2018年高考“电场”考点归类评析

2019-03-27许冬保

数理化解题研究 2019年7期

许冬保

(江西省九江第一中学 332000)

2018年全国各地高考物理试题，直接考查(不含与磁场的综合试题)电场部分的试题共有9道．其中，北京市理综物理试题考了1个选择和一个论述题；全国理综卷Ⅰ考了2个选择题，一份试卷的重复考查表明该部分内容的重要性．下面归类分析，以期对考生复习迎考提供帮助．

一、库仑定律的应用

库仑定律描述了真空中两个点电荷之间的相互作用规律．库仑定律的应用，涉及到力学中的受力分析的方法、力的合成的平行四边形定则的综合应用．试题情境较简单，但对中等基础的考生有较好的区分．

例1 (全国理综卷Ⅰ，第16题)如图1，三个固定的带电小球a、b和c，相互间的距离分别为ab=5cm，bc=3cm，ca=4cm．小球c所受库仑力的合力的方向平行于a、b的连线．设小球a、b所带电荷量的比值的绝对值为k，则( ).

答案:D

解析对小球c所受库仑力进行分析．画出a对c的库仑力和b对c的库仑力的方向，若a对c的库仑力为斥力，则a、c两电荷同号，b对c的库仑力为引力，b、c电荷为异号，所以a、b两电荷异号，如图2所示．同理，若a对c的库仑力为引力，则a、c两电荷异号，b对c的库仑力为斥力，b、c电荷为同号，所以a、b两电荷必为异号．

故正确选项是D．

点评本题考查库仑定律、受力分析及力的合成的平行四边形定则，试题难度小，注重对库仑定律的直接考查，以突出考试内容的基础性，引导考生注意夯实基础．

二、真空点电荷电场的描述

电场的研究是从力与能量的两个视角展开的，电场强度是描述电场力的性质的物理量，电势是描述电场能的性质的物理量；相应的电场线及等势面是为了形象描绘静电场引入的辅助手段．它们构成了电场的核心内容．

1．渗透物理科学方法的考查，凸显关键能力

例2 (北京理综试题，第24题第1小题)静电场可以用电场线和等势面形象描述．

(1)请根据电场强度的定义和库仑定律推导出点电荷Q的场强表达式；

解析(1)在距Q为r的位置放一电荷量为q的检验电荷．

2．突出场强及电势2个基本概念的理解及应用

例3 (海南物理试题，第9题)如图4，a、b、c、d为一边长为l的正方形的顶点．电荷量均为q(q>0)的两个点电荷分别固定在a、c两点，静电力常量为k．不计重力．下列说法正确的是( ).

B．过b、d点的直线位于同一等势面上

C．在两点电荷产生的电场中，ac中点的电势最低

D．在b点从静止释放的电子，到达d点时速度为零

答案:AD

解析b点的电场强度由两个分别固定在a、c两点的点电荷共同产生的，由电场强度的矢量性及场叠加原理知，选项A正确．如图5所示，画出两个等量正点电荷电场线分布示意图，由图可知，选项B、C错误．关于选项D，由于电子的电场力方向与电场强度方向相反，因而在b点从静止释放的电子沿中垂线向下作加速运动，由于对称性，电子到达d点时速度为零．

综上，正确选项是AD.

点评两个等量正的点电荷电场线的图示中，中间有两根特殊的电场线，在两点电荷连线中点场强为零，电场线绕过该点，从正的点电荷出发的电场线，在两点电荷连线中点以90°的拐角到达无穷远处．

3．综合力学知识多方面考查对电场的认知

例4 (天津理综卷，第3题)如图6所示，实线表示某电场的电场线(方向未标出)，虚线是一带负电的粒子只在电场力作用下的运动轨迹，设M点和N点的电势分别为φM、φN，粒子在M和N时加速度大小分别为aM、aN，速度大小分别为vM、vN，电势能分别为EPM、EPN．下列判断正确的是 ( ).

A．vM

C．φM<φN，EPM

答案:D

解析由运动轨迹确定带负电粒子所受电场力方向指向右侧，从而得知场强方向指向左侧，沿电场线方向电势逐减，则φM>φN．若粒子从M运动至N，电场力做负功，动能减少，电势能增加，EPM

综上，正确选项是D．

点评试题通过电场线、轨迹线设计相关问题，涉及电场及力学中的知识．突出基础性和综合性的考查，以达到考查理解能力及推理能力之目的．

三、平行板电容器中物理量的分析

电容器是电学中三大电学元件(电容、电阻及电感)之一，频现于物理试题中．命题形式主要有探究影响平行板电容器电容的因素及电容器相关联的物理量的分析．在复杂问题中还渗透在含容电路及带电粒子在平行板间运动等问题中．

1．再现教材上的演示实验，引导教学方向

例5 (北京理综试题，第19题)研究与平行板电容器电容有关因素的实验装置如图7所示．下列说法正确的是( ).

A．实验前，只用带电玻璃棒与电容器a板接触，能使电容器带电

B．实验中，只将电容器b板向上平移，静电计指针的张角变小

C．实验中，只在极板间插入有机玻璃板，静电计指针的张角变大

D．实验中，只增加极板带电量，静电计指针的张角变大，表明电容增大

答案:A

点评了解静电计的工作原理，结合电容器的两个表达式进行分析，容易得到正确答案．该实验装置要关注的是，静电计本身就是一个电容器，只是所带电荷量较小而已，在讨论中，电荷量的总量不变，但平行板电容器所带电荷量略有减小．试题对于今后在复习中重视教材的作用，有良好的导向作用．

2．建构新的物理情境，考查探究能力

例6 (江苏物理试题，第5题)如图8所示，水平金属板A、B分别与电源两极相连，带电油滴处于静止状态．现将B板右端向下移动一小段距离，两金属板表面仍均为等势面，则该油滴( ).

A．仍然保持静止 B．竖直向下运动

C．向左下方运动 D．向右下方运动

答案:D

点评电容器极板的平移是常见的问题，对于极板的偏转，突破常规考查方式，要求考生必须依据所学知识灵活处理新的问题．试题有利于考查考生的创新能力与探究能力．

四、带电粒子在匀强电场中的运动

在匀强电场中，场强保持不变．带电粒子受到恒定的电场力作用，带电粒子作匀变速运动，以此结合牛顿运动定律、功能关系及动量定理分析有关问题．试题综合性强，难度较大，区分度高．

1．个带电粒子在匀强电场中的运动分析，突出探究性

例7 (全国理综卷Ⅰ，第21题)图10中虚线a、b、c、d、f代表匀强电场内间距相等的一组等势面，已知平面b上的电势为2V．一电子经过a时的动能为10eV，从a到d的过程中克服电场力所做的功为6eV．下列说法正确的是 ( ).

A．平面c上的电势为零

B．该电子可能到达不了平面f

C．该电子经过平面d时，其电势能为4eV

D．该电子经过平面b时的速率是经过d时的2倍

答案:AB

解析根据题述，匀强电场中等势面间距相等，相邻等势面之间的电势差相等．设相邻等势面之间的电势差为U，根据电子从a到d的过程中克服电场力所做功为Wab=6eV，电场方向水平向右．由Wab=3eV，联立解得：U=2V．已知b的电势为2V，则平面c上的电势为零，选项A正确；由于af之间的电势差为4U=8V，一电子经过a时的动能为10eV，由于题述没有指出电子速度方向，若该电子速度方向指向左或指向上或下，则该电子就到达不了平面f，选项B正确；由于题述没有指出电子速度方向，选项CD错误，即正确选项是AB．

点评本题考查等势面及其相关的知识点．试题以等势面切入，考查电场力做功及其相关知识点．试题有利于考查考生的推理能力、分析与综合的能力以及科学探究能力．

2．个带电粒子在匀强电场中的运动分析，突出基础性

例8 (全国理综卷Ⅲ，第21题)如图11，一平行板电容器连接在直流电源上，电容器的极板水平，两微粒a、b所带电荷量大小相等、符号相反，使它们分别静止于电容器的上、下极板附近，与极板距离相等．现同时释放a、b，它们由静止开始运动，在随后的某时刻t，a、b经过电容器两极板间下半区域的同一水平面，a、b间的相互作用和重力可忽略．下列说法正确的是( ).

A．a的质量比b的大

B．在t时刻，a的动能比b的大

C．在t时刻，a和b的电势能相等

D．在t时刻，a和b的动量大小相等

答案:BD

解析根据题述可知，微粒a向下加速运动，微粒b向上加速运动，根据a、b经过电容器两极板间下半区域的同一水平面，可知aa>ab．对微粒a，由牛顿运动定律，qE=maaa，对微粒b，由牛顿运动定律，qE=mbab，联立解得qE/ma>qE/mb，由此可知a的质量比b小，选项A错误；在a、b两微粒运动过程中，a微粒所受合外力较大，a微粒的位移较大，由动能定理，在t时刻，a的动能比b大，选项B正确；由于在t时刻两微粒经过同一水平面，电势相等，电荷量大小相等，符号相反，所以在t时刻，a和b的电势能不等，选项C错误；由于a、b两微粒受到的电场力(合外力)大小相等，由动量定理知，在t时刻，a、b微粒的动量大小相等，故正确选项是BD．

点评本题考查电容器、带电微粒在电场中的运动、牛顿运动定律、电势能、动量定理及其相关的知识点，凸显基础性．试题通过力电综合，多视角考查分析电场问题的能力与素养．

3．带电粒子在匀强电场中受约束的运动分析，突出综合性