2018年高考“電場”考點歸類評析

2019-03-27 06:02:48許冬保

數理化解題研究 2019年7期

許冬保

(江西省九江第一中學 332000)

2018年全國各地高考物理試題，直接考查(不含與磁場的綜合試題)電場部分的試題共有9道．其中，北京市理綜物理試題考了1個選擇和一個論述題；全國理綜卷Ⅰ考了2個選擇題，一份試卷的重復考查表明該部分內容的重要性．下面歸類分析，以期對考生復習迎考提供幫助．

一、庫侖定律的應用

庫侖定律描述了真空中兩個點電荷之間的相互作用規律．庫侖定律的應用，涉及到力學中的受力分析的方法、力的合成的平行四邊形定則的綜合應用．試題情境較簡單，但對中等基礎的考生有較好的區分．

例1 (全國理綜卷Ⅰ，第16題)如圖1，三個固定的帶電小球a、b和c，相互間的距離分別為ab=5cm，bc=3cm，ca=4cm．小球c所受庫侖力的合力的方向平行于a、b的連線．設小球a、b所帶電荷量的比值的絕對值為k，則( ).

答案:D

解析對小球c所受庫侖力進行分析．畫出a對c的庫侖力和b對c的庫侖力的方向，若a對c的庫侖力為斥力，則a、c兩電荷同號，b對c的庫侖力為引力，b、c電荷為異號，所以a、b兩電荷異號，如圖2所示．同理，若a對c的庫侖力為引力，則a、c兩電荷異號，b對c的庫侖力為斥力，b、c電荷為同號，所以a、b兩電荷必為異號．

故正確選項是D．

點評本題考查庫侖定律、受力分析及力的合成的平行四邊形定則，試題難度小，注重對庫侖定律的直接考查，以突出考試內容的基礎性，引導考生注意夯實基礎．

二、真空點電荷電場的描述

電場的研究是從力與能量的兩個視角展開的，電場強度是描述電場力的性質的物理量，電勢是描述電場能的性質的物理量；相應的電場線及等勢面是為了形象描繪靜電場引入的輔助手段．它們構成了電場的核心內容．

1．滲透物理科學方法的考查，凸顯關鍵能力

例2 (北京理綜試題，第24題第1小題)靜電場可以用電場線和等勢面形象描述．

(1)請根據電場強度的定義和庫侖定律推導出點電荷Q的場強表達式；

解析(1)在距Q為r的位置放一電荷量為q的檢驗電荷．

2．突出場強及電勢2個基本概念的理解及應用

例3 (海南物理試題，第9題)如圖4，a、b、c、d為一邊長為l的正方形的頂點．電荷量均為q(q>0)的兩個點電荷分別固定在a、c兩點，靜電力常量為k．不計重力．下列說法正確的是( ).

B．過b、d點的直線位于同一等勢面上

C．在兩點電荷產生的電場中，ac中點的電勢最低

D．在b點從靜止釋放的電子，到達d點時速度為零

答案:AD

解析b點的電場強度由兩個分別固定在a、c兩點的點電荷共同產生的，由電場強度的矢量性及場疊加原理知，選項A正確．如圖5所示，畫出兩個等量正點電荷電場線分布示意圖，由圖可知，選項B、C錯誤．關于選項D，由于電子的電場力方向與電場強度方向相反，因而在b點從靜止釋放的電子沿中垂線向下作加速運動，由于對稱性，電子到達d點時速度為零．

綜上，正確選項是AD.

點評兩個等量正的點電荷電場線的圖示中，中間有兩根特殊的電場線，在兩點電荷連線中點場強為零，電場線繞過該點，從正的點電荷出發的電場線，在兩點電荷連線中點以90°的拐角到達無窮遠處．

3．綜合力學知識多方面考查對電場的認知

例4 (天津理綜卷，第3題)如圖6所示，實線表示某電場的電場線(方向未標出)，虛線是一帶負電的粒子只在電場力作用下的運動軌跡，設M點和N點的電勢分別為φM、φN，粒子在M和N時加速度大小分別為aM、aN，速度大小分別為vM、vN，電勢能分別為EPM、EPN．下列判斷正確的是 ( ).

A．vM

C．φM<φN，EPM

答案:D

解析由運動軌跡確定帶負電粒子所受電場力方向指向右側，從而得知場強方向指向左側，沿電場線方向電勢逐減，則φM>φN．若粒子從M運動至N，電場力做負功，動能減少，電勢能增加，EPM

綜上，正確選項是D．

點評試題通過電場線、軌跡線設計相關問題，涉及電場及力學中的知識．突出基礎性和綜合性的考查，以達到考查理解能力及推理能力之目的．

三、平行板電容器中物理量的分析

電容器是電學中三大電學元件(電容、電阻及電感)之一，頻現于物理試題中．命題形式主要有探究影響平行板電容器電容的因素及電容器相關聯的物理量的分析．在復雜問題中還滲透在含容電路及帶電粒子在平行板間運動等問題中．

1．再現教材上的演示實驗，引導教學方向

例5 (北京理綜試題，第19題)研究與平行板電容器電容有關因素的實驗裝置如圖7所示．下列說法正確的是( ).

A．實驗前，只用帶電玻璃棒與電容器a板接觸，能使電容器帶電

B．實驗中，只將電容器b板向上平移，靜電計指針的張角變小

C．實驗中，只在極板間插入有機玻璃板，靜電計指針的張角變大

D．實驗中，只增加極板帶電量，靜電計指針的張角變大，表明電容增大

答案:A

點評了解靜電計的工作原理，結合電容器的兩個表達式進行分析，容易得到正確答案．該實驗裝置要關注的是，靜電計本身就是一個電容器，只是所帶電荷量較小而已，在討論中，電荷量的總量不變，但平行板電容器所帶電荷量略有減小．試題對于今后在復習中重視教材的作用，有良好的導向作用．

2．建構新的物理情境，考查探究能力

例6 (江蘇物理試題，第5題)如圖8所示，水平金屬板A、B分別與電源兩極相連，帶電油滴處于靜止狀態．現將B板右端向下移動一小段距離，兩金屬板表面仍均為等勢面，則該油滴( ).

A．仍然保持靜止 B．豎直向下運動

C．向左下方運動 D．向右下方運動

答案:D

點評電容器極板的平移是常見的問題，對于極板的偏轉，突破常規考查方式，要求考生必須依據所學知識靈活處理新的問題．試題有利于考查考生的創新能力與探究能力．

四、帶電粒子在勻強電場中的運動

在勻強電場中，場強保持不變．帶電粒子受到恒定的電場力作用，帶電粒子作勻變速運動，以此結合牛頓運動定律、功能關系及動量定理分析有關問題．試題綜合性強，難度較大，區分度高．

1．個帶電粒子在勻強電場中的運動分析，突出探究性

例7 (全國理綜卷Ⅰ，第21題)圖10中虛線a、b、c、d、f代表勻強電場內間距相等的一組等勢面，已知平面b上的電勢為2V．一電子經過a時的動能為10eV，從a到d的過程中克服電場力所做的功為6eV．下列說法正確的是 ( ).

A．平面c上的電勢為零

B．該電子可能到達不了平面f

C．該電子經過平面d時，其電勢能為4eV

D．該電子經過平面b時的速率是經過d時的2倍

答案:AB

解析根據題述，勻強電場中等勢面間距相等，相鄰等勢面之間的電勢差相等．設相鄰等勢面之間的電勢差為U，根據電子從a到d的過程中克服電場力所做功為Wab=6eV，電場方向水平向右．由Wab=3eV，聯立解得：U=2V．已知b的電勢為2V，則平面c上的電勢為零，選項A正確；由于af之間的電勢差為4U=8V，一電子經過a時的動能為10eV，由于題述沒有指出電子速度方向，若該電子速度方向指向左或指向上或下，則該電子就到達不了平面f，選項B正確；由于題述沒有指出電子速度方向，選項CD錯誤，即正確選項是AB．

點評本題考查等勢面及其相關的知識點．試題以等勢面切入，考查電場力做功及其相關知識點．試題有利于考查考生的推理能力、分析與綜合的能力以及科學探究能力．

2．個帶電粒子在勻強電場中的運動分析，突出基礎性

例8 (全國理綜卷Ⅲ，第21題)如圖11，一平行板電容器連接在直流電源上，電容器的極板水平，兩微粒a、b所帶電荷量大小相等、符號相反，使它們分別靜止于電容器的上、下極板附近，與極板距離相等．現同時釋放a、b，它們由靜止開始運動，在隨后的某時刻t，a、b經過電容器兩極板間下半區域的同一水平面，a、b間的相互作用和重力可忽略．下列說法正確的是( ).

A．a的質量比b的大

B．在t時刻，a的動能比b的大

C．在t時刻，a和b的電勢能相等

D．在t時刻，a和b的動量大小相等

答案:BD

解析根據題述可知，微粒a向下加速運動，微粒b向上加速運動，根據a、b經過電容器兩極板間下半區域的同一水平面，可知aa>ab．對微粒a，由牛頓運動定律，qE=maaa，對微粒b，由牛頓運動定律，qE=mbab，聯立解得qE/ma>qE/mb，由此可知a的質量比b小，選項A錯誤；在a、b兩微粒運動過程中，a微粒所受合外力較大，a微粒的位移較大，由動能定理，在t時刻，a的動能比b大，選項B正確；由于在t時刻兩微粒經過同一水平面，電勢相等，電荷量大小相等，符號相反，所以在t時刻，a和b的電勢能不等，選項C錯誤；由于a、b兩微粒受到的電場力(合外力)大小相等，由動量定理知，在t時刻，a、b微粒的動量大小相等，故正確選項是BD．

點評本題考查電容器、帶電微粒在電場中的運動、牛頓運動定律、電勢能、動量定理及其相關的知識點，凸顯基礎性．試題通過力電綜合，多視角考查分析電場問題的能力與素養．

3．帶電粒子在勻強電場中受約束的運動分析，突出綜合性