高中物理考点专题09 电场(3)(解析版)

高中物理考点专题09 电场(3)(解析版)
高中物理考点专题09 电场(3)(解析版)

专题09 电场(3)

三、计算题:(解答应写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤)

1、如图所示,A 、B 是位于竖直平面内、半径R =0.5 m 的1

4圆弧形的光滑绝缘轨道,其下端点B 与水平绝

缘轨道平滑连接,整个轨道处在水平向左的匀强电场中,电场强度E =5×103 N/C 。今有一质量m =0.1kg 、带电荷量q =+8×10-

5C 的小滑块(可视为质点)从A 点由静止释放。若已知滑块与水平轨道间的动摩擦因数μ=0.05,取g =10m/s 2,求:

(1)小滑块第一次经过圆弧形轨道最低点B 时对B 点的压力; (2)小滑块在水平轨道上通过的总路程。

【解析】(1)滑块从A 到B 的过程,由动能定理知:0-mv 2

1q -mg 2

=

ER R 滑块在B 点由牛顿第二定律知:R

F N 2

mv mg -=

联立解得:F=2.2N

由牛顿第三定律知压力大小2.2N ,方向竖直向下

(2)水平轨道上F f =μmg=0.05N <Eq=0.4N ,并且mg=1N >qE=0.4N , 故小滑块将沿轨道往复运动,最后一定停在B 点。 对小滑块全过程由动能定理知:mgR-EqR-μmgd=0-0 联立解得:d=6m

【考点】电场中的多过程问题 【难度】中等

2、如图所示,在足够高的竖直绝缘挡板上A 点,以水平速度v 0向左抛出一个质量为m ,电荷量为+q 的小球,由于空间存在水平向右、场强大小为E 的匀强电场。小球抛出后经过一段时间将再次到达墙面上的B 点,重力加速度为g 。求在此过程中: (1)小球水平方向的速度为零时到板面的距离; (2)板上A 、B 两点间的距离; (3)小球的最小速度大小。

【解析】(1)小球在水平方向先向左匀减速直线后向右匀加速直线 水平方向上有a x =F m =qE

m ,02-v 02=2(- a x )x

联立解得:x =mv 20

2qE

(2)小球在水平方向匀减速往复直线: - v 0= v 0- a x t ,a x =F m =qE

m

联立解得:t =2mv 0

qE

竖直方向自由落体运动:y =12gt 2=2m 2gv 20

q 2E

2

(3)小球做类斜抛运动,将速度沿合力方向和垂直于合力方向正交分解,垂直于合力方向匀速直线, 当沿合力方向的分速度为零时,小球的合速度最小。 设合力F 合与水平向右方向的夹角为θ,v min =v 0sin θ, 根据力的关系知sinθ =mg

q 2E 2+m 2g 2

联立解得:v min =

mgv 0

q 2E 2+m 2g 2

【考点】电场中的类斜抛运动 【难度】较难

3、如图所示,在光滑的水平桌面上,水平放置的粗糙直线轨道AB 与水平放置的光滑圆弧轨道BCD 相切于B 点,整个轨道位于水平桌面内,圆心角∠BOC =37°,线段OC 垂直于OD ,圆弧轨道半径为R ,直线轨道AB 长为L =5R 。整个轨道处于电场强度为E 的匀强电场中,电场强度方向平行于水平桌面所在的平面且垂直于直线OD 。现有一个质量为m 、带电荷量为+q 的小物块P 从A 点无初速度释放,小物块P 与AB 之间的动摩擦因数μ=0.25,取sin 37°=0.6,cos 37°=0.8,忽略空气阻力。求: (1)小物块第一次通过C 点时对轨道的压力大小; (2)小物块第一次通过D 点后离开D 点的最大距离; (3)小物块在直线轨道AB 上运动的总路程。

【解析】(1)小物块从A 点到第一次到C 点的过程,由动能定理知: qE (Lsin37°+R -Rcos37°)-μqELcos37°=1

2mv 2C1

-0

在C 点由牛顿第二定律知:F N -qE =m v 2C1

R

联立解得:F N =5.4qE

由牛顿第三定律知此时压力大小是5.4qE

(2)小物块从A 到第一次到D 的过程,由动能定理知 qE(Lsin37°-Rcos37°)-μqELcos 37°=1

2mv 2D1

-0

小物块第一次到达D 点后先以速度v D1逆电场方向做匀减速直线运动, 由动能定理知-qEx max =0-1

2mv 2D1

联立解得:x max =6

5

R

(3)分析可知小物块到达B 点的速度为零后,小物块就在圆弧轨道上往复圆周运动。 由功能关系知qELsin 37°=μqEdcos 37° 解得:d =15R

【考点】电场中的多过程问题 【难度】较难

4、如图所示为研究电子枪中电子在恒定电场中运动的简化模型示意图。在xOy 平面的第一象限,存在以x 轴、y 轴及双曲线y =L 2

2x 的一段(0≤x≤L ,0≤y≤L)为边界的匀强电场区域Ⅰ,电场强度为E 。在第二象限存

在以(-2L≤x≤0,0≤y≤L)为边界的匀强电场区域Ⅱ。一电子(电荷量大小为e ,质量为m ,不计重力)从电场Ⅰ的边界B 点处由静止释放,恰好从N 点离开电场区域Ⅱ。求: (1)电子通过C 点时的速度大小; (2)电场区域Ⅱ中的电场强度的大小;

(3)试证明:从AB 曲线上的任一位置由静止释放的电子都能从N 点离开电场。

【解析】(1)由双曲线y =

L 2

2x 且y=L 知BC 间距离为L

2

,从B 到C 电子做匀加速直线, 由动能定理知:eE L 2=1

2mv 2C -0,解得:v C =

eEL

m

(2) 电子在区域Ⅱ中做类平抛运动, x 轴方向2L =v C t ,y 轴方向L =eE′

2m t 2

联立解得:E′=E

2

(3)设电子从AB 曲线上点P(x ,y)进入电场Ⅰ区域,在区域Ⅰ由动能定理知:eEx =1

2mv 20-0

电子类平抛运动假设落在x 轴上的x′处 x 轴方向x′=v 0t ,y 轴方向y =eE′2m

t 2

又y =L 2

2x

,联立解得:x′=2L

因此所有从边界AB 曲线上由静止释放的电子均从N 点射出。 【考点】电场中的多过程问题 【难度】中等

5、如图甲所示,A 、B 为两块平行金属板,极板间电压为U AB =1125V ,板中央有小孔O 和O′,现有足够多的电子源源不断地从小孔O 由静止进入A 、B 之间。在B 板右侧,平行金属板M 、N 长L 1=4×10-

2m ,板间距离d =4×10-

3m ,在距离M 、N 右侧边缘L 2=0.1m 处有一荧光屏P ,当M 、N 之间未加电压时电子沿M 板的下边沿穿过,打在荧光屏上的O″点并发出荧光。现给金属板M 、N 之间加一个如图乙所示的变化电压u ,在t =0时刻,M 板电势低于N 板。已知电子质量为m e =9.0×10-31

kg ,电荷量为e =1.6×10

-19

C 。

(1)每个电子从B 板上的小孔O′射出时的速度多大? (2)电子打在荧光屏上的范围是多少? (3)打在荧光屏上的电子的最大动能是多少?

【解析】(1)电子经AB 间的电场加速,由动能定理知2

0mv 2

1e =

AB U ,解得:v 0==2×107m/s (2)电子水平方向匀速直线,水平运动时间0.4s s 102v t 9-0

1

1???==L ,

因此每个电子都近似做类平抛运动。

当u=22.5V 时,电子竖直向下的偏移量最大,d

u ,m e a ,at 21y 2

11===

E E 联立解得:y 1=2×10-3m ,y 1<d 说明所有电子都能够飞出金属板,此时电子的竖直速度v y =at 联立解得:v y =2×106m/s

电子射出极板后匀速到达荧光屏:水平方向L 2= v 0t 2,竖直方向y 2=v y t 2 联立解得:y 2=0.01m ,t 2=5×10-9s

电子打在荧光屏P 上的总偏转位移y=y 1+y 2=0.012m ,方向竖直向下 (3)当u=22.5V 时,电子飞出电场的动能最大 E K =

2

1mv 2,v 2=v 02

+v y 2 E K =1.82×10-16J 【考点】电场中的多过程问题 【难度】较难

6、如图所示,在E=103V/m 的水平向左的匀强电场中,有一光滑半圆形绝缘轨道竖直放置,轨道与一水平绝缘轨道MN 连接,半圆轨道所在竖直平面与电场线平行,其半径R=40cm ,一带正电荷q=10-4C 的小滑块质量为m=40g ,与水平轨道间的动摩擦因数μ=0.2,取g=10m/s 2,问:

(1)要小滑块恰能运动到圆轨道的最高点C ,滑块应在水平轨道上离N 点多远处释放? (2)这样释放的滑块通过P 点时对轨道压力是多大?(P 为半圆轨道中点) (3)小滑块经过C 点后最后落地,落地点离N 点的距离多大?

【解析】(1)设小滑块与N 点的距离为L ,从出发点到C 点由动能定理知: qEL-μmgL -mg2R=

2

1mv 2-0 小滑块在C 点由牛顿第二定律知:R

2

mv mg =

联立解得:v=2m/s ,L=20m

(2)从出发点到P 点,由动能定理知:qE (L+R )-μmgL -mgR=

2

1

mv p 2-0 在P 点由牛顿第二定律知:F N -qE=R

2

mv

联立解得:F N =1.5N

由牛顿第三定律知小滑块通过P 点时对轨道压力大小是1.5N (3)小滑块过C 点后水平方向先匀减速直线:x=vt-

2

1at 2

,qE=ma 竖直方向自由落体运动:2R=2

1gt 2 联立解得:x=0.6m

【考点】电场中的多过程问题 【难度】中等

7、如图甲所示,A 、B 是两水平放置的足够长的平行金属板,组成偏转匀强电场,B 板接地。A 板电势?A 随时间变化情况如图乙所示,C 、D 两平行金属板竖直放置,中间有正对两孔O 1′和O 2,两板间电压为U 2,组成减速电场。现有一带负电粒子在t =0时刻以一定初速度沿AB 两板间的中轴线O 1O 1′进入,并能从O 1′沿O 1′O 2进入C 、D 间,刚好到达O 2孔,已知带电粒子带电荷量为-q ,质量为m ,不计其重力。求:

(1)该粒子进入A 、B 的初速度v 0的大小。

(2)A 、B 两板间距的最小值和A 、B 两板长度的最小值。

【解析】(1)粒子从O 1到O 1′水平方向匀速, 粒子从O 1′到O 2匀减速直线运动,由动能定理知:

-qU 2=0-

21mv 02,解得:v 0=m

qU 22 (2)经分析知粒子在AB 间运动一个周期AB 板间距最小和AB 两板长度最小。

AB 两板长度最小值L= v 0T=T

m

qU 22

在AB 板中运动的竖直方向:先向上匀加速直线再向上匀减速直线,后向下匀加速直线最后向下匀减速直线

由对称性知md q a ,4a 212d 12

U T =???

? ??= 联立解得:m

2q 2d 1

U T

= 【考点】带电粒子在交变电场中的运动 【难度】较难

8、在如图所示的直角坐标系中,第二象限有沿y 轴负方向的匀强电场E 1,第三象限存在沿x 轴正方向的匀强电场E 2,第四象限中有一固定的点电荷。现有一质量为m 的带电粒子由第二象限中的A 点(-a ,b)由静止释放(不计重力),粒子到达y 轴上的B 点时,其速度方向和y 轴负方向的夹角为45°。粒子在第四象限中恰好做匀速圆周运动,经过x 轴上的C 点时,其速度方向与x 轴负方向的夹角为60°。求: (1) E 1和E 2之比; (2)点电荷的位置坐标。

【解析】(1)粒子在第二象限匀加速直线运动,设进入第三象限时的速度为v 0:

211t a 2

1b =

,qE 1=ma 1,v 0= a 1t 1 联立解得:qb

2mv 201

=E 粒子在第三象限做类平抛运动,设B 点速度为v ,在B 点速度正交分解:0

x

v v 45tan =

? 水平方向匀加速直线:222t a 2

1a =

,qE 2=ma 2,v x =a 2t 2 联立解得:qa

2mv 202

=E 因此

221v a

2t ,b a ==E E (2)设O 、B 的间距为L ,粒子做匀速圆周的半径为r : 粒子在第三象限类平抛运动:L=v 0t 2=2a 粒子在第四象限匀速圆周:L=rcos45°+rsin30° 联立解得: r=4a (2-1)

点电荷在的位置坐标:x D =rsin45°=(4a-22a ),y D =-(L-rcos45°)=(2a-22a ) 点电荷的位置坐标为[(4a-22a ),(2a-22a )] 【考点】电场中的多过程问题 【难度】较难

9、在如图所示的竖直平面内,物体A 和带正电的物体B 用跨过定滑轮的绝缘轻绳连接,分别静止于倾角θ=37°的光滑斜面上的M 点和粗糙绝缘水平面上,轻绳与对应平面平行。劲度系数k =5N/m 的轻弹簧一端固定在O 点,一端用另一轻绳穿过固定的光滑小环D 与A 相连。弹簧处于原长,轻绳恰好拉直,DM 垂直于斜面。水平面处于场强E =5×104 N/C 、方向水平向右的匀强电场中。已知A 、B 的质量分别为m A =0.1kg 和m B =0.2kg ,B 所带电荷量q =+4×10-

6C 。设两物体均视为质点,不计滑轮质量和摩擦,绳不可伸长,弹簧始终在弹性限度内,B 电荷量不变。取g =10 m/s 2,sin 37°=0.6,cos 37°=0.8。 (1)求B 所受静摩擦力Ff 的大小;

(2)现对A 施加沿斜面向下的拉力F ,使A 以加速度a =0.6 m/s 2开始做匀加速直线运动,A 从M 到N 的过程中,B 的电势能增加了ΔE p =0.06 J 。已知DN 沿竖直方向,B 与水平面间的动摩擦因数μ=0.4。求A 到达N 点时拉力F 的瞬时功率。

解:(1)对A 由平衡条件知:m A gsinθ-F 1=0 对B 由平衡条件知:qE+F f -F 1=0 联立解得:F f =0.4N (2)设MN 的长度为d ,

A 到N 点时对A 由牛顿第二定律知:F+m A gsinθ-F 2-F 弹sinθ=m A a , A 到N 点时对

B 由牛顿第二定律知: F 2-qE-μm B g=m B a 由胡克定律知F 弹=kx ,由几何关系知θ

θtan d

-sin d x =,由功能关系知△E P =qEd ,

A 从M 匀加速运动到N :V 2-02=2ad 拉力F 在N 点的瞬时功率:P=Fv 联立解得:P=0.528W

【考点】电场中的动力学问题;连接体问题 【难度】较难

10、一绝缘“?”形杆由两段相互平行的足够长的水平直杆PQ 、MN 和一半径为R 的光滑半圆环MAP 组成,固定在竖直平面内,其中MN 杆是光滑的,PQ 杆是粗糙的。现将一质量为m 的带正电荷的小环套在MN 杆上,小环所受的电场力为重力的12

(1)若将小环由D 点静止释放,则刚好能到达P 点,求DM 间的距离;

(2)若将小环由M 点右侧5R 处静止释放,设小环与PQ 杆间的动摩擦因数为μ,小环所受最大静摩擦力与滑动摩擦力大小相等,求小环在整个运动过程中克服摩擦力所做的功。

【解析】 (1)设DM 间的距离为x ,小环刚好到达P 点时速度为零 对小环从D 点到P 点的过程由动能定理知:qEx-mg·2R=0-0 又由题意知qE=

2

1

mg ,联立解得:x=4R (2)当μmg≥qE 时,即μ≥

2

1

时小环到达P 点右侧x 1处静止, 由动能定理知:qE (5R- x 1)-mg?2R -μmgx 1=0 联立解得:u

21x 1+=

R

整个运动过程中克服摩擦力所做的功为u

21umg umgx w 11+=

=R

当μmg

2

1

时小环不能在PQ 上静止, P 点速度为零后小环就在P 点下方往复运动。 小环从出发时刻到P 点速度为零时刻的过程,由动能定理知:qE·5R -mg·2R -W 2=0 解得:W 2=

2

1

mgR 【考点】电场中的多过程问题;多值问题 【难度】较难

11、如图所示,静止于A 处的离子,经电压为U 的加速电场加速后沿图中的圆弧虚线通过静电分析器,从P 点垂直CN 进入矩形区域的有界匀强电场,电场方向水平向左。静电分析器通道内有均匀辐向分布的电场,已知圆弧所在处场强大小都为E 0,方向沿圆弧半径指向圆心O 。离子质量为m 、电荷量为q ,QN =2d ,PN =3d ,离子重力不计。

(1)求圆弧虚线对应的半径R 的大小;

(2)若离子恰好能打在QN 的中点上,求矩形区域QNCD 内匀强电场的场强E 的大小。

【解析】(1)离子在加速电场中加速,由动能定理知:qU =1

2mv 02-0

离子在辐向电场中做匀速圆周运动,由牛顿第二定律知:qE 0=m R

20

v

联立解得:R =2U

E 0

(2)离子在偏转电场中类平抛, 竖直方向匀速:QN

2

=v 0t ,

水平方向匀加速直线:PN =1

2at 2,由牛顿第二定律知qE =ma ,

联立解得:E =12U

d

【考点】电场中的多过程问题 【难度】中等

12、如图所示,真空中水平放置的两个相同极板Y 和Y ′长为L ,相距d ,足够大的竖直屏与两板右侧相距b 。在两板间加上可调偏转电压U ,一束质量为m 、带电量为+q 的粒子(不计重力)从两板左侧中点A 以初速度v 0沿水平方向射入电场且能穿出。

(1)证明粒子飞出电场后的速度方向的反向延长线与初速度方向交于两板间的中心O 点。 (2)求两板间所加偏转电压U 的范围。 (3)求粒子可能到达屏上区域的长度。

【解析】(1)粒子在偏转电场中类平抛,

水平方向匀速:L =v 0t 竖直方向匀加速直线:y =1

2at 2 v y =at

由三角函数知 tan θ=v y v 0=y x ,联立解得:x =L

2

因此粒子飞出电场后的速度方向的反向延长线与初速度方向交于两板间的中心O 点。 (2) 竖直方向匀加速直线:a =F m =Eq m ,E =U

d

联立解得:y =qUL 2

2dmv 20

当y =d 2时U =md 2v 20qL 2,因此两板间所加电压的范围:-md 2v 20qL 2≤U≤md 2v 20

qL 2

(3)当y =d 2时,粒子在屏上侧向偏移最大y max =(L 2+b)tanθ,而tanθ=d L ,

解得:y max =

d (L +2b )2L ,屏上区域的长度为2y max =d (L +2b )

L

【考点】电偏转问题 【难度】中等

13、从阴极K 发射的电子经电势差U 0=5000V 的阳极加速后,沿平行于板面的方向从中央射入两块长L 1 =10cm 、间距d=4cm 的平行金属板A 、B 之间,在离金属板边缘L 2=75cm 处放置一个直径D=20cm 、带有记录纸的圆筒.整个装置放在真空内,电子发射的初速度不计(图①)。若在两金属板上加以U 2=1000cos2πtV 的交变电压,并使圆筒绕中心轴按图示方向以n=2转/秒匀速转动,确定电子在记录纸上的轨迹形状并画出1s 内所记录到的图形。

【解析】电子在加速电场中由动能定理知:0-mv 2

1e 2

00=

U ,解得v 0=4.2?107m/s 交变的偏转电场强度:d

2

2U E =

又U 2=1000cos2πtV ,解得:E 2=2.5?104cos2πt V/m

偏转电场中:1012211t v ,m e a ,at 21y ===L E , 联立解得:20

2

1

212mv e y L E =

电子飞离金属板时的竖直速度:

1

012

1y t v ,m

e a ,at v ==

=L E 电子从飞离金属板到达圆筒时的偏距:2022y 2t v ,t v y ==L ,联立解得:2

2122mv e y L L E =

所以在纸筒上的落点对入射方向的总偏距(见图2): 由图知y=y 1+y 2 ,解得y=0.20cos2πt m ,偏距的周期s 12==

ω

π

T

可见,在纪录纸上的点在竖直方向上以振幅0.20m 、周期T=1s 做简谐运动。因为圆筒每秒转2周,故转一周在纸上留下的是前半个余弦图形,接着的一周中,留下后半个图形,因此1s 内在纸上的图形如图③所示。 【考点】带电粒子在组合电场中的运动 【难度】较难

14、如图所示,BCD 是光滑绝缘的半圆形轨道,位于竖直平面内,直径BD 。竖直轨道半径为R ,下端与水平绝缘轨道在B 点平滑连接,质量为m 的不带电的滑块b 静止在B 点。整个轨道处在水平向左的匀强电场中场强大小为E 。质量为m 且带正电的小滑块a 置于水平轨道上,电荷量为E

2mg

3q =

,滑块a 与水平轨道间的动摩擦因数μ=0.5,重力加速度为g 。现将滑块a 从水平轨道上距离B 点s=12R 的A 点由静止释放,运动到B 点与滑块b 碰撞,碰撞时间极短且电量不变,碰后两滑块粘在一起运动,a 、b 滑块均视为质点。求:

(1)滑块a 、b 碰撞后的速度大小。

(2)滑块在圆形轨道上最大速度的大小,以及在最大速度位置处滑块对轨道作用力的大小。 (3)滑块第一次落地点到B 点的距离。 【解析】(1)a 从A 到B 的过程由动能定理知:

0-mv 2112umg 12q 21=

?-?R R E ,

E 2mg

3q =

联立解得: R g 62v 1=

ab 碰撞的过程由动量守恒定律知mv 1=2mv 2,解得:R g 6v 2=

(2)在圆形轨道左下方,当变速圆周的切向力等于零时滑块速度最大。 由受力图知,4

3

mg 2q tan ==

E θ,解得θ=37° ab 从碰后到最大速度的过程由动能定理知: qERsin37°-2mg (R-Rcos37°)=

21·2mv m 2-2

1

·2mv 22 解得:2

g 13v m R

=

滑块在P 点由牛顿第二定律知: R

F N 2m mv 237cos mg 2=?-

解得:FN=

2

31

mg 由牛顿第三定律知此时滑块对轨道的作用力大小是2

31mg (3)ab 整体从B 到D 的过程由动能定理知: -2mg·2R=

21·2mv 42-2

1

·2mv 22,解得:v 4=√2gR 在D 点由牛顿第二定律知:F ˊN 十2mg=

R

24

mv 2,

联立解得:F ′N =2mg ,因此滑块能过D 点然后水平飞出做类斜抛运动。 竖直方向自由落体运动:2R=

21gt 2,解得:t=g

2R

水平方向匀减速往复直线运动:qE=ma ,x=v 4t-21at 2,联立解得:x=(2

3

-22)R 【考点】变速圆周;类斜抛运动 【难度】较难

15、有一带负电的小球,其带电荷量q=-2?10-4C 。如图15所示,开始时静止在场强E=2?103V/m 的匀强电场中的P 点,靠近电场极板B 有一挡板S ,小球与挡板S 的距离h=4cm ,与A 板距离H=36cm ,小球的重力忽略不计。在电场力作用下小球向左运动,与挡板S 相碰后小球的电荷量减少到碰前的k 倍,已知k=8

7

,碰撞过程中小球的机械能没有损失。

(1)设匀强电场中挡板S 所在位置的电势为零,则小球在P 点时的电势能为多少? (2)小球第一次被弹回到达最右端时距S 板的距离为多少? (3)小球经过多少次碰撞后,才能抵达A 板?(已知lg

7

8

=0.058)

【解析】(1)SP 间的电势差:U =Eh =80V ,U =?s-?p , 已知?s =0,∴?p =-80V 小球在P 点时的电势能:E p =q ?p =-2×10-4×(-80)J=0.016J (2)小球第一次从P 到S 由动能定理知:qEh=

2

1mv 2

-0 设小球第一次被弹回到最右端距S 板的距离为h 1,由动能定理知:-kq·E·h 1=0-

2

1mv 2 联立解得:h 1=

k 1h=7

32

cm≈4.6cm (3)同理可知小球第二次的距离:h 2=

k 1h 1=(k 1)2h ,第三次的距离:h 3=k 1h 2=(k

1

)3h 可知通项公式h n =(

k

1)n

h ,当到达A 板时,由几何关系知h+H=h n , 两边取对数得:k 1

nlg

h

h

lg

=+H ,lg 7

8=0.058 联立解得:n==17.2 , 所以小球经过18次碰撞后,才能抵达A 板

【考点】电场中的物理数列题【难度】较难

高中物理竞赛辅导 电场电场强度(无答案)

电场电场强度 班级姓名 1、如图所示,有一均匀带电的无穷长直导线,其电荷线密度为λ。试求空间任意一点的电 场强度,该点与直导线间垂直距离为r。 2、如图所示,电量Q均匀分布在一个半径为R的细圆环上,求圆环轴上与环心相距为x 的点电荷q所受的力的大小。 3、如图所示,一根均匀带电细线,总电量为Q,弯成半径为R的缺口圆环,在细线的两端处留有很小的长为△L的空隙,求圆环中心处的场强。 4、均匀带电的半圆弧,(电荷线密度为λ)半径为R,圆心处的电场强度。

5、一根无限长均匀带电细线弯成如图所示的平面图形,期中AB 是半径为R 的半圆弧,AA ’平行于BB ’,试求圆心O 处的电场强度。 6、有一均匀带电的无限大平面,电荷面密度为σ,试求离该平面R 处的电场强度。 7、半径为R 的均匀带电球面,电荷的面密度为σ,试求球心处的电场强度。 8、一半径为R 的球壳,均匀带电Q ,试求距离球心r 处的电场强度。 O A B A ’ B ’

9、一半径为R 的球体,均匀带电Q ,试求距离球心r 处的电场强度。 10、.如图所示,两根均匀带电的半无穷长平行直导线,端点联线LN 垂直于这两直导线, 如图所示.LN 的长度为2R.试求在LN 的中点O 处的电场强度. (它们的电荷线密度为λ) 11、均匀带异种电的半圆弧,(电荷线密度为λ)半径为R ,圆心处的电场强度。 12、有一个均匀的带电球体,球心在O 点,半径为R ,电荷体密度为ρ ,球体内有一个 N

球形空腔,空腔球心在O′点,半径为R′,O O = a ,如图7-7所示,试求空腔中各点的场强。

高中物理电场图像专题

场强图像 1.如图所示,两个带电荷量分别为2q和-q的点电 荷固定在x轴上,相距为2L。下列图象中,两个点电荷连线上场强大小E与x关系的图象可能是( ) 2.一带正电粒子在正点电荷的电场中仅受静电力作用,做初速度为零的直线运动。取该直线为x轴,起始点 O为坐标原点,则下列关于电场强度E、粒子动能E k、粒子电势能E p、粒子加速度a与位移x的关系图象可能的是( ) 3如图所示x轴上各点的电场强度如图所示,场强方 向与x轴平行,规定沿x轴正方向为正,一负点电荷从坐标原点O以一定的初速度沿x轴正方向运动,点电荷到达x2位置速度第一次为零,在x3位置第二次速度为零,不计粒子的重力。下列说法正确的是( ) A.O点与x2和O点与x3电势差U Ox2=U Ox3 B.点电荷从O点运动到x2,再运动到x3的过程中, 加速度先减小再增大,然后保持不变 C.点电荷从O点运动到x2,再运动到x3的过程中,速度先均匀减小再均匀增大,然后减小再增大D.点电荷在x2、x3位置的电势能最小 4.如图甲所示,两平行金属板MN、PQ的板长和板间距离相等,板间存在如图乙所示的随时间周期性变化的电场,电场方向与两板垂直,在t=0时刻,一不计重力的带电粒子沿板间中线垂直电场方向射入电场,粒子射入电场时的速度为v0,t=T时刻粒子刚好沿MN 板右边缘射出电场。则( ) A.该粒子射出电场时的速度方向一定是沿垂直电场方向的 B.在t= T 2 时刻,该粒子的速度大小为2v0 C.若该粒子在 T 2 时刻以速度v0进入电场,则粒子会打在板上 D.若该粒子的入射速度变为2v0,则该粒子仍在t=T 时刻射出电场 5.在x轴上关于原点对称的a、b两点处固定两个电荷量相等的点电荷,如图所示的E-x图象描绘了x轴上部分区域的电场强度(以x轴正方向为电场强度的正方向)。对于该电场中x轴上关于原点对称的c、d两点,下列结论正确的是( ) A.两点场强相同,c点电势更高 B.两点场强相同,d点电势更高 C.两点场强不同,两点电势相 等,均比O点电势高 D.两点场强不同,两点电势相等,均比O点电势低 6.(多选)静电场在x轴上的 场强E随x的变化关系如图所 示,x轴正方向为场强正方向, 带正电的点电荷沿x轴运动, 则点电荷( )

高考物理复习专题突破篇专题带电粒子在电场中的运动讲练

专题七带电粒子在电场中的运动 考点1| 电场的性质难度:中档题题型:选择题五年7考 (2014·江苏高考T4)如图1所示,一圆环上均匀分布着正电荷,x轴垂直于环面且过圆心O.下列关于x轴上的电场强度和电势的说法中正确的是( ) 图1 A.O点的电场强度为零,电势最低 B.O点的电场强度为零,电势最高 C.从O点沿x轴正方向,电场强度减小,电势升高 D.从O点沿x轴正方向,电场强度增大,电势降低 【解题关键】解此题的关键有两点: (1)圆环正电荷均匀分布,x轴上各处的场强方向与x轴平行. (2)沿电场方向电势降低,但电场强度不一定减小. B[根据电场的叠加原理和电场线的性质解题.根据电场的对称性和电场的叠加原理知,O点的电场强度为零.在x轴上,电场强度的方向自O点分别指向x轴正方向和x轴负方向,且沿电场线方向电势越来越低,所以O点电势最高.在x轴上离O点无限远处的电场

强度为零,故沿x轴正方向和x轴负方向的电场强度先增大后减小.选项B正确.] (2016·江苏高考T3)一金属容器置于绝缘板上,带电小球用绝缘细线悬挂于容器中,容器内的电场线分布如图2所示,容器内表面为等势面,A、B为容器内表面上的两点,下列说法正确的是( ) 图2 A.A点的电场强度比B点的大 B.小球表面的电势比容器内表面的低 C.B点的电场强度方向与该处内表面垂直 D.将检验电荷从A点沿不同路径移到B点,电场力所做的功不同 【解题关键】解此题的关键有三点: (1)电场线越密的地方电场强度越大 (2)电场线一定与该处的等势面垂直. (3)电场力做功的大小由始末两点的电势差与移动的电荷量共同决定. C[由题图知,B点处的电场线比A点处的密,则A点的电场强度比B点的小,选项A 错误;沿电场线方向电势降低,选项B错误;电场强度的方向总与等势面导体表面垂直,选项C正确;检验电荷由A点移动到B点,电场力做功一定,与路径无关,选项D错误.] (多选) (2014·全国卷ⅠT21)如图3所示,在正点电荷Q的电场中有M、N、P、F四点,M、N、P为直角三角形的三个顶点,F为MN的中点,∠M=30°.M、N、P、F四点处的电势分别用φM、φN、φP、φF表示,已知φM=φN,φP=φF,点电荷Q在M、N、P三点所在平面内,则( ) 图3 A.点电荷Q一定在MP的连线上 B.连接PF的线段一定在同一等势面上 C.将正拭探电荷从P点搬运到N点,电场力做负功 D.φP大于φM 【解题关键】解此题的关键有两点:

2020_2021学年高中物理专题十电场演练测评含解析选修3_1

高中物理选修3_1: 电 场 姓名:__________ 班级:__________ 正确率:__________ 一、单项选择题 1.关于静电的应用和防止,下列说法不正确的是( ) A .为了美观,通常把避雷针顶端设计成球形 B .为了防止静电危害,飞机轮胎用导电橡胶制成 C .为了避免因尖端放电而损失电能,高压输电导线表面要很光滑 D .为了消除静电,油罐车尾装一条拖地铁链 答案:A 2.下列关于点电荷的说法中,正确的是( ) A .只有电荷量很小的带电体才能看成是点电荷 B .体积很大的带电体一定不能看成是点电荷 C .当两个带电体的大小远小于它们之间的距离时,可将这两个带电体看成点电荷 D .一切带电体都可以看成是点电荷 答案:C 3.真空中有两个静止的点电荷,它们之间的作用力为F ,若它们的带电荷量都增大为原来的3倍,距离增大为原来的2倍,它们之间的相互作用力变为( ) A .16F B .9 4F C .3 2F D .12 F 答案:B 4.在真空中有两个点电荷,它们之间的距离是L 时,相互作用的库仑力大小是F ,如果把两个电荷之间的距离缩短10 cm ,则相互作用的库仑力变为4F ,由此可知L 的大小是( ) A .20 cm B .13.3 cm C .30 cm D .50 cm 答案:A 5.两个分别带有电荷量-Q 和+3Q 的相同金属小球(均可视为点电荷),固定在相距为r

的两处,它们间库仑力的大小为F .两小球相互接触后将其固定距离变为r 2,则两球间库仑力的 大小为( ) A .1 12F B .34F C .4 3F D .12F 答案:C 6.小强在加油站加油时,看到加油机上有如图所示的图标,关于图标涉及的物理知识及其理解,下列说法正确的是( ) A .制作这些图标的依据是静电屏蔽原理 B .工作人员工作时间须穿绝缘性能良好的化纤服装 C .化纤手套与接触物容易摩擦起电存在安全隐患 D .用绝缘的塑料梳子梳头应该没有关系 答案:C 7.下列说法中正确的是( ) A .点电荷就是体积小的带电体 B .带电荷量少的带电体一定可以视为点电荷 C .大小和形状对作用力的影响可忽略的带电体可以视为点电荷 D .根据库仑定律表达式F =kQq r 2 ,当两电荷之间的距离r →0时,两电荷之间的库仑力F →∞ 答案:C 8.如图所示,两个带电球,大球的电荷量大于小球的电荷量,可以肯定( ) A .两球都带正电 B .两球都带负电 C .大球受到的静电力大于小球受到的静电力 D .两球受到的静电力大小相等 答案:D

高中物理公式大全8:电场

八、电场 1.两种电荷、电荷守恒定律、元电荷:(e=1.60×10-19C);带电体电荷量等于元电荷的整数倍 2.库仑定律:F=kQ1Q2/r2(在真空中) {F:点电荷间的作用力(N),k:静电力常量k=9.0×109N·m2/C2,Q1、Q2:两点电荷的电量(C),r:两点电荷间的距离(m),方向在它们的连线上,作用力与反作用力,同种电荷互相排斥,异种电荷互相吸引}3.电场强度:E=F/q(定义式、计算式) {E:电场强度(N/C),是矢量(电场的叠加原理),q:检验电荷的电量 (C)} 4.真空点(源)电荷形成的电场E=kQ/r2 {r:源电荷到该位置的距离(m),Q:源电荷的电量} 5.匀强电场的场强E=U AB/d {U AB:AB两点间的电压(V),d:AB两点在场强方向的距离(m)} 6.电场力:F=qE {F:电场力(N),q:受到电场力的电荷的电量(C),E:电场强度(N/C)} 7.电势与电势差:U AB=φA-φB,U AB=W AB/q=-ΔE AB/q 8.电场力做功:W AB=qU AB=Eqd{W AB:带电体由A到B时电场力所做的功(J),q:带电量(C),U AB:电场中A、B两点间的电势差(V)(电场力做功与路径无关),E:匀强电场强度,d:两点沿场强方向的距离(m)}9.电势能:E A=qφA {E A:带电体在A点的电势能(J),q:电量(C),φA:A点的电势(V)}

10.电势能的变化ΔE AB=E B-E A {带电体在电场中从A位置到B位置时电势能的差值} 11.电场力做功与电势能变化ΔE AB=-W AB=-qU AB (电势能的增量等于电场力做功的负值) 12.电容C=Q/U(定义式,计算式) {C:电容(F),Q:电量(C),U:电压(两极板电势差)(V)} 13.平行板电容器的电容C=εS/4πkd(S:两极板正对面积,d:两极板间的垂直距离,ω:介电常数) 常见电容器〔见第二册P111〕 14.带电粒子在电场中的加速(Vo=0):W=ΔE K或qU=mV t2/2,V t =(2qU/m)1/2 15.带电粒子沿垂直电场方向以速度V o进入匀强电场时的偏转(不考虑重力作用的情况下) 类平抛运动: 垂直电场方向: 匀速直线运动L=V0t(在带等量异种电荷的平行极板中:E=U/d) 平行电场方向: 初速度为零的匀加速直线运动d=at2/2,a=F/m=qE/m 注:(1)两个完全相同的带电金属小球接触时,电量分配规律:原带异种电荷的先中和后平分,原带同种电荷的总量平分; (2)电场线从正电荷出发终止于负电荷,电场线不相交,切线方向为场强 方向,电场线密处场强大,顺着电场线电势越来越低,电场线与等势线

高中物理静电场经典习题(包含答案)

1.(2012江苏卷).一充电后的平行板电容器保持两板间的正对面积、间距和电荷量不变,在两板间插入一电介质,其电容C 和两极板间的电势差U 的变化情况是( ) A .C 和U 均增大 B . C 增大,U 减小 C .C 减小,U 增大 D .C 和U 均减小 B 2(2012天津卷).两个固定的等量异号点电荷所产生电场的等势面如图中虚线所示,一带负电的粒子以某一速度从图中A 点沿图示方向进入电场在纸面内飞行,最后离开电场,粒子只受静电力作用,则粒子在电场中( ) A .做直线运动,电势能先变小后变大 B .做直线运动,电势能先变大后变小 C .做曲线运动,电势能先变小后变大 D .做曲线运动,电势能先变大后变小 C 3.(2012安徽卷).如图所示,在平面直角 中,有方向平行于坐标平面的匀强电场,其中坐标原点O 处的电势为0 V ,点A 处的电势为6 V, 点B 处的电势为3 V, 则电场强度的大小为 ( ) A.200V/m B.2003 V/m C.100 V/m D. 1003 V/m A 4.(2012重庆卷).空中P 、Q 两点处各固定一个点电荷,其中 P 点处为正点电荷,P 、Q 两点附近电场的等势面分布如题20图 所示,a 、b 、c 、d 为电场中的四个点。则( ) A .P 、Q 两点处的电荷等量同种 B .a 点和b 点的电场强度相同 C .c 点的电热低于d 点的电势 D .负电荷从a 到c ,电势能减少 D 5.(2012海南卷)关于静电场,下列说法正确的是( ) O x (cm) y (cm) A (6,0) B (0,3) ● ●

A.电势等于零的物体一定不带电 B.电场强度为零的点,电势一定为零 C.同一电场线上的各点,电势一定相等 D.负电荷沿电场线方向移动时,电势能一定增加 D 6.(2012山东卷).图中虚线为一组间距相等的同心圆,圆心处固 定一带正电的点电荷。一带电粒子以一定初速度射入电场,实线为 粒子仅在电场力作用下的运动轨迹,a、b、c三点是实线与虚线的 交点。则该粒子( ) A.带负电 B.在c点受力最大 C.在b点的电势能大于在c点的电势能 D.由a点到b点的动能变化大于有b点到c点的动能变化 CD 7.[2014·北京卷] 如图所示,实线表示某静电场的电场线,虚线表示该电场的等势面.下列判断正确的是() A.1、2两点的场强相等 B.1、3两点的场强相等 C.1、2两点的电势相等 D.2、3两点的电势相等 D本题考查电场线和等势面的相关知识.根据电场线和等势面越密集,电场强度越大,有E1>E2=E3,但E2和E3电场强度方向不同,故A、B错误.沿着电场线方向,电势逐渐降低,同一等势面电势相等,故φ1>φ2=φ3,C错误,D正确. 8.如图所示,A、B是位于竖直平面内、半径R=0.5 m的1 4圆弧形的光滑绝缘轨道, 其下端点B与水平绝缘轨道平滑连接,整个轨道处在水平向左的匀强电场中,电场强度 E=5×103N/C.今有一质量为m=0.1 kg、带电荷量+q=8×10-5C的小滑块(可视为质 点)从A点由静止释放.若已知滑块与水平轨道间的动摩擦因数μ=0.05,取g=10 m/s2, 求: (1)小滑块第一次经过圆弧形轨道最低点B时B点的压力.(2)小滑块在水平轨道上通过的总路程. 答案:(1)2.2 N(2)6 m解析:(1)设小滑块第一次到达B点时的速度为v B,对圆弧轨道最低点B的压

高中物理竞赛教程(超详细)电场

第一讲电场 §1、1 库仑定律和电场强度 1.1.1、电荷守恒定律 大量实验证明:电荷既不能创造,也不能被消灭,它们只能从一个物体转移到另一个物体,或者从物体的一部分转移到另一部分,正负电荷的代数和任何物理过程中始终保持 k 数, 0ε q F E = 式中q 是引入电场中的检验电荷的电量,F 是q 受到的电场力。 借助于库仑定律,可以计算出在真空中点电荷所产生的电场中各点的电场强度为 2 2r Q k q r Qq k q F E === 式中r 为该点到场源电荷的距离,Q 为场源电荷的电量。

1.1.4、场强的叠加原理 在若干场源电荷所激发的电场中任一点的总场强,等于每个场源电荷单独存在时在该点所激发的场强的矢量和。 原则上讲,有库仑定律和叠加原理就可解决静电学中的全部问题。 例1、如图1-1-1(a )所示,在半径为R 、体电荷密度 为ρ的均匀带电球体内部挖去半径为R '的一个小球,小球球心O '与大球球心O 相距为a ,试求O '的电场强度,并证明空腔内电场均匀。 ρ,R O 1.1.5.电通量、高斯定理、 (1)磁通量是指穿过某一截面的磁感应线的总条数,其大小为θsin BS =Φ,其中θ 为截面与磁感线的夹角。与此相似,电通量是指穿过某一截面的电场线的条数,其大小为 θ?sin ES = θ为截面与电场线的夹角。 高斯定量:在任意场源所激发的电场中,对任一闭合曲面的总通量可以表示为 ∑=i q k π?4 ( 041πε= k ) Nm C /1085.82120-?=ε为真空介电常 数 O O ' P B r a )

式中k是静电常量,∑i q为闭合曲面所围的所有电荷电量的代数和。由于高中缺少高等数学知识,因此选取的高斯面即闭合曲面,往往和电场线垂直或平行,这样便于电通 量的计算。尽管高中教学对高斯定律不作要求,但笔者认为简单了解高斯定律的内容,并 利用高斯定律推导几种特殊电场,这对掌握几种特殊电场的分布是很有帮助的。 (2)利用高斯定理求几种常见带电体的场强 ①无限长均匀带电直线的电场 一无限长直线均匀带电,电荷线密度为η,如图1-1-2(a)所示。考察点P到直线的 距离为r。由于带电直线无限长且均匀带电,因此直线周围的电场在竖直方向分量为零, 即径向分布,且关于直线对称。取以长直线为主轴,半径为r,长为l的圆柱面为高斯面, E 图1-1-5

高中物理静电场题经典例题

高中物理静电场题经典 例题 -CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN

高中物理静电场练习题 1、如图所示,中央有正对小孔的水平放置的平行板电容器与电源连接,电源电压为U 。将一带电小球从两小孔的正上方P 点处由静止释放,小球恰好能够达到B 板的小孔b 点处,然后又按原路返回。那么,为了使小球能从B 板 的小孔b 处出射,下列可行的办法是( ) A.将A 板上移一段距离 B.将A 板下移一段距离 C.将B 板上移一段距离 D.将B 板下移一段距离 2、如图所示,A 、B 、C 、D 、E 、F 为匀强电场中一个正六边形的六个顶点,已知A 、 B 、 C 三点的电势分别为1V 、6V 和9V 。则 D 、 E 、 F 三 点的电势分别为( ) A 、+7V 、+2V 和+1V B 、+7V 、+2V 和1V C 、-7V 、-2V 和+1V D 、+7V 、-2V 和1V 3、质量为m 、带电量为-q 的粒子(不计重力),在匀强电场中的A 点以初速度υ0沿垂直与场强E 的方向射入到电场中,已知粒子到达B 点时的速度大小为2υ0,A 、B 间距为d ,如图所示。 则(1)A 、B 两点间的电势差为( ) A 、q m U AB 232υ-= B 、q m U AB 232 υ= C 、q m U AB 22υ-= D 、q m U AB 22 υ= (2)匀强电场的场强大小和方向( ) B a b P · m 、q 。 。 U + - E · B ·

A 、qd m E 2 21υ= 方向水平向左 B 、qd m E 2 21υ= 方向水平向右 C 、qd m E 2212 υ= 方向水平向左 D 、qd m E 2212 υ= 方向水平向右 4、一个点电荷从竟电场中的A 点移到电场中的B 点,其电势能变化为零,则( ) A 、A 、B 两点处的场强一定相等 B 、该电荷一定能够沿着某一等势 面移动 C 、A 、B 两点的电势一定相等 D 、作用于该电荷上的电场力始终与其运 动方向垂直 5、在静电场中( ) A.电场强度处处为零的区域内,电势也一定处处为零 B.电场强度处处相等的区域内,电势也一定处处相等 C.电场强度的方向总是跟等势面垂直 D.沿着电场线的方向电势是不断降低的 6、一个初动能为E K 的带电粒子,沿着与电场线垂直的方向射入两平行金属板间的匀强电场中,飞出时该粒子的动能为2E K ,如果粒子射入时的初速度变为原来的2倍,那么当它飞出电场时动能为( ) A 、4E K B 、4.25E K C 、5E K D 、8 E K 7、如图所示,实线为一簇电场线,虚线是间距相等的等势面,一带电粒子沿着电场线方向运动,当它位于等势面φ1上时,其动能为20eV ,当它运动 到等势面φ3上时,动能恰好等于零,设φ2=0,则,当粒子 的动能为8eV 时,其电势能为( ) A 、12eV B 、 2eV 4

高三物理电场专题复习

电场复习指导意见 20XX 年课标版考试大纲本章特点 概念多、抽象、容易混淆。电场强度、电场力、电势、电势差、电势能、 电场力做功。 公式多。在帮助学生理解公式的来龙去脉、物理意义、适用条件的同时,可将其归类。 正负号含义多。在静电场中,物理量的正负号含义不同,要帮助学生正确理解物理量的正负值的含义。 知识综合性强。要把力学的所有知识、规律、解决问题的方法和能力应用 内 容要求说明 54.两种电荷.电荷守恒 55.真空中的库仑定律.电荷量 56.电场.电场强度.电场线.点电荷的场 强.匀强电场.电场强度的叠加 57.电势能.电势差.电势.等势面 58.匀强电场中电势差跟电场强度的关系 59.静电屏蔽 60.带电粒子在匀强电场中的运动 61.示波管.示波器及其应用 62.电容器的电容 63.平行板电容器的电容,常用的电容器 Ⅰ Ⅱ Ⅱ Ⅱ Ⅱ Ⅰ Ⅱ Ⅰ Ⅱ Ⅰ 带电粒子在匀强 电场中运动的计算,只 限于带电粒子进入电场时速度平行或垂直于场强的情况

到电场当中 具体复习建议 一.两种电荷,电荷守恒,电荷量(Ⅰ) 1.两种电荷的定义方式。(丝绸摩擦玻璃棒,定义玻璃棒带正点;毛皮 摩擦橡胶棒,定义橡胶棒带负电) 2.从物质的微观结构及物体带电方法 接触带电(所带电性与原带电体相同) 摩擦起电(两物体带等量异性电荷) 感应带电(两导体带等量异性电荷) 3.由于物体的带电过程就是电子的转移过程,所以带电过程中遵循电荷守恒。每个物体所带电量应为电子电量(基本电量)的整数倍。 4.知道相同的两金属球绝缘接触后将平分两球原来所带净电荷量。(注意电性)

二.真空中的库仑定律(Ⅱ)1.r r q kq F 2 2112 或 2 2121 12r q kq F F 方向在两点电荷连线上,满足同性相斥,异性相吸。2.规律在以下情况下可使用:(1)规定为点电荷;(2)可视为点电荷; (3)均匀带电球体可用点电荷等效处理,绝缘均匀带电球体间的库仑力可用库仑定律 2 21r q kq F 等效处理,但r 表示 两球心之间的距离。(其它形状的带电体不可用电荷中心等效) (4)用点电荷库仑定律定性分析绝缘带电金属球相互作用力的情况 两球带同性电荷时:2 21r q kq F r 表示两球心间距,方向在球心连线上 两球带异性电荷时:2 21r q kq F r 表示两球心间距,方向在球心连线上 3.点电荷库仑力参与下的平衡模型(两质量相同的带电通草球模型) 4.两相同的绝缘带电体相互接触后再放回原处 (1)相互作用力是斥力或为零(带等量异性电荷时为零) L mg F T α mgtg l q kq 2 2 1) sin 2(3 2 21sin 4cos l q kq mg T

高考物理带电粒子在电场中的运动常见题型及答题技巧及练习题(含答案)含解析

高考物理带电粒子在电场中的运动常见题型及答题技巧及练习题(含答案)含解 析 一、高考物理精讲专题带电粒子在电场中的运动 1.在如图所示的平面直角坐标系中,存在一个半径R =0.2m 的圆形匀强磁场区域,磁感应强度B =1.0T ,方向垂直纸面向外,该磁场区域的右边缘与y 坐标轴相切于原点O 点。y 轴右侧存在一个匀强电场,方向沿y 轴正方向,电场区域宽度l =0.1m 。现从坐标为(﹣0.2m ,﹣0.2m )的P 点发射出质量m =2.0×10﹣9kg 、带电荷量q =5.0×10﹣5C 的带正电粒子,沿y 轴正方向射入匀强磁场,速度大小v 0=5.0×103m/s (粒子重力不计)。 (1)带电粒子从坐标为(0.1m ,0.05m )的点射出电场,求该电场强度; (2)为了使该带电粒子能从坐标为(0.1m ,﹣0.05m )的点回到电场,可在紧邻电场的右侧区域内加匀强磁场,试求所加匀强磁场的磁感应强度大小和方向。 【答案】(1)1.0×104N/C (2)4T ,方向垂直纸面向外 【解析】 【详解】 解:(1)带正电粒子在磁场中做匀速圆周运动,根据洛伦兹力提供向心力有: 20 0v qv B m r = 可得:r =0.20m =R 根据几何关系可以知道,带电粒子恰从O 点沿x 轴进入电场,带电粒子做类平抛运动,设粒子到达电场边缘时,竖直方向的位移为y 根据类平抛规律可得:2012 l v t y at == , 根据牛顿第二定律可得:Eq ma = 联立可得:41.010E =?N/C (2)粒子飞离电场时,沿电场方向速度:30 5.010y qE l v at m v ===?g m/s=0v 粒子射出电场时速度:02=v v 根据几何关系可知,粒子在B '区域磁场中做圆周运动半径:2r y '= 根据洛伦兹力提供向心力可得: 2 v qvB m r '=' 联立可得所加匀强磁场的磁感应强度大小:4mv B qr '= =' T 根据左手定则可知所加磁场方向垂直纸面向外。

高中物理电场知识点总结大全

高中物理电场知识点总结大全 1. 深刻理解库仑定律和电荷守恒定律。 (1)库仑定律:真空中两个点电荷之间相互作用的电力,跟它们的电荷量的乘积成正比,跟它们的距离的二次方成反比,作用力的方向在它们的连线上。即: 其中k为静电力常量,k=9.0×10 9 N m2/c2 成立条件:①真空中(空气中也近似成立),②点电荷。即带电体的形状和大小对相互作用力的影响可以忽略不计。(这一点与万有引力很相似,但又有不同:对质量均匀分布的球,无论两球相距多近,r都等于球心距;而对带电导体球,距离近了以后,电荷会重新分布,不能再用球心间距代替r)。 (2)电荷守恒定律:系统与外界无电荷交换时,系统的电荷代数和守恒。 2. 深刻理解电场的力的性质。 电场的最基本的性质是对放入其中的电荷有力的作用。电场强度E是描述电场的力的性质的物理量。 (1)定义:放入电场中某点的电荷所受的电场力F跟它的电荷量q的比值,叫做该点的 电场强度,简称场强。这是电场强度的定义式,适用于任何电场。其中的q为试探电荷(以前称为检验电荷),是电荷量很小的点电荷(可正可负)。电场强度是矢量,规定其方向与正电荷在该点受的电场力方向相同。 (2)点电荷周围的场强公式是:,其中Q是产生该电场的电荷,叫场源电荷。 (3)匀强电场的场强公式是:,其中d是沿电场线方向上的距离。 3. 深刻理解电场的能的性质。 (1)电势φ:是描述电场能的性质的物理量。 ①电势定义为φ=,是一个没有方向意义的物理量,电势有高低之分,按规定:正电荷在电场中某点具有的电势能越大,该点电势越高。 ②电势的值与零电势的选取有关,通常取离电场无穷远处电势为零;实际应用中常取大地电势为零。

高中物理带电粒子在电场中的运动技巧很有用及练习题.doc

高中物理带电粒子在电场中的运动技巧 ( 很有用 ) 及练习题 一、高考物理精讲专题带电粒子在电场中的运动 1. 如图所示,竖直面内有水平线 MN 与竖直线 PQ 交于 P 点, O 在水平线 MN 上, OP 间 距为 d ,一质量为 m 、电量为 q 的带正电粒子,从 O 处以大小为 v 0、方向与水平线夹角为 θ= 60o 的速度,进入大小为 E 1 的匀强电场中,电场方向与竖直方向夹角为 θ= 60o ,粒子 到达 PQ 线上的 A 点时,其动能为在 O 处时动能的 4 倍.当粒子到达 A 点时,突然将电场 改为大小为 E 2,方向与竖直方向夹角也为 θ= 60o 的匀强电场,然后粒子能到达 PQ 线上的 B 点.电场方向均平行于 MN 、 PQ 所在竖直面,图中分别仅画出一条电场线示意其方向。 已知粒子从 O 运动到 A 的时间与从 A 运动到 B 的时间相同,不计粒子重力,已知量为 m 、 q 、 v 0、 d .求: (1)粒子从 O 到 A 运动过程中 ,电场力所做功 W ; (2)匀强电场的场强大小 E 1、 E 2; (3)粒子到达 B 点时的动能 E kB . 3 2 (2)E 1 = 3m 02 3m 2 14m 02 【答案】 (1)W mv 0 4qd E 2 = (3) E kB = 2 3qd 3 【解析】 【分析】 (1) 对粒子应用动能定理可以求出电场力做的功。 (2) 粒子在电场中做类平抛运动,应用类平抛运动规律可以求出电场强度大小。 (3) 根据粒子运动过程,应用动能计算公式求出粒子到达 B 点时的动能。 【详解】 (1) 由题知:粒子在 O 点动能为 E = mv 0 粒子在 A 点动能为: E =4E ko ,粒子从 O 到 A ko 1 2 kA 2 运动过程,由动能定理得:电场力所做功: W=E kA -E ko = 3 mv 02 ; 2 (2) 以 O 为坐标原点,初速 v 0 方向为 x 轴正向,

高中物理 静电场及其应用精选测试卷专题练习(word版

高中物理 静电场及其应用精选测试卷专题练习(word 版 一、第九章 静电场及其应用选择题易错题培优(难) 1.如图,真空中x 轴上关于O 点对称的M 、N 两点分别固定两异种点电荷,其电荷量分别为1Q +、2Q -,且12Q Q >。取无穷远处电势为零,则( ) A .只有MN 区间的电场方向向右 B .在N 点右侧附近存在电场强度为零的点 C .在ON 之间存在电势为零的点 D .MO 之间的电势差小于ON 之间的电势差 【答案】BC 【解析】 【分析】 【详解】 AB .1Q +在N 点右侧产生的场强水平向右,2Q -在N 点右侧产生的场强水平向左,又因为 12Q Q >,根据2Q E k r =在N 点右侧附近存在电场强度为零的点,该点左右两侧场强方向相反,所以不仅只有MN 区间的电场方向向右,选项A 错误,B 正确; C .1Q +、2Q -为两异种点电荷,在ON 之间存在电势为零的点,选项C 正确; D .因为12Q Q >,MO 之间的电场强度大,所以MO 之间的电势差大于ON 之间的电势差,选项D 错误。 故选BC 。 2.如图所示,竖直平面内有半径为R 的半圆形光滑绝缘轨道ABC ,A 、C 两点为轨道的最高点,B 点为最低点,圆心处固定一电荷量为+q 1的点电荷.将另一质量为m 、电荷量为+q 2的带电小球从轨道A 处无初速度释放,已知重力加速度为g ,则() A .小球运动到 B 2gR B .小球运动到B 点时的加速度大小为3g C .小球从A 点运动到B 点过程中电势能减少mgR D .小球运动到B 点时对轨道的压力大小为3mg +k 12 2 q q R 【答案】AD 【解析】

高中物理静电场经典习题30道 带答案

一.选择题(共30小题) 1.(2014?山东模拟)如图,在光滑绝缘水平面上,三个带电小球a 、b 和c 分别位于边长为l 的正三角形的三个顶点上;a 、b 带正电,电荷量均为q ,c 带负电.整个系统置于方向水平的匀强电场中.已知静电力常量为k .若 三个小球均处于静止状态,则匀强电场场强的大小为( ) D c 的轴线上有a 、b 、 d 三个点,a 和b 、b 和c 、c 和d 间的距离均为R ,在a 点处有一电荷量为q (q >0)的固定点电荷.已知b 点处的场强为零,则d 点处场强的大小为(k 为静电力常量)( ) D 系数均为k 0的轻质弹簧绝缘连接.当3个小球处在静止状态时,每根弹簧长度为l .已知静电力常量为k ,若不考虑弹簧的静电感应,则每根弹簧的原长为( ) ﹣ 个小球,在力F 的作用下匀加速直线运动,则甲、乙两球之间的距离r 为( ) D

7.(2015?山东模拟)如图甲所示,Q1、Q2为两个被固定的点电荷,其中Q1带负电,a、b两点在它们连线的延长线上.现有一带负电的粒子以一定的初速度沿直线从a点开始经b点向远处运动(粒子只受电场力作用),粒子经过a、b两点时的速度分别为v a、v b,其速度图象如图乙所示.以下说法中正确的是() 8.(2015?上海二模)下列选项中的各圆环大小相同,所带电荷量已在图中标出,且电荷均匀分布,各圆环间 D 12 变化的关系图线如图所示,其中P点电势最低,且AP>BP,则() 以下各量大小判断正确的是()

11.(2015?丰台区模拟)如图所示,将一个电荷量为1.0×10C的点电荷从A点移到B点,电场力做功为2.4×10﹣6J.则下列说法中正确的是() 时速度恰好为零,不计空气阻力,则下列说法正确的是() 带电粒子经过A点飞向B点,径迹如图中虚线所示,以下判断正确的是() 实线所示),则下列说法正确的是()

高中物理专题:带电粒子在电场中的运动

带电粒子在电场中的运动 新桥中学胡中兴 一、教材内容和学情分析:拓展二《第八讲A带电粒子在电场中的运动》,是在高二学习了基础教材电场、电场强度、电势差、电场力做功与电势能等内容的之后,再学习的拓展内容。通过本专题的学习,进一步理解力与运动、功与能的关系。把电场概念与运动学、力学中的平衡问题、匀变速运动问题、功、能等有机结合起来。学习运用运动的合成与分解、牛顿定律、动能定理解题,提高分析问题能力、综合能力、用数学方法解决物理问题的能力。在高考中,是重点内容。要求学生有较高的综合解题的能力。由于本校学生的基础比较差,学习时有一定难度,所以在题目设计上,尽可能比较简单的题,且对同一类型题,用多题强化。 二、课标要求和三维目标 课标要求:学习水平为c级,即能联系相关内容,解决简单问题。2009高考手册要求为C 即:掌握。(限于粒子的初速度与电场强度的方向平行或垂直的简单情况)。 三维目标: 知识与技能: 1.理解并掌握带电粒子在电场中加速和偏转的原理, 2.能用牛顿运动定律或动能定理分析带电粒子在电场中加速和偏转。 过程与方法: 1.体验类比平抛运动,运用分解的方法,处理曲线运动。 2.归纳用力学规律处理带电粒子在电场中运动的常用方法。 情感、态度和价值观: 1.感受从能的角度,用动能定理分析解答问题的优点, 2.进一步养成科学思维的方法。 三、知识结构疏理: 主要讨论两个问题:一是如何利用电场使带电粒子速度大小改变;二是如何利用电使带电粒子速度方向改变,发生偏转。这里把它们分成四个小问题,用四课时来完成此内容。 带电粒子在电场中的加速问题 带电粒子在匀强电场中做类平抛运动 带电粒子在电场中的加速、偏转综合问题 带电粒子在交替变化的电场中的直线运动 用二课时来完成此内容。

高中物理知识点电场

2019年高中物理知识点电场 1.两种电荷 (1)自然界中存在两种电荷:正电荷与负电荷。 (2)电荷守恒定律: 电荷守恒定律物理表达式 2.★库仑定律 (1)内容:在真空中两个点电荷间的作用力跟它们的电荷量的乘积成正比,跟它们之间的距离的平方成反比,作用力的方向在它们的连线上。 (2)公式:F=k*(q1*q2)/r^2(可结合万有引力公式F=Gm1m2/r^2来考虑) (3)适用条件:真空中的点电荷。 点电荷是一种理想化的模型。如果带电体本身的线度比相互作用的带电体之间的距离小得多,以致带电体的体积和形状对相互作用力的影响可以忽略不计时,这种带电体就可以看成点电荷,但点电荷自身不一定很小,所带电荷量也不一定很少。 3.电场强度、电场线 (1)电场:带电体周围存在的一种物质,是电荷间相互作用的媒体。电场是客观存在的,电场具有力的特性和能的特性。(2)电场强度:放入电场中某一点的电荷受到的电场力跟它的电荷量的比值,叫做这一点的电场强度。定义式:E=F/q方向:正电荷在该点受力方向。(3)电场线:在电场中画出一系列的从正电荷出发到负电荷终止的曲线,使曲线上每一点的切线方向都跟该点的场强方向一致,这些曲线

叫做电场线。电场线的性质:①电场线是起始于正电荷(或无穷远处),终止于负电荷(或无穷远处);②电场线的疏密反映电场的强弱;③电场线不相交;④电场线不是真实存在的;⑤电场线不一定是电荷运动轨迹。 (4)匀强电场:在电场中,如果各点的场强的大小和方向都相同,这样的电场叫匀强电场。匀强电场中的电场线是间距相等且互相平行的直线。 (5)电场强度的叠加:电场强度是矢量,当空间的电场是由几个点电荷共同激发的时候,空间某点的电场强度等于每个点电荷单独存在时所激发的电场在该点的场强的矢量和。 4.电势差U: 电荷在电场中由一点A移动到另一点B时,电场力所做的功W AB与电荷量q的比值W AB/q叫做AB两点间的电势差。 公式:UAB=W AB/q 电势差有正负:UAB=-UBA,一般常取绝对值,写成U。 5.电势: 电场中某点的电势等于该点相对零电势点的电势差。 (1)电势是个相对的量,某点的电势与零电势点的选取有关(通常取离电场无穷远处或大地的电势为零电势)。因此电势有正、负,电势的正负表示该点电势比零电势点高还是低。 (2)沿着电场线的方向,电势越来越低。 6.电势能:

高中物理电磁场练习试题

专题练习电磁场 第1讲电场及带电体在电场中的运动 微网构建核心再现 知识规律(1)电场力的性质. ①电场强度的定义式:E= F q. ②真空中点电荷的场强公式: E=k Q r2. ③匀强电场场强与电势差的关系式:E= U d. (2)电场能的性质. ①电势的定义式:φ= E p q. ②电势差的定义式:U AB= W AB q. ③电势差与电势的关系式: U AB=φA-φB. ④电场力做功与电势能: W AB=-ΔE p. 思想方法(1)物理思想:等效思想、分解思想. (2)物理方法:理想化模型法、比值定义法、控制变量法、对称法、合成法、分解法等. 高频考点一电场的特点和性质

知能必备 1.电场强度的三种表达形式及适用条件. 2.电场强度、电势、电势能大小的比较方法. 3.电场的叠加原理及常见电荷电场线、等势线的分布特点. 例1直角坐标系xOy中,M、N两点位于x轴上,G、H两点坐标如图.M、N两点各固定一负点电荷,一电量为Q的正点电荷置于O点时,G点处的电场强度恰好为零.静电力常量用k表示.若将该正点电荷移到G点,则H点处场强的大小和方向分别为() A. 3kQ 4a2,沿y轴正向 B. 3kQ 4a2,沿y轴负向 C. 5kQ 4a2,沿y轴正向 D. 5kQ 4a2,沿y轴负向 [例2](2016·全国大联考押题卷)(多选) 如图所示,虚线为某电场中的三条电场线1、2、3,实线表示某带电粒子仅在电场力作用下的运动轨迹,a、b是轨迹上的两点,则下列说法中正确的是() A.粒子在a点的加速度大小小于在b点的加速度大小 B.粒子在a点的电势能大于在b点的电势能 C.粒子在a点的速度大小大于在b点的速度大小 D.a点的电势高于b点的电势 电场性质的判断方法 1.电场强度的判断方法:

高中物理竞赛辅导讲义-第8篇-稳恒电流

高中物理竞赛辅导讲义 第8篇 稳恒电流 【知识梳理】 一、基尔霍夫定律(适用于任何复杂电路) 1. 基尔霍夫第一定律(节点电流定律) 流入电路任一节点(三条以上支路汇合点)的电流强度之和等于流出该节点的电流强度之和。即∑I =0。 若某复杂电路有n 个节点,但只有(n ?1)个独立的方程式。 2. 基尔霍夫第二定律(回路电压定律) 对于电路中任一回路,沿回路环绕一周,电势降落的代数和为零。即∑U =0。 若某复杂电路有m 个独立回路,就可写出m 个独立方程式。 二、等效电源定理 1. 等效电压源定理(戴维宁定理) 两端有源网络可以等效于一个电压源,其电动势等于网络的开路端电压,其内阻等于从网络两端看除源(将电动势短路,内阻仍保留在网络中)网络的电阻。 2. 等效电流源定理(诺尔顿定理) 两端有源网络可等效于一个电流源,电流源的电流I 0等于网络两端短路时流经两端点的电流,内阻等于从网络两端看除源网络的电阻。 三、叠加原理 若电路中有多个电源,则通过电路中任一支路的电流等于各个电动势单独存在时,在该支路产生的电流之和(代数和)。 四、Y?△电路的等效代换 如图所示的(a )(b )分别为Y 网络和△网络,两个网络中的6个电阻满足一定关系 时完全等效。 1. Y 网络变换为△网络 12 2331 123 R R R R R R R R ++=, 122331 231R R R R R R R R ++= 122331 312 R R R R R R R R ++= 2. △网络变换为Y 网络 12311122331R R R R R R = ++,23122122331R R R R R R =++,3123 3122331 R R R R R R =++

高中物理带电粒子在电场中的运动解题技巧(超强)及练习题(含答案)含解析

高中物理带电粒子在电场中的运动解题技巧(超强)及练习题(含答案)含解析 一、高考物理精讲专题带电粒子在电场中的运动 1.如图所示,xOy 平面处于匀强磁场中,磁感应强度大小为B ,方向垂直纸面向外.点 3 ,0P L ?? ? ??? 处有一粒子源,可向各个方向发射速率不同、电荷量为q 、质量为m 的带负电粒子.不考虑粒子的重力. (1)若粒子1经过第一、二、三象限后,恰好沿x 轴正向通过点Q (0,-L ),求其速率v 1; (2)若撤去第一象限的磁场,在其中加沿y 轴正向的匀强电场,粒子2经过第一、二、三象限后,也以速率v 1沿x 轴正向通过点Q ,求匀强电场的电场强度E 以及粒子2的发射速率v 2; (3)若在xOy 平面内加沿y 轴正向的匀强电场E o ,粒子3以速率v 3沿y 轴正向发射,求在运动过程中其最小速率v. 某同学查阅资料后,得到一种处理相关问题的思路: 带电粒子在正交的匀强磁场和匀强电场中运动,若所受洛伦兹力与电场力不平衡而做复杂的曲线运动时,可将带电粒子的初速度进行分解,将带电粒子的运动等效为沿某一方向的匀速直线运动和沿某一时针方向的匀速圆周运动的合运动. 请尝试用该思路求解. 【答案】(1)23BLq m (2221BLq 32 2 3 0B E E v B +?? ??? 【解析】 【详解】 (1)粒子1在一、二、三做匀速圆周运动,则2 111 v qv B m r = 由几何憨可知:()2 22 1133r L r L ??=-+ ? ???

得到:123BLq v m = (2)粒子2在第一象限中类斜劈运动,有: 13 3 L v t =,212qE h t m = 在第二、三象限中原圆周运动,由几何关系:12L h r +=,得到2 89qLB E m = 又22 212v v Eh =+,得到:2221BLq v = (3)如图所示,将3v 分解成水平向右和v '和斜向的v '',则0qv B qE '=,即0 E v B '= 而'223 v v v ''= + 所以,运动过程中粒子的最小速率为v v v =''-' 即:2 2 003E E v v B B ??=+- ??? 2.“太空粒子探测器”是由加速、偏转和收集三部分组成,其原理可简化如下:如图1所示,辐射状的加速电场区域边界为两个同心平行半圆弧面,圆心为O ,外圆弧面AB 的电势为 2 L ()o ?>,内圆弧面CD 的电势为φ,足够长的收集板MN 平行边界ACDB ,ACDB 与MN 板的距离为L .假设太空中漂浮着质量为m ,电量为q 的带正电粒子,它们能均匀地吸附到AB 圆弧面上,并被加速电场从静止开始加速,不计粒子间的相互作用和其它星球对粒子的影响,不考虑过边界ACDB 的粒子再次返回. (1)求粒子到达O 点时速度的大小; (2)如图2所示,在PQ (与ACDB 重合且足够长)和收集板MN 之间区域加一个匀强磁场,方向垂直纸面向内,则发现均匀吸附到AB 圆弧面的粒子经O 点进入磁场后最多有23 能打到MN 板上,求所加磁感应强度的大小; (3)如图3所示,在PQ (与ACDB 重合且足够长)和收集板MN 之间区域加一个垂直MN

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