(讲义)第1章 静电场的描述 章末综合提升-【提分教练】2023-2024学年新教材高中物理必修第三册(粤教版2019)

主题1　力电综合问题 1．受力情况 带电体在电场中受到电场力作用，还可能受到其他力的作用，如重力、弹力、摩擦力等。 2．解题方法 (1)物体在各个力的作用下，若处于平衡状态，即静止或做匀速直线运动，物体所受合外力为零，利用力的平衡条件解题。 (2)物体在各个力的作用下做变速运动(直线或曲线)，物体所受合外力不为零，利用牛顿第二定律解题。 总之，处理这类问题，就像处理力学问题一样，只是分析受力时注意增加了电场力。 【典例1】　竖直放置的两块足够长的平行金属板间有匀强电场，电场强度为E，在该匀强电场中，用绝缘丝线悬挂质量为m的带电小球，丝线跟竖直方向成θ角时小球恰好平衡，小球距离右金属板的距离为b，重力加速度大小为g，如图所示。则： (1)小球带电荷量q是多少？ (2)若剪断丝线，小球碰到金属板需多长时间？ [解析]　(1)由于小球处于平衡状态，对小球受力分析，如图所示，可得 qE＝mg tan θ 故q＝。 (2)由于T＝，剪断丝线后小球所受电场力和重力的合力与未剪断丝线时丝线的拉力大小相等，故剪断丝线后小球所受重力和电场力的合力等于，小球的加速度 a＝ 小球由静止开始沿着丝线剪断前拉力的反方向做匀加速直线运动，当碰到金属板时，它的位移为 s＝ 由s＝at2得 t＝。 [答案]　(1)　(2) “四步”巧解力电综合问题 (1)分析电场确定研究对象。 (2)“整体法、隔离法”做好受力分析。 (3)明确力的方向和个数巧建坐标系。 (4)根据状态列方程求解。 主题2　带电体在电场中的运动 1．带电体在电场中的运动是一类综合性很强的问题，解决这类问题时，常把带电体看作点电荷，应用力学知识(如牛顿运动定律、动能定理等)求解。 2．带电体在匀强电场中受到的电场力是恒力，若带电体只受电场力作用，则其运动是在恒力作用下的运动，解决问题的思路是抓住两个分析：受力分析和运动分析。 3．带电体在非匀强电场中所受电场力是变力，这类运动往往用动能定理进行分析和解答。 【典例2】　如图所示为一匀强电场，电场强度与水平方向的夹角为θ。现有一带电小球以初速度v0由A点水平射入该匀强电场，恰好做直线运动从B点离开电场。已知带电小球的质量为m，重力加速度大小为g，电荷量为q，A、B之间的距离为d。试分析： (1)带电小球的电性； (2)此匀强电场的场强大小E； (3)小球经过B点时的速度大小vB。 [解析]　(1)小球进入电场后受两个力作用，重力mg和电场力qE，小球恰好做直线运动，则小球所受电场力qE和重力mg的合力F沿直线AB方向，如图所示，可知小球带正电。 (2)由图可知mg＝qE sin θ， 所以匀强电场的电场强度大小为E＝。 (3)小球在恒力作用下由A到B做匀加速直线运动，合力为F＝， 由牛顿第二定律得加速度为a＝， 由匀变速直线运动的规律得＝2ad， 则vB＝。 [答案]　(1)带正电　(2) “一关键、三应用”巧解带电体 在电场中的运动问题 (1)一关键：受力分析。 (2)三应用：平衡知识、动力学知识和功能关系。 主题3　电场中的图像问题 在考查电场中的基本概念时，往往给出与电场分布有关的图像，如：E-x图像、φ-x图像、Ep-x图像，或与粒子运动规律有关的图像，如：v-t图像，掌握各个图像的特点，理解其斜率、截距、“面积”对应的物理意义，就能顺利解决相关问题。 几种常见图像的特点及规律 v-t图像 根据v-t图像中速度变化、斜率确定电荷所受合力的方向与合力大小变化，确定电场的方向、电势高低及电势能变化 φ-x图像 ①电场强度的大小等于φ-x图线的斜率大小，电场强度为零处，φ-x图线存在极值，其切线的斜率为零；②在φ-x图像中可以直接判断各点电势的高低，并可根据电势高低关系确定电场强度的方向；③在φ-x图像中分析电荷移动时电势能的变化，可用WAB＝qUAB，进而分析WAB的正、负，然后做出判断 E-x 图像 ①反映了电场强度随位移变化的规律；②E＞0表示场强沿x轴正方向，E＜0表示场强沿x轴负方向；③图线与x轴围成的“面积”表示电势差，“面积”大小表示电势差大小，两点的电势高低根据电场方向判定 Ep-x 图像 ①反映了电势能随位移变化的规律；②图线的切线斜率大小等于电场力大小；③进一步判断场强、动能、加速度等随位移的变化情况 【典例3】　(多选)两电荷量分别为q1和q2的点电荷放在x轴上的O、M两点，两电荷连线上各点电势φ随x变化的关系如图所示，其中A、N两点的电势为零，ND段中C点的电势最高，则(　　) A．C点的电场强度大小为零 B．A点的电场强度大小为零 C．NC间场强方向沿x轴正方向 D．将一负点电荷从N点移到D点，电场力先做正功后做负功 AD　[φ-x图像中斜率表示场强大小，则由题图可知，由O点到M点，电势一直降