第8章 专题突破8 电场性质的综合应用-【优化探究】2024高考物理一轮复习高考总复习配套教参（教科版 新教材 新高考）

专题突破8　电场性质的综合应用 授课提示：对应学生用书第196页 突破点一　电场中功能关系的综合问题 1．电场中的功能关系 (1)若只有静电力做功电势能与动能之和保持不变。 (2)若只有静电力和重力做功电势能、重力势能、动能之和保持不变。 (3)除重力之外，其他各力对物体做的功等于物体机械能的变化。 (4)所有外力对物体所做的功等于物体动能的变化。 2．电场力做功的计算方法 (1)WAB＝qUAB(普遍适用) (2)W＝qExcos θ(适用于匀强电场) (3)WAB＝－ΔEp＝EpA－EpB(从能量角度求解) (4)W电＋W非电＝ΔEk(由动能定理求解) 典例1　(多选)(2023·广东中山一中检测)图中虚线1、2、3、4表示匀强电场的等势面，一带正电的粒子只在静电力的作用下从a点运动到b点，轨迹如图中实线所示。下列说法中正确的是(　　) A．等势面1电势最低 B．粒子从a运动到b，动能减小 C．粒子从a运动到b，电势能减小 D．粒子从a运动到b的过程中电势能与动能之和不变 [解析]　电场线与等势面垂直，正电荷所受静电力的方向与场强方向相同，曲线运动所受合力指向曲线的凹侧；带正电的粒子只在静电力的作用下，从a点运动到b点，轨迹如图中实线所示，可画出速度和电场线及受力方向如图所示，则静电力的方向向右，电场线的方向向右，顺着电场线方向电势降低，等势面1电势最高，故选项A错误。粒子从a运动到b，只受静电力作用，静电力的方向与运动方向成锐角，静电力做正功，粒子的动能增大，电势能减小，故选项B错误，C正确。粒子从a运动到b的过程中，只受静电力作用，粒子的电势能与动能之和不变，故选项D正确。 [答案]　CD 典例2　(多选)如图所示，半圆槽光滑、绝缘、固定，圆心是O，最低点是P，直径MN水平。a、b是两个完全相同的带正电小球(视为点电荷)，b固定在M点，a从N点静止释放，沿半圆槽运动经过P点到达某点Q(图中未画出)时速度为零，则小球a(　　) A．从N到Q的过程中，重力与库仑力的合力先增大后减小 B．从N到P的过程中，速率先增大后减小 C．从N到Q的过程中，电势能一直增加 D．从P到Q的过程中，动能减少量小于电势能增加量 [解析]　重力不变，库仑力一直增大且与重力夹角不断减小，故合力一直增大，A错误；支持力不做功，重力与库仑力的合力先做正功，后做负功，故动能先增大后减小，即速率先增大后减小，B正确；两带电小球间距离一直减小，电势能一直增加，C正确；从P到Q，重力做负功，静电力做负功，动能转化为重力势能和电势能，动能减小量大于电势能增加量，D错误。 [答案]　BC 1．(静电力和重力做功)如图所示，竖直固定的光滑绝缘细杆上O点套有一个电荷量为－q(q>0)的小环，在杆的左侧固定一个电荷量为Q(Q>0)的点电荷，杆上a、b两点与Q正好构成等边三角形，c是ab的中点。将小环从O点无初速度释放，通过a点的速率为v。若已知ab＝Oa＝l，静电力常量为k，重力加速度为g，则(　　) A．在a点，小环所受弹力大小为 B．在c点，小环的动能最大 C．在c点，小环的电势能最大 D．在b点，小环的速率为 解析：在a点，小环所受的静电力沿aQ方向，大小F＝k，水平方向小环受力平衡，所以小环受到向右的弹力大小N＝Fsin 60°＝，A错误；在c点时，小环水平方向受到静电力和杆的弹力作用，竖直方向受到重力作用，合力竖直向下，小环有竖直向下的加速度，所以在c点时小环的动能不是最大，B错误；c点距离Q最近，电势最高，带负电的小环在c点的电势能最小，C错误；因为a、b两点到Q的距离相等，所以a、b两点电势相等，小环从a点到b点，静电力做功为0，根据动能定理得mgl＝mvb2－mv2，解得vb＝，D正确。 答案：D 2．(静电力做功的综合问题)在一个水平面上建立x轴，在过原点O垂直于x轴的平面的右侧空间有一个匀强电场，场强大小E＝6.0×105 N/C，方向与x轴正方向相同。在O点处放一个带电荷量q＝－5.0×10－8 C，质量m＝1.0×10－2 kg的绝缘物块。物块与水平面间的动摩擦因数μ＝0.20，沿x轴正方向给物块一个初速度v0＝2.0 m/s，如图所示。(g取10 m/s2)求： (1)物块向右运动的最大距离； (2)物块最终停止的位置。 解析：(1)设物块向右运动的最大距离为xm， 由动能定理得－μmgxm－E|q|xm＝0－mv02 解得xm＝0.4 m。 (2)因E|q|>μmg，物块不可能停止在O点右侧，设物块最终停在O点左侧且离O点为x处。 由动能定理得E|q|xm－μmg(xm＋x)＝0 解得x＝0.2 m。 答案：(1)0.4 m　(2)O点左侧0.2 m处 3.(多选)(2023·山东济宁模拟)绝缘水平面上固定一正点电荷Q，另一质