第十章 课程阶段总结(十) 静电场中的能量-【正禾一本通】2023-2024学年新教材高二物理必修3同步课堂高效讲义教师用书（人教版）

课程阶段总结(十)　静电场中的能量 　知识体系建构·关键理清 　学科素养提升·整合培优 一、静电植绒 [例1] 如图为静电植绒的装置及简图，将表面涂有黏合剂的被植体放在金属板上，打开电源开关后，在金属网与金属板间会产生3 kV的高压，放在金属网上的绒毛将垂直地粘植在被植体上。金属网和金属板间的距离为2 cm，忽略边缘效应，将网与板间的电场视为匀强电场，则下列说法正确的是(　　) A．绒毛在飞往被植体的过程中电势能不断增大 B．若增大金属网和金属板的距离，则网和板的电势差也增大 C．若减小金属网与金属板间的电势差，会安全点，效果会更好 D．绒毛穿过金属网时带上负电飞向金属板，垂直地粘植在被植体上 解析：选D。绒毛在飞往被植体的过程中，电场力做正功，电势能减小，选项A错误；金属网与金属板之间的电势差由电源电压决定，与金属网与金属板之间的距离无关，选项B错误；减小金属网与金属板间的电势差，绒毛到达被植体上时速度减小，会影响植绒效果，选项C错误；绒毛穿过金属网时带上负电飞向金属板，因金属板是等势体，场强方向与金属板垂直，则绒毛被垂直地粘植在被植体上，选项D正确。 二、冷冻电镜 [例2] 2020年2月，中国科学家通过冷冻电镜捕捉到新冠病毒表面S蛋白与人体细胞表面ACE2蛋白的结合过程，首次揭开了新冠病毒入侵人体的神秘面纱。电子显微镜是冷冻电镜中的关键部分，在电子显微镜中电子束相当于光束，通过由电场或磁场构成的电子透镜实现会聚或发散作用，其中的一种电子透镜的电场分布如图所示，图中虚线为等势面，相邻等势面间电势差相等。一电子仅在电场力作用下运动，其轨迹如图中实线所示，a、b、c是轨迹上的三点，则下列说法正确的是(　　) A．a点的电势低于b点的电势 B．a点的电场强度大于c点的电场强度 C．电子从a点运动到b点电势能增加 D．电子从a点运动到b点速度减小 解析：选A。电子所受电场力方向指向轨迹凹侧，则电场强度方向背离轨迹凹侧，并且垂直于等势面，根据沿电场方向电势降低可知a点的电势低于b点的电势，电子从a点到b点电势能减小，电场力做正功，速度增大，故A正确，C、D错误；等势面越密集的位置电场强度越大，所以a点的电场强度小于c点的电场强度，故B错误。 三、心脏除颤器 [例3] 心脏除颤器是目前临床上广泛使用的抢救设备之一，如图甲所示。心脏除颤器通过接触皮肤的电极板使电容器放电，实施电击治疗，如图乙。已知某款心脏除颤器，在短于一分钟内使40 μF电容器充电到4 000 V，存储320 J能量。抢救病人时，一部分能量在4 ms的脉冲时间内通过电极板放电进入身体，此脉冲电流的平均功率为64 kW。下列说法正确的是(　　) A．电容器放电过程中电流恒定 B．电容器充电至2 000 V时，电容为20 μF C．电容器充电至4 000 V时，电荷量为0.16 C D．一个脉冲时间内通过电极板放电进入人身体的能量是320 J 解析：选C。电容器放电过程中，电荷量减少，电压减小，电流减小，A错误；电容不随电压、电荷量的变化而变化，即电容保持不变，B错误；根据C＝可得Q＝CU＝40×10－6×4 000 C＝0.16 C，C正确；一个脉冲时间内通过电极板放电进入人身体的能量为E＝t＝64×103×4×10－3 J＝256 J，D错误。 四、高压电场干燥中药技术 [例4] 如图所示是高压电场干燥中药技术基本原理图，在大导体板MN上铺一薄层中药材，针状电极O和平板电极MN接高压直流电源，其间产生较强的电场。水分子是极性分子，可以看成棒状带电体，一端带正电，另一端带等量负电；水分子在电场力的作用下会加速从中药材中分离出去，在鼓风机的作用下飞离电场区域从而加速干燥。图中虚线ABCD是某一水分子从A处由静止开始的运动轨迹。下列说法正确的是(　　) A．A处的电场强度大于D处 B．B处的电势高于C处 C．水分子做变加速运动 D．水分子由A运动到C的过程中电势能增加 解析：选C。因D处的电场线较A处密集，可知A处的电场强度小于D处，选项A错误；沿电场线电势逐渐降低，可知B处的电势低于C处，选项B错误；水分子沿虚线ABCD运动时，电场线逐渐变的密集，所受的电场力逐渐变大，加速度逐渐变大，可知水分子做变加速运动，选项C正确；水分子由静止开始由A运动到C的过程中，电场力做正功，电势能减小，选项D错误。 五、电子束焊机 [例5] (多选)电子束焊机是一种高精密的焊接设备，它利用高速运动的电子束流轰击工件使动能转化为内能进行焊接加工。在曲面K与A之间加上高压U后，K与A之间的电场线如图所示，A到曲面各点的距离均为d，电子由静止被加速后轰击工件，电子的电荷量大小为e，不考虑电子重力，则(　　) A．待焊接的工件应放置在A极 B．A、K之间的电场强度大小为 C．电子在加速运动过程中加