁卷·9)图(a)为金属四极杆带电粒子质量分析器的局部结构示意图，图(b)为四极杆内垂直于x轴的任意截面内的等势面分布图，相邻两等势面间电势差相等，则A.P点电势比M点的低B.P点电场强度大小比M点的大C.M点电场强度方向沿z轴正方向D.沿x轴运动的带电粒子，电势能不变
由图结合电场线由电势为高的等势面指向电势低的等势面，可知P点电势比M点的高，选项A错误；因M点所在的等差等势面密集，则
M点场强比P点大，即P点电场强度大小比M点的小，选项B错误；场强方向垂直等势面，且沿电场线方向电势逐渐降低，可知M点电场强度方向沿z轴正方向，选项C正确；因x轴上各点电势相等，则沿x轴运动的带电粒子电势能不变，选项D正确。
2.(2023·全国乙卷·19)在O点处固定一个正点电荷，P点在O点右上方。从P点由静止释放一个带负电的小球，小球仅在重力和该点电荷电场力作用下在竖直面内运动，其一段轨迹如图所示。M、N是轨迹上的两点，OP>OM，OM＝ON，则小球A.在运动过程中，电势能先增加后减少B.在P点的电势能大于在N点的电势能C.在M点的机械能等于在N点的机械能D.从M点运动到N点的过程中，电场力始终不做功
由题知，OP>OM，OM＝ON，则根据点电荷的电势分布情况可知φM＝φN>φP，则带负电的小球在运动过程中，电势能先减小后增大，且EpP>EpM＝EpN，则带负电的小球在M点的机械能等于在N点的机械能，A错误，B、C正确；
从M点运动到N点的过程中，电场力先做正功后做负功，D错误。
3.(多选)(2023·广东卷·9)电子墨水是一种无光源显示技术，它利用电场调控带电颜料微粒的分布，使之在自然光的照射下呈现出不同颜色。透明面板下有一层胶囊，其中每个胶囊都是一个像素。如图所示，胶囊中有带正电的白色微粒和带负电的黑色微粒。当胶囊下方的电极极性由负变正时，微粒在胶囊内迁移(每个微粒电量保持不变)，像素由黑色变成白色。下列说法正确的有A.像素呈黑色时，黑色微粒所在区域的 电势高于白色微粒所在区域的电势B.像素呈白色时，黑色微粒所在区域的 电势低于白色微粒所在区域的电势C.像素由黑变白的过程中，电场力对白色微粒做正功D.像素由白变黑的过程中，电场力对黑色微粒做负功
像素呈黑色时，当胶囊下方的电极带负电，像素胶囊里电场线方向向下，所以黑色微粒所在的区域的电势高于白色微粒所在区域的电势，故A正确；像素呈白色时，当胶囊下方的电极带正电，像素胶囊里电场线方向向上，所以黑色微粒所在的区域的电势高于白色微粒所在区域的电势，故B错误；
像素由黑变白的过程中，白色微粒受到的电场力向上，位移向上，电场力对白色微粒做正功，故C正确；像素由白变黑的过程中，黑色微粒受到的电场力向下，位移向下，电场力对黑色微粒做正功，故D错误。
4.(2022·山东卷·3)半径为R的绝缘细圆环固定在图示位置，圆心位于O点，环上均匀分布着电量为Q的正电荷。点A、B、C将圆环三等分，取走A、B处两段弧长均为ΔL的小圆弧上的电荷。将一点电荷q置于OC延长线上距O点为2R的D点，O点的电场强度刚好为零。圆环上剩余电荷分布不变，q为
取走A、B处两段弧长均为ΔL的小圆弧上的电荷，根据对称性可知，此时的圆环在O点产生的电场强度为与A在同一直径上的A1和与B在同一直径上的B1产生的电场强度的矢量和，如图所示，因为两段弧长非常小，
由题意可知，两电场强度方向的夹角为120°，
由C指向O，根据O点的合电场强度为0，
5.(多选)(2023·广东高州市一模)如图所示，无限大平行金属板水平放置且接地，金属板上表面涂上绝缘层，一个带正电的点电荷P固定在金属板正上方，该电荷与金属板间形成的电场与等量异种点电荷连线的中垂线一侧的电场分布相同。将一个带正电的带电粒子Q从P与金属板垂直连线中点的a点沿直线移到板上b点，再沿直线移到板上c点，则此过程A.从a到c，Q的电势能一直减小B.从a到c，Q的电势能先减小后不变C.从a到c，Q受到的静电力先减小后不变D.Q在a点受到的静电力大于P对Q的库仑力
由于静电感应，金属板为等势面，固定的点电荷P与板间的电场为等量异种点电荷电场的一半，因此从a到b的电场强度越来越小，电势越来越低。带正电的粒子从a到b的过程中，受到的静
电力越来越小，且静电力做正功，则电势能减小；从b到c的电场线变稀疏，则电场强度继续减小，但由于此过程在等势面上运动，则电势不变，因此小球从b到c，静电力减小，电势能不变，故A、C错误，B正确；
Q在a点受到的静电力等于P对Q的库仑力与金属板的感应电荷对Q的库仑力之和，即Q在a点受到的静电力大于P对Q的库仑力，故D正确。
6.(2022·江苏卷·9)如图所示，正方形ABCD四个顶点各固定一个带正电的点电荷，电荷量相等，O是正方形的中心，将A点的电荷沿OA的延长线向无穷远处移动，则A.在移动过程中，O点电场强度变小B.在移动过程中，C点的电荷所受静电力变大C.在移动过程中，移动的电荷所受静电力做负功D.当其移动到无穷远处时，O点的电势高于A点
O是等量同种电荷连线的中点，电场强度为0，将A处的正点电荷沿OA方向移至无穷远处，O点电场强度变大，故A错误；
移动过程中，C点电场强度变小，C点的正电荷所受静电力变小，故B错误；A点电场方向沿OA方向，移动过程中，移动的电荷所受静电力做正功，故C错误；OA段的电场方向沿OA方向，沿电场线方向电势降低，A点的电荷移动到无穷远处时，O点的电势高于A点电势，故D正确。
7.(2022·浙江6月选考·9)如图所示，带等量异种电荷的两正对平行金属板M、N间存在匀强电场，板长为L(不考虑边界效应)。t＝0时刻，M板中点处的粒子源发射两个速度大小为v0的相同粒子，垂直M板向右的粒子，到达N板时速度大小为 ；平行M板向下的粒子，刚好从N板下端射出。不计重力和粒子间的相互作用，则A.M板电势高于N板电势B.两个粒子的电势能都增加
由于不知道两粒子的电性，故不能确定M板和N板的电势高低，故A错误；根据题意垂直M板向右的粒子到达N板时速度增加，动能增加，则静电力做正功，电势能减小，则平行M板向下的粒子到达N板时静电力也做正功，电势能同样减小，故B错误；
设两板间距离为d，对于平行M板向下的粒子刚好从N板下端射出，
对于垂直M板向右的粒子，在板间做匀加速直线运动，因两粒子相同，则在电场中加速度相同，
8.(多选)(2023·贵州毕节市诊断)在某静电场中，x轴上的场强E随x的变化关系如图所示，规定x轴正方向为场强正方向。下列判断正确的是A.x1和x3处的电场强度相同B.从x2处到x4处，电势逐渐降低C.一电子从x2处沿直线运动到x4处，速度先增大 后减小D.一电子从x1处沿直线运动到x4处，电势能先减 小后增大
x1和x3处的电场强度大小相等，方向相反，选项A错误；从x2处到x4处，场强为正值，则场强方向沿x轴正方向，则从x2处到x4处电势逐渐降低，选项B正确；
一电子从x2处沿直线运动到x4处，静电力一直对其做负功，则电子速度一直减小，选项C错误；从x1处到x2处，电势升高；从x2处到x4处，电势降低，则一电子从x1处沿直线运动到x4处，电势能先减小后增大，选项D正确。
9.(多选)(2023·山东卷·11)如图所示，正六棱柱上下底面的中心为O和O′，A、D两点分别固定等量异号的点电荷，下列说法正确的是A.F′点与C′点的电场强度大小相等B.B′点与E′点的电场强度方向相同C.A′点与F′点的电势差小于O′点与D′点的电势差D.将试探电荷＋q由F点沿直线移动到O点，其电势能先 增大后减小
如图所示，由几何关系可知A点处正电荷在OF中点K的场强方向垂直OF，则K点的合场强与OF的夹角为锐角，在F点的合场强和OF的夹角为钝角，因此将试探电荷＋q从F移到O点过程中电场力先做负功后做正功，电势能先增大后减小，D正确；
由等量异种电荷的电势分布可知φA′＝φ>0，φD′＝－φ0，因此φA′－φF′＝φ－φF′