2023版高考物理一轮复习第七章电场阶段素养提升课练习含解析.doc

电场 阶段素养提升课
命题热点
考点与题型
(1)电场强度的理解及合成。
(2)电势、电势能、电势差的理解。
(3)电场线、等势线的应用。
(4)平行板电容器的动态分析。
(5)带电粒子(体)在电场中的运动。
(6)力、电综合问题。
(1)选择题:考查描述电场的性质。如电场强度、电势、电势能等,还有平行板电容器的动态分析等。
(2)计算题:考查带电粒子或带电物体在电场中的运动分析和能量分析。
角度一　电场性质的描述 
【典例1】(2023·全国卷Ⅱ)如图,P是固定的点电荷,虚线是以P为圆心的两个圆。带电粒子Q在P的电场中运动。运动轨迹与两圆在同一平面内,a、b、c为轨迹上的三个点。假设Q仅受P的电场力作用,其在a、b、c点的加速度大小分别为aa、ab、ac,速度大小分别为va、vb、vc,那么 (　　)
A.aa>ab>ac,va>vc>vb
B.aa>ab>ac,vb>vc> va
C.ab>ac>aa,vb>vc> va
D.ab>ac>aa,va>vc>vb
【素养解读】
核心素养
素养角度
具体表现
科学探究
证据
靠近P时,v减小,远离P时,v增大
科学
思维
模型建构
点电荷模型
科学推理
用F库=F合=ma分析a的大小
【解析】选D。由图可知Q在a、b、c点时距P的距离ra>rc>rb,且Q受P排斥力作用,由库仑定律F=k可知Fb>Fc>Fa,所以根据牛顿第二定律可知ab>ac>aa。Q在a点向b点运动,或在c点向b点运动时要克服电场力做功动能减小,又由于Q在a、b、c点时距P的距离ra>rc>rb,所以va>vc>vb,应选项D正确。
【素养特训】
如下图,两个等量异种点电荷分别位于P、Q两点,P、Q两点在同一竖直线上,水平面内有一正三角形ABC,且PQ连线的中点O为三角形ABC的中心,M、N为PQ连线上关于O点对称的两点,那么以下说法中正确的选项是 (　　)
A.A、B、C三点的电场强度大小相等但方向不同
B.A、B、C三点的电势相等
C.M点电场强度小于A点电场强度
D.将一正点电荷从N点移到B点,电场力做正功
【解析】选B。由于等量异种电荷的中垂面上任一点的电场强度方向均与两电荷连线平行且由正电荷指向负电荷,即方向竖直向下,又由几何关系知,A、B、C三点与两电荷的距离相等,所以A、B、C三点电场强度大小相等,方向相同,故A错;等量异种电荷的中垂面为等势面,故A、B、C、O四点电势相等,故B对;由于连线上M点电场强度大于O点电场强度,而O点电场强度大于A点电场强度,所以M点电场强度大于A点电场强度,C错;连线上O点电势高于N点电势,而O点电势等于B点电势,即B点电势高于N点电势,正电荷从N点移到B点,即为从低电势点移向高电势点,电场力做负功,故D错。
角度二　与电容器有关的问题 
【典例2】(2023·全国卷Ⅱ)如图,两平行的带电金属板水平放置。假设在两板中间a点从静止释放一带电微粒,微粒恰好保持静止状态,现将两板绕过a点的轴(垂直于纸面)逆时针旋转45°,再由a点从静止释放一同样的微粒,该微粒将
(　　)
A.保持静止状态
B.向左上方做匀加速运动
C.向正下方做匀加速运动
D.向左下方做匀加速运动
【素养解读】
核心素养
素养角度
具体表现
科学探究
证据、解释
电场力变化后,合力变化,运动变化
科学
思维
科学推理
⇒运动性质
【解析】选D。
作出微粒的受力示意图如下图,电场力方向为向上偏左45°,并且与重力大小相等,由力合成的平行四边形定那么得F合的方向为向左下方,再结合微粒由静止释放初速度为零,故微粒将向左下方做匀加速运动,D项正确;微粒合力不为零,故不能保持静止状态,A项错误;B项、C项的运动方向与合力方向不一致,故B、C项均错。
【素养特训】
(多项选择)如下图,在水平放置的已经充电的平行板电容器之间,有一带负电的油滴处于静止状态。假设某时刻油滴的电荷量开始减小(质量不变),为维持该油滴原来的静止状态应 (　　)
A.给平行板电容器继续充电,补充电荷量
B.让平行板电容器放电,减少电荷量
C.使两极板相互靠近些
D.将上极板水平右移一些
【解析】选A、D。给平行板电容器继续充电,电荷量增大,电容不变,由U=知电势差增大,根据E=知电场强度增大,可使电场力不变,故A正确。同理,让电容器放电时,油滴不能平衡,故B错误。因为E=,U=,C=,那么E=,说明电场强度与电容器两极板间的距离无关,即电容器两极板靠近时,电场强度不变,油滴电荷量减小,那么电场力减小,油滴不能平衡,故C错误;将上极板水平右移,正对面积减小,电容减小,电势差U=增大,电场强度E=增大,可使电场力不变而油滴平衡,故D正确。
角度三　带电体在电场中的运动问题 
【典例3】(2023·全国卷Ⅰ)真空中存在电场强度大小为E1的匀强电场,一带电油滴在该电场中竖直向上做匀速直线运动,速度大小为v0,在油滴处于位置A时,将电场强度的大小突然增大到某值,但保持其方向不变。持续一段时间t1后,又突然将电场反向,但保持其大小不变;再持续同样一段时间后,油滴运动到B点。重力加速度大小为g。
(1)求油滴运动到B点时的速度。
(2)求增大后的电场强度的大小;为保证后来的电场强度比原来的大,试给出相应的t1和v0应满足的条件。不存在电场时,油滴以初速度v0做竖直上抛运动的最大高度恰好等于B、A两点间距离的两倍。
【素养解读】
核心素养
素养角度
具体表现
科学探究
证据、
解释
电场力变化,加速度变化从而影响速度的变化
科学思维
科学推理
(1)讨论B点在A点之上或之下
(2)由E2>E1求出t1和v0的关系
【解析】(1)设油滴质量和电荷量分别为m和q,油滴速度方向向上为正。油滴在电场强度大小为E1的匀强电场中做匀速直线运动,故电场方向向上。在t=0时电场强度突然从E1增大到E2,油滴做竖直向上的匀加速运动,加速度大小设为a1,有:E2q -mg = ma1
油滴在t1时刻的速度: v1 = v0 +a1t1
电场强度突然在t1时刻反向,油滴做匀变速直线运动,加速度大小为a2,方向向下。
有:E2q + mg = ma2
油滴在t2 = 2t1时刻的速度为:v2 = v1 - a2t1
由以上四式得:v2 = v0 -2gt1
(2)由题意,在t=0时刻前有:E1q = mg
油滴从t= 0到时刻t1的位移为:
s1=v0t1+a1
油滴在从时刻t1到时刻t2 =2t1的时间间隔内的位移为:s2=v1t1-a2
设B、A两点之间的距离为h,由题给条件有:
=2g(2h)
①假设B点在A点之上,依题意有: s1+s2=h
由以上几式解得:E2=[2-2+()2]E1
为使E2>E1 ,应有:2-2+()2> 1
即:0 < t1 < (1-),对应于v2 > 0情形;
或t1 >(1+);对应于v2 < 0情形;
② 假设B在A点之下,依题意有s1+s2=-h
由以上几式解得:E2=[2-2-()2]E1
为使E2>E1,应有: 2-2-()2> 1
解得:t1 >(1+),另一解为负,不符合题意,已舍去。
答案:(1)v0-2gt1　(2)见解析
【素养特训】
(2023·深圳模拟)如下图,在竖直放置的平行金属板AB之间加上恒定电压U,AB两板的中央留有小孔O1、O2,在B的右侧有平行于极板的匀强电场E,电场范围足够大,感光板MN垂直于电场方向放置,第一次从小孔O1处从静止释放一个质子H),第二次从小孔O1处从静止释放一个α粒子He),关于这两个粒子在电场中运动的判断正确的选项是 (　　)
A.质子和α粒子打到感光板上时的速度大小之比为2∶1
B.质子和α粒子在电场中运动的时间相同
C.质子和α粒子打到感光板上时的动能之比为1∶1
D.质子和α粒子在电场中运动的轨迹重叠在一起
【解析】选D。从开始运动到打到板上质子的速度大小为v1,α粒子速度大小为v2,根据动能定理Uq+Edq=mv2-0,化简得出v=,设质子的质量为m,质子的比荷为=,α粒子的比荷为=,代入得==,选项A错误;设粒子在加速电场中加速时间为t1,加速位移为x1,在偏转电场中运动时间为t2,偏转位移为y,有x1=a1=,y=,由于质子和α粒子的加速位移和偏转位移相同,但是比荷不同,故运动时间不同,选项B错误;从开始运动到打到板上根据动能定理有Uq+Edq=Ek-0,解得Ek=q(U+Ed),因为U、E、d相同,那么有==,选项C错误;带电粒子进入偏转电场时速度为v0,根据动能定理可得qU1=m,进入偏转电场后,偏转的位移为y,有y=at2=()2,联立得y=,运动轨迹与带电粒子无关,因此运动轨迹是一条,选项D正确。