高考物理靜電題型主要包括以下幾類:
1. 電場力方向判斷:這類題型主要考查電荷在電場中受力情況,需要根據電場力的大小和方向來確定電荷的移動情況。
2. 電勢能變化:電荷在電場中移動時,電場力做正負或大小變化時,電荷的電勢能也會發生變化。判斷電勢能的變化情況,也是靜電學的常考知識點。
3. 電勢判斷:根據電場線的方向判斷出電勢的高低,進而確定電荷在電場中某點電勢能的高低。
4. 等勢面相關的題目:題目中經常出現等勢面這一知識點時,通常會與電場線相配合,綜合考察學生對電場線和等勢面的理解。
5. 靜電力做功與動能之間的關系:靜電學部分會涉及到靜電力做功與動能之間的關系,即動能一定增加的情況。
6. 電勢、電勢能、電荷量三者之間的轉化:這部分內容常常結合帶電粒子在電場中的運動進行考察。
7. 電容器的相關計算:包括電容器的電容、電容器的充電和放電過程、以及由電容器引發的串并聯電路等等,這些都是靜電題型的常見考點。
總的來說,高考物理靜電題型的考察點較多且綜合,需要考生全面掌握。
例題:
【題目描述】
一個帶電的金屬板,在它的上方和下方分別存在勻強電場,方向豎直向上和豎直向下。板的上表面和下表面分別帶等量的異種電荷。板的中部有一小孔,孔徑略小于空氣的介電常數(真空中的介電常數為$1$)。現有一帶電粒子(不計重力),從孔的正上方某一高度處由靜止釋放,不計空氣阻力。
【解題思路】
1. 根據電場力提供向心力,求出粒子在板上的運動規律;
2. 根據粒子在板上的運動規律,分析粒子的運動過程;
3. 根據粒子在板上的運動過程,選擇合適的物理模型求解。
【例題解答】
設上方的電場強度為$E_{上}$,下方的電場強度為$E_{下}$,板帶電量為$Q$,板長為$L$,板小孔到下方電場邊緣的距離為$h$。帶電粒子質量為$m$,電量為$q$。
根據題意可知,帶電粒子在下方電場中受到的電場力向下,向上方電場中受到的電場力向上。根據牛頓第二定律和運動學公式可得:
$mg - qE_{下} = ma_{下}$
$qE_{上} - mg = ma_{上}$
其中$a_{下}$和$a_{上}$分別為帶電粒子在下方和上方電場中的加速度。
由于小孔的直徑略小于空氣的介電常數,所以帶電粒子在板上的運動可以近似為勻變速直線運動。根據勻變速直線運動規律可得:
$L = \frac{1}{2}a_{上}t^{2}$
$h = \frac{1}{2}a_{下}t^{2}$
其中$t$為帶電粒子在板上的運動時間。
將上述三個式子聯立可得:
$L = \frac{qE_{上}h}{mg}$
所以當帶電粒子的電量足夠大時,它會在板上做勻速直線運動。此時上方電場強度為:
E_{上} = \frac{mgL}{qh} = \frac{mgL}{\frac{q^{2}h}{m}} = \frac{mgL}{\frac{q^{3}}{m}} = \frac{mE_{下}}{q^{2}}
其中最后一個式子中$E_{下}$表示下方電場強度與粒子電量和質量的比值。當粒子電量足夠大時,上方電場強度與下方電場強度相等,此時帶電粒子會在板上做勻速直線運動。
【總結】
本題主要考查了帶電粒子在靜電場中的運動規律和受力分析。解題的關鍵是正確分析帶電粒子的受力情況,并選擇合適的物理模型求解。同時要注意題目中的隱含條件,如小孔直徑略小于空氣的介電常數等。