2019-2020年高中物理 第2章 電場與示波器 電場能的性質(zhì)的應(yīng)用習(xí)題課 滬科版選修3-1.doc
《2019-2020年高中物理 第2章 電場與示波器 電場能的性質(zhì)的應(yīng)用習(xí)題課 滬科版選修3-1.doc》由會員分享,可在線閱讀,更多相關(guān)《2019-2020年高中物理 第2章 電場與示波器 電場能的性質(zhì)的應(yīng)用習(xí)題課 滬科版選修3-1.doc(11頁珍藏版)》請?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。
2019-2020年高中物理 第2章 電場與示波器 電場能的性質(zhì)的應(yīng)用習(xí)題課 滬科版選修3-1 [學(xué)習(xí)目標(biāo)定位] 1.進(jìn)一步掌握電勢、電勢差、電勢能的概念.2.進(jìn)一步掌握電場力做功與電勢能、電勢差的關(guān)系,并會進(jìn)行有關(guān)計(jì)算.3.進(jìn)一步增強(qiáng)運(yùn)用力學(xué)規(guī)律處理電場問題的能力. 1.牛頓第二定律:物體的加速度與合外力成正比,與物體的質(zhì)量成反比,加速度的方向與合外力方向相同. 2.動能定理:合外力所做的功等于物體動能的變化. 3.電場力做功的計(jì)算方法 (1)WAB=qEd,只適用于勻強(qiáng)電場,其中d為沿電場線方向的位移. (2)WAB=qUAB,適用于任何形式的電場. 4.電勢能大小由電場和電荷決定.電場力做功與電勢能變化的關(guān)系為W=ΔEp,電勢能與電勢的關(guān)系Ep=φq. 5.電勢φ=,是反映電場性質(zhì)的物理量,其大小與零電勢點(diǎn)的選取有關(guān).通常把離場源電荷無限遠(yuǎn)處的電勢規(guī)定為零,或把大地的電勢規(guī)定為零. 6.A、B兩點(diǎn)間的電勢差UAB==φA-φB,其大小與零電勢點(diǎn)的選取無關(guān). 7.用電場線和等勢面可以形象地研究電場:(1)沿電場線的方向電勢逐漸降低;(2)等勢面一定與電場線垂直,等差等勢面越密的地方電場強(qiáng)度越大,反之則越?。? 8.勻強(qiáng)電場中電勢差與場強(qiáng)的關(guān)系式:U=Ed,其中d為電場中兩點(diǎn)間沿電場線方向的距離.電場中場強(qiáng)方向是指電勢降低最快的方向. 一、電勢、電勢能、電場力做功的綜合分析 計(jì)算電場力做功的方法,常見的有以下幾種:(1)利用電場力做功與電勢能的關(guān)系求解:WAB=EpA-EpB. (2)利用W=Fd求解,此公式只適用于勻強(qiáng)電場. 圖1 (3)利用公式WAB=qUAB求解. (4)利用動能定理求解. 例1 為使帶負(fù)電的點(diǎn)電荷q在一勻強(qiáng)電場中沿直線勻速地由A運(yùn)動到B,必須對電荷施加一恒力F,如圖1所示.若AB=0.4 m,α=37,q=-310-7 C,F(xiàn)=1.510-4 N,A點(diǎn)電勢φA=100 V.(不計(jì)重力) (1)在圖中用實(shí)線畫出電場線,用虛線畫出通過A、B兩點(diǎn)的等勢線,并標(biāo)明它們的電勢值. (2)q在由A到B的過程中電勢能的變化量是多少? 解析 (1)由平衡條件可知電場力方向與F方向相反、大小相等,又知點(diǎn)電荷帶負(fù)電,故電場強(qiáng)度方向與電場力方向相反,所以電場方向與F方向相同,如圖所示.E== N/C=5102 N/C,UBA=φB-φA=-Ecos α,φB=φA-Ecos α=-60 V. (2)負(fù)電荷在由A到B的過程中,電勢能增加,增量為ΔEp=-qEd=qUBA=-310-7(-160) J=4.810-5 J. 答案 (1)見解析圖 (2)4.810-5 J 二、電場線、等勢面和運(yùn)動軌跡等方面的綜合 帶電粒子在電場中運(yùn)動時,在電場線密處所受電場力大,加速度也大;其速度方向沿軌跡的切線方向或與切線相反的方向,所受電場力的方向沿電場線的切線方向,所受合外力的方向指向曲線凹側(cè);其速度方向與電場力方向夾角小于90時電場力做正功,大于90時電場力做負(fù)功. 例2 兩個固定的等量異號點(diǎn)電荷所產(chǎn)生電場的等勢面如圖2中虛線所示,一帶負(fù)電的粒子以某一速度從圖中A點(diǎn)沿圖示方向進(jìn)入電場在紙面內(nèi)飛行,最后離開電場,粒子只受電場力的作用,則粒子在電場中( ) 圖2 A.做直線運(yùn)動,電勢能先變小后變大 B.做直線運(yùn)動,電勢能先變大后變小 C.做曲線運(yùn)動,電勢能先變小后變大 D.做曲線運(yùn)動,電勢能先變大后變小 解析 帶負(fù)電的粒子受到的電場力垂直電勢為0 V的等勢面向上,粒子做曲線運(yùn)動,電場力先做正功后做負(fù)功,電勢能先變小后變大,故C正確. 答案 C 針對訓(xùn)練 某靜電場中的電場線如圖3所示,帶電粒子在電場中僅受電場力作用,由M運(yùn)動到N,其運(yùn)動軌跡如圖中虛線所示,以下說法正確的是( ) 圖3 A.粒子必定帶正電荷 B.由于M點(diǎn)沒有電場線,粒子在M點(diǎn)不受電場力的作用 C.粒子在M點(diǎn)的加速度小于它在N點(diǎn)的加速度 D.粒子在M點(diǎn)的動能小于在N點(diǎn)的動能 答案 ACD 解析 根據(jù)帶電粒子運(yùn)動軌跡彎曲的情況,可以確定粒子受電場力的方向沿電場線方向,故此粒子帶正電,A選項(xiàng)正確.由于電場線越密,電場強(qiáng)度越大,粒子受到的電場力就越大,根據(jù)牛頓第二定律可知其加速度也越大,故此粒子在N點(diǎn)加速度大,B項(xiàng)錯誤,C選項(xiàng)正確.粒子從M點(diǎn)運(yùn)動到N點(diǎn),電場力做正功,根據(jù)動能定理得此粒子在N點(diǎn)的動能大,故D選項(xiàng)正確. 三、等分法確定等勢點(diǎn)(等勢線) 根據(jù)“勻強(qiáng)電場中,任意方向上,平行且相等的兩個線段之間的電勢差相等”,先確定電勢相等的點(diǎn),畫出等勢面;根據(jù)電場線和等勢面的關(guān)系,畫出電場線. 例3 如圖4所示,A、B、C是勻強(qiáng)電場中等腰直角三角形的三個頂點(diǎn),已知A、B、C三點(diǎn)的電勢分別為φA=15 V,φB=3 V,φC=-3 V,試確定場強(qiáng)的方向,并畫出電場線. 圖4 解析 根據(jù)A、B、C三點(diǎn)電勢的特點(diǎn),在AC連線上取M、N兩點(diǎn),使AM=MN=NC,如圖所示,盡管AC不一定是場強(qiáng)方向,但可以肯定AM、MN、NC在場強(qiáng)方向上的投影長度相等,由U=Ed可知,UAM=UMN=UNC== V=6 V.由此可知,φN=3 V,φM=9 V,B、N兩點(diǎn)等電勢,BN的連線即為等勢線,那么電場線與BN垂直.電場強(qiáng)度的方向?yàn)殡妱萁档偷姆较颍盒毕蛳拢? 答案 見解析 四、電場中的力學(xué)問題分析 帶電體在電場中的平衡問題和一般的平衡問題相同,在原有受力分析的基礎(chǔ)上增加了電場力,根據(jù)帶電體在電場中的平衡情況列出平衡方程.當(dāng)帶電體在電場中做加速運(yùn)動時,可用牛頓運(yùn)動定律和動能定理求解. 例4 如圖5所示的電場,等勢面是一簇互相平行的豎直平面,間隔均為d,各平面電勢已在圖中標(biāo)出,現(xiàn)有一質(zhì)量為m的帶電小球以速度v0、方向與水平方向成45角斜向上射入電場,要使小球做直線運(yùn)動,求: 圖5 (1)小球應(yīng)帶何種電荷及其帶電荷量; (2)小球受到的合外力; (3)在入射方向上小球運(yùn)動的最大位移sm.(電場足夠大) 解析 (1)作電場線如圖(a)所示.由題意知,只有小球受到向左的電場力,電場力和重力的合力與初速度才可能在一條直線上,如圖(b)所示.只有當(dāng)F合與v0在一條直線上才可能使小球做直線運(yùn)動,所以小球帶正電,小球沿v0方向做勻減速運(yùn)動.由圖(b)知qE=mg,相鄰等勢面間的電勢差為U,所以E=,所以q==. (2)由圖(b)知, F合==mg (3)由動能定理得-F合 sm=0-mv 所以sm==. 答案 (1)正電荷 (2)mg (3) 1.(等勢面、電場線和運(yùn)動軌跡的綜合)如圖6所示,虛線a、b、c代表電場中三個等勢面,相鄰等勢面間的電勢差相等,實(shí)線為一帶正電的質(zhì)點(diǎn)僅在電場力作用下通過該區(qū)域時的運(yùn)動軌跡,P、Q是這條軌跡上的兩點(diǎn),據(jù)此可知( ) 圖6 A.三個等勢面中,a的電勢最高 B.帶電質(zhì)點(diǎn)通過P點(diǎn)時電勢能較大 C.帶電質(zhì)點(diǎn)通過P點(diǎn)時動能較大 D.帶電質(zhì)點(diǎn)通過P點(diǎn)時加速度較大 答案 BD 解析 由軌跡QP可以確定質(zhì)點(diǎn)的受力方向,由于該質(zhì)點(diǎn)帶正電,所以可以判斷P點(diǎn)電勢高.由Q到P,電場力做負(fù)功,電勢能增加,故質(zhì)點(diǎn)在P點(diǎn)電勢能較大,由于P處等勢面密集,所以帶電質(zhì)點(diǎn)通過P點(diǎn)時加速度較大. 2.(電勢差、電場力做功的計(jì)算)如圖7所示,A、B、C三點(diǎn)都在勻強(qiáng)電場中,已知AC⊥BC,∠ABC=60,=20 cm,把一個電荷量q=10-5 C的正電荷從A移到B,電場力做功為零;從B移到C,電場力做功為-1.7310-3 J,則該勻強(qiáng)電場的電場強(qiáng)度的大小和方向?yàn)? ) 圖7 A.865 V/m,垂直AC向左 B.865 V/m,垂直AC向右 C.1 000 V/m,垂直AB斜向上 D.1 000 V/m,垂直AB斜向下 答案 D 解析 把電荷q從A移到B,電場力不做功,說明A、B兩點(diǎn)在同一等勢面上.因該電場為勻強(qiáng)電場,等勢面應(yīng)為平面,故題圖中直線AB即為等勢線,電場強(qiáng)度方向應(yīng)垂直于AB,可見,選項(xiàng)A、B錯誤;UBC== V=-173 V,說明B點(diǎn)電勢比C點(diǎn)低173 V,因電場線指向電勢降低的方向,所以場強(qiáng)方向必垂直于AB斜向下,電場強(qiáng)度大小E=== V/m=1 000 V/m,因此選項(xiàng)D正確,C錯誤. 3.(電勢、電勢差、電場力做功的計(jì)算)如圖8所示,a、b、c、d為勻強(qiáng)電場中四個等勢面,相鄰等勢面間距離均為2 cm,已知UAC=60 V,求: 圖8 (1)設(shè)B點(diǎn)電勢為零,求A、C、D、P點(diǎn)的電勢; (2)將q=-1.010-10 C的點(diǎn)電荷由A移到D,電場力所做的功WAD; (3)將q=1.010-10 C的點(diǎn)電荷由B移到C,再經(jīng)過D最后回到P,電場力所做的功WBCDP. 答案 (1)30 V?。?0 V?。?0 V 0 (2)-9.010-9 J (3)0 解析 (1)由題意可知φP=φB=0 UAC=60 V,UAB=UBC,所以UAB=φA-0=30 V 則φA=30 V,同理φC=-30 V,φD=-60 V (2)WAD=qUAD=q(φA-φD)=-9.010-9 J (3)由于電場力做功與路徑無關(guān),只與初、末位置有關(guān),所以做功為WBCDP=qUBP=0. 4.(電場中的動力學(xué)問題)如圖9所示,Q為固定的正點(diǎn)電荷,A、B兩點(diǎn)在Q的正上方和Q相距分別為h和0.25h,將另一點(diǎn)電荷從A點(diǎn)由靜止釋放,運(yùn)動到B點(diǎn)時速度正好變?yōu)榱?,若此電荷在A點(diǎn)處的加速度大小為g,求: 圖9 (1)此電荷在B點(diǎn)處的加速度; (2)A、B兩點(diǎn)間的電勢差(用Q和h表示). 答案 (1)3g,方向豎直向上 (2)- 解析 (1)由題意可知,這一電荷必為正電荷,設(shè)其電荷量為q,由牛頓第二定律得,在A點(diǎn)時:mg-k=m g.在B點(diǎn)時:k-mg=maB,解得aB=3g,方向豎直向上. (2)從A到B的過程,由動能定理得mg(h-0.25h)+qUAB=0,解得UAB=-. 題組一 電勢、電勢能、電場力做功的綜合分析 1.關(guān)于電勢和電勢能的說法正確的是( ) A.電荷在電場中電勢越高的地方電勢能也越大 B.電荷在電場中電勢越高的地方,電荷量越大,所具有的電勢能也越大 C.在正點(diǎn)電荷電場中的任意一點(diǎn)處,正電荷所具有的電勢能一定大于負(fù)電荷所具有的電勢能 D.在負(fù)點(diǎn)電荷電場中的任意一點(diǎn)處,正電荷所具有的電勢能一定小于負(fù)電荷所具有的電勢能 答案 CD 解析 沿電場線方向電勢越來越低,正電荷的電勢能越來越小,負(fù)電荷的電勢能卻越來越大. 2.如圖1所示,a、b、c為電場中同一條水平方向電場線上的三點(diǎn),c為ab的中點(diǎn),a、b電勢分別為φa=5 V、φb=3 V.下列敘述正確的是( ) 圖1 A.該電場在c點(diǎn)處的電勢一定為4 V B.a(chǎn)點(diǎn)處的場強(qiáng)Ea一定大于b點(diǎn)處的場強(qiáng)Eb C.一正電荷從c點(diǎn)運(yùn)動到b點(diǎn)電勢能一定減少 D.一正電荷運(yùn)動到c點(diǎn)時受到的電場力方向由c指向a 答案 C 解析 由于無法確定該電場是否為勻強(qiáng)電場及a、b、c處場強(qiáng)的關(guān)系,所以A、B錯.正電荷運(yùn)動到c點(diǎn)受力方向?yàn)橛蒩指向c,故D錯. 3.等量異號點(diǎn)電荷的連線和中垂線如圖2所示,現(xiàn)將一個帶負(fù)電的試探電荷先從圖中的a點(diǎn)沿直線移動到b點(diǎn),再從b點(diǎn)沿直線移動到c點(diǎn),則試探電荷在此全過程中( ) 圖2 A.所受電場力的方向不變 B.所受電場力的大小恒定 C.電勢能一直減小 D.電勢能先不變后減小 答案 AD 解析 ab線是等量異號點(diǎn)電荷電場的等勢線,而合電場的場強(qiáng)方向都是垂直ab線向下的,試探電荷在a→b過程中電場力方向始終豎直向上,與在c點(diǎn)相同,A對;沿ab方向越靠近兩點(diǎn)電荷的連線,電場線越密,場強(qiáng)越大,所受電場力越大,B錯;從a→b電場力不做功,從b→c電場力做正功,電勢能先不變后減小,C錯,D對. 4.圖3是某種靜電礦料分選器的原理示意圖,帶電礦粉經(jīng)漏斗落入水平勻強(qiáng)電場后,分落在收集板中央的兩側(cè).對礦粉分離的過程,下列表述正確的有( ) 圖3 A.帶正電的礦粉落在右側(cè) B.電場力對礦粉做正功 C.帶負(fù)電的礦粉電勢能變大 D.帶正電的礦粉電勢能變小 答案 BD 解析 由題圖可知,電場方向水平向左,帶正電的礦粉所受電場力方向與電場方向相同,所以落在左側(cè);帶負(fù)電的礦粉所受電場力方向與電場方向相反,所以落在右側(cè),選項(xiàng)A錯誤;無論礦粉所帶電性如何,礦粉均向所受電場力方向偏轉(zhuǎn),電場力均做正功,選項(xiàng)B正確;電勢能均減少,選項(xiàng)C錯誤,選項(xiàng)D正確. 題組二 電場力、電場線和運(yùn)動軌跡等方面的綜合 5.三個點(diǎn)電荷電場的電場線分布如圖4所示,圖中a、b兩點(diǎn)處的場強(qiáng)大小分別為Ea、Eb,電勢分別為φa、φb,則( ) 圖4 A.Ea>Eb,φa>φb B.Ea- 1.請仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對于不預(yù)覽、不比對內(nèi)容而直接下載帶來的問題本站不予受理。
- 2.下載的文檔,不會出現(xiàn)我們的網(wǎng)址水印。
- 3、該文檔所得收入(下載+內(nèi)容+預(yù)覽)歸上傳者、原創(chuàng)作者;如果您是本文檔原作者,請點(diǎn)此認(rèn)領(lǐng)!既往收益都?xì)w您。
下載文檔到電腦,查找使用更方便
9.9 積分
下載 |
- 配套講稿:
如PPT文件的首頁顯示word圖標(biāo),表示該P(yáng)PT已包含配套word講稿。雙擊word圖標(biāo)可打開word文檔。
- 特殊限制:
部分文檔作品中含有的國旗、國徽等圖片,僅作為作品整體效果示例展示,禁止商用。設(shè)計(jì)者僅對作品中獨(dú)創(chuàng)性部分享有著作權(quán)。
- 關(guān) 鍵 詞:
- 2019-2020年高中物理 第2章 電場與示波器 電場能的性質(zhì)的應(yīng)用習(xí)題課 滬科版選修3-1 2019 2020 年高 物理 電場 示波器 性質(zhì) 應(yīng)用 習(xí)題 滬科版 選修
鏈接地址:http://www.3dchina-expo.com/p-2751878.html