高考物理一輪總復(fù)習(xí) 熱點(diǎn)專題8 帶電粒子在電場(chǎng)中的綜合問題分析課件

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1、熱點(diǎn)專題熱點(diǎn)專題8 帶電粒子在電場(chǎng)中的綜合問題分析帶電粒子在電場(chǎng)中的綜合問題分析欄欄 目目 導(dǎo)導(dǎo) 航航1234抓知識(shí)點(diǎn)抓重難點(diǎn)課時(shí)跟蹤檢測(cè)抓易錯(cuò)點(diǎn)抓知識(shí)點(diǎn)抓知識(shí)點(diǎn) 用心研讀用心研讀 領(lǐng)悟細(xì)微深處領(lǐng)悟細(xì)微深處1 一、帶電粒子在電場(chǎng)中綜合問題的分析方法 1分析方法和力學(xué)的分析方法基本相同：先分析受力情況，再分析運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和運(yùn)動(dòng)過程(平衡、加速或減速，軌跡是直線還是曲線)；然后選用恰當(dāng)?shù)牧W(xué)規(guī)律如牛頓運(yùn)動(dòng)定律、運(yùn)動(dòng)學(xué)公式、動(dòng)能定理、能量守恒定律解題 2帶電粒子的受力特點(diǎn)：在討論帶電粒子或其他帶電體的靜止與運(yùn)動(dòng)問題時(shí)，重力是否要考慮，關(guān)鍵看重力與其他力相比較是否能忽略一般來說，除明顯暗示外，帶電小球、液

2、滴的重力不能忽略，電子、質(zhì)子等帶電粒子的重力可以忽略，一般可根據(jù)微粒的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)判斷是否考慮重力作用 二、用正交分解法處理帶電粒子的復(fù)雜運(yùn)動(dòng) 這里所說的復(fù)雜運(yùn)動(dòng)，區(qū)別于類平拋運(yùn)動(dòng)的帶電粒子的偏轉(zhuǎn)，它的軌跡常是更復(fù)雜的曲線，但處理這種運(yùn)動(dòng)的基本思想與處理偏轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)是類似的也就是說，可以將此復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)分解為兩個(gè)互相正交的比較簡(jiǎn)單的直線運(yùn)動(dòng)，而這兩個(gè)直線運(yùn)動(dòng)的規(guī)律我們是可以掌握的，然后再按運(yùn)動(dòng)合成的觀點(diǎn)求出復(fù)雜運(yùn)動(dòng)的有關(guān)物理量 三、用能量觀點(diǎn)處理帶電體在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng) 對(duì)于受變力作用的帶電體的運(yùn)動(dòng)，必須借助于能量觀點(diǎn)來處理即使都是恒力作用的問題，用能量觀點(diǎn)處理常常顯得簡(jiǎn)潔具體方法常有兩種： 1用動(dòng)能定理處

3、理思維順序一般為 (1)弄清研究對(duì)象，明確所研究的物理過程； (2)分析物體在所研究過程中的受力情況，弄清哪些力做功，做正功還是負(fù)功； (3)弄清所研究過程的始、末狀態(tài)(主要指動(dòng)能)； (4)根據(jù)WEk列出方程求解 2用包括電勢(shì)能和內(nèi)能在內(nèi)的能量守恒定律處理列式的方法常用兩種： (1)從初、末狀態(tài)的能量相等(即E1E2)列方程； (2)從某些能量的減少等于另一些能量的增加(即EE)列方程抓重難點(diǎn)抓重難點(diǎn) 動(dòng)手演練動(dòng)手演練 掌握提分技巧掌握提分技巧2 1直線運(yùn)動(dòng)帶電粒子初速度與點(diǎn)電荷電場(chǎng)平行 2圓周運(yùn)動(dòng)帶電粒子初速度與點(diǎn)電荷電場(chǎng)垂直 3曲線運(yùn)動(dòng)帶電粒子初速度與點(diǎn)電荷電場(chǎng)有夾角重難點(diǎn)重難點(diǎn) 1帶電

4、粒子在點(diǎn)電荷電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的三種情形帶電粒子在點(diǎn)電荷電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的三種情形 如右圖所示，在點(diǎn)電荷Q的電場(chǎng)中有A、B兩點(diǎn)，將質(zhì)子和粒子(帶電荷量是質(zhì)子的2倍，質(zhì)量是質(zhì)子的4倍)分別從A點(diǎn)由靜止釋放到達(dá)B點(diǎn)時(shí)，它們速度大小之比為多少？例例 1 不計(jì)重力的帶電粒子在非勻強(qiáng)電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)，不能用牛頓運(yùn)動(dòng)定律求解，只能用動(dòng)能定理求解帶電粒子在勻強(qiáng)電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力學(xué)問題，如涉及加速度、時(shí)間，需采用牛頓運(yùn)動(dòng)定律求解，否則優(yōu)先用動(dòng)能定理求解提分秘笈提分秘笈已知?dú)湓又械馁|(zhì)子和電子所帶電荷量都是e，電子質(zhì)量為m，電子繞核做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，軌道半徑為r，試確定電子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的v、T等物理量例例 2(多選)如右圖所示，虛

5、線a、b和c是某靜電場(chǎng)中的三個(gè)等勢(shì)面，它們的電勢(shì)分別為a、b和c，且abc，一帶正電粒子射入電場(chǎng)中，其運(yùn)動(dòng)軌跡如實(shí)線KLMN所示由圖可知() A粒子從K到L的過程中，電場(chǎng)力做負(fù)功 B粒子從L到M的過程中，電場(chǎng)力做負(fù)功 C粒子從K到L的過程中，電勢(shì)能增加 D粒子從L到M的過程中，動(dòng)能減少例例 3 【解析】由題目條件可知，a、b、c是孤立點(diǎn)電荷激發(fā)的電場(chǎng)中的三個(gè)等勢(shì)面，因?yàn)檫\(yùn)動(dòng)粒子帶正電，且沿KLMN運(yùn)動(dòng)，所以受到的是靜電斥力，可以判斷場(chǎng)源電荷必為正電荷，電場(chǎng)力做功情況便確定下來 因?yàn)镵NML，所以由K到L過程中電場(chǎng)力做負(fù)功，電勢(shì)能增大，A、C項(xiàng)正確；由L到M過程中，電場(chǎng)力先做負(fù)功后做正功，電勢(shì)能

6、先增大后減小，動(dòng)能先減小后增大，B、D項(xiàng)錯(cuò)誤 【答案】AC 帶電粒子在周期性變化電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的分析方法 1明確電場(chǎng)(E、U等)變化的規(guī)律 2做好兩個(gè)分析(受力分析和運(yùn)動(dòng)分析)，抓住粒子的運(yùn)動(dòng)具有周期性、空間上有的具有對(duì)稱性的特征，求解粒子運(yùn)動(dòng)過程中的速度、位移等，并確定與物理過程相關(guān)的邊界條件 3分析時(shí)從兩條思路出發(fā)：一是力和運(yùn)動(dòng)的關(guān)系，根據(jù)牛頓第二定律及運(yùn)動(dòng)學(xué)公式分析；二是功能關(guān)系 4此類題型一般有三種情況： 粒子做單向直線運(yùn)動(dòng)(一般用牛頓運(yùn)動(dòng)定律求解)； 粒子做往返運(yùn)動(dòng)(一般分段研究)； 粒子做偏轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)(一般根據(jù)交變電場(chǎng)特點(diǎn)分段研究)重難點(diǎn)重難點(diǎn) 2帶電粒子在周期性變化電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)帶電粒子在

7、周期性變化電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng) 將如右圖所示交變電壓加在平行板電容器A、B兩極板上，開始B板電勢(shì)比A板電勢(shì)高，這時(shí)有一個(gè)原來靜止的電子正處在兩板的中間，它在電場(chǎng)力作用下開始運(yùn)動(dòng)，設(shè)A、B兩極板的距離足夠大，下列說法正確的是() A電子一直向著A板運(yùn)動(dòng) B電子一直向著B板運(yùn)動(dòng) C電子先向A運(yùn)動(dòng)，然后返回向B板運(yùn)動(dòng)，之后在 A、B兩板間做周期性往復(fù)運(yùn)動(dòng) D電子先向B運(yùn)動(dòng)，然后返回向A板運(yùn)動(dòng)，之后在 A、B兩板間做周期性往復(fù)運(yùn)動(dòng)例例 4 解決本題的關(guān)鍵首先是明確電壓的變化規(guī)律，從而明確電子的受力特點(diǎn)，結(jié)合牛頓第二定律進(jìn)一步分析a、v的變化情況，結(jié)合at圖象、vt圖象分析往往能快捷解題提分秘笈提分秘笈一勻強(qiáng)電

8、場(chǎng)的電場(chǎng)強(qiáng)度E隨時(shí)間t變化的圖象如下圖所示，在該勻強(qiáng)電場(chǎng)中，有一個(gè)帶電粒子于t0時(shí)刻由靜止釋放，若帶電粒子只受電場(chǎng)力作用，則下列說法中正確的是() A帶電粒子只向一個(gè)方向運(yùn)動(dòng) B02 s內(nèi)，電場(chǎng)力的功等于0 C4 s末帶電粒子回到原出發(fā)點(diǎn) D2.54 s，電場(chǎng)力做功等于0跟蹤訓(xùn)練跟蹤訓(xùn)練 1 解析：畫出帶電粒子速度v隨時(shí)間t變化的圖象如圖所示，vt圖線與時(shí)間軸所圍“面積”表示位移，可見帶電粒子不是只向一個(gè)方向運(yùn)動(dòng)，4 s末帶電粒子不能回到原出發(fā)點(diǎn)，A、C錯(cuò)誤；2 s末速度不為0，可見02 s內(nèi)電場(chǎng)力的功不等于0，B錯(cuò)誤；2.5 s和4 s末，速度的大小方向都相同，電場(chǎng)力做功等于0，所以D正確

9、答案：D 1方法技巧 功能關(guān)系在電學(xué)中應(yīng)用的題目，一般過程復(fù)雜且涉及多種性質(zhì)不同的力因此，通過審題，抓住受力分析和運(yùn)動(dòng)過程分析是關(guān)鍵，然后根據(jù)不同的運(yùn)動(dòng)過程中各力做功的特點(diǎn)來選擇相應(yīng)規(guī)律求解動(dòng)能定理和能量守恒定律在處理電場(chǎng)中能量問題時(shí)仍是首選重難點(diǎn)重難點(diǎn) 3電場(chǎng)中力能綜合問題電場(chǎng)中力能綜合問題 2解題流程在如下圖所示的豎直平面內(nèi)，物體A和帶正電的物體B用跨過定滑輪的絕緣輕繩連接，分別靜止于傾角37的光滑斜面上的M點(diǎn)和粗糙絕緣水平面上，輕繩與對(duì)應(yīng)平面平行勁度系數(shù)k5 N/m的輕彈簧一端固定在O點(diǎn)，一端用另一輕繩穿過固定的光滑小環(huán)D與A相連彈簧處于原長(zhǎng)，輕繩恰好拉直，DM垂直于斜面水平面處于場(chǎng)強(qiáng)E

10、5104 N/C，方向水平向右的勻強(qiáng)電場(chǎng)中已知A、B的質(zhì)量分別為mA0.1 kg和mB0.2 kg，B所帶電荷量q4106C.設(shè)兩物體均視為質(zhì)點(diǎn)，不計(jì)滑輪質(zhì)量和摩擦，繩不可伸長(zhǎng)，彈簧始終在彈性限度內(nèi)，B電荷量不變?nèi)10 m/s2，sin370.6，cos370.8.例例 5 (1)求B所受靜摩擦力的大小； (2)現(xiàn)對(duì)A施加沿斜面向下的拉力F，使A以加速度a0.6 m/s2開始做勻加速直線運(yùn)動(dòng)A從M到N的過程中，B的電勢(shì)能增加了Ep0.06 J已知DN沿豎直方向，B與水平面間的動(dòng)摩擦因數(shù)0.4.求A到達(dá)N點(diǎn)時(shí)拉力F的瞬時(shí)功率 【解析】(1)根據(jù)題意靜止時(shí)由平衡條件得 對(duì)A有mAgsinFT，

11、對(duì)B有qEf0FT，代入數(shù)據(jù)得f00.4 N. (2)根據(jù)題意從A到N點(diǎn)時(shí)受力分析如圖所示：如圖所示，有三根長(zhǎng)度皆為l1.00 m的不可伸長(zhǎng)的絕緣輕線，其中兩根的一端固定在天花板上的O點(diǎn)，另一端分別掛有質(zhì)量皆為m1.00102 kg的帶電小球A和B，它們的電荷量分別為q和q，q1.00107 C，A、B之間用第三根線連接起來空間中存在大小為E1.00106 N/C的勻強(qiáng)電場(chǎng)，場(chǎng)強(qiáng)方向水平向右，平衡時(shí)A、B兩球的位置如圖所示現(xiàn)將O、B之間的線燒斷，由于空氣阻力，A、B兩球最后會(huì)到達(dá)新的平衡位置，則最后兩球的機(jī)械能與電勢(shì)能的總和與燒斷前相比改變了多少？(不計(jì)兩帶電小球間相互作用的靜電力)跟蹤訓(xùn)練跟

12、蹤訓(xùn)練 2 解析：將O、B之間的線燒斷后，A、B兩球最后會(huì)達(dá)到新的平衡位置(處于靜止?fàn)顟B(tài))對(duì)于A、B整體，其受力情況如圖甲所示：重力2mg，豎直向下；兩個(gè)電場(chǎng)力qE，一個(gè)水平向左，一個(gè)水平向右，相互平衡，所以線OA的拉力應(yīng)豎直向上，即OA呈現(xiàn)豎直狀態(tài)對(duì)于B球，其受力情況如圖乙所示： 重力mg，豎直向下；電場(chǎng)力qE，水平向右，設(shè)線BA的拉力T2與豎直方向成角，由平衡條件得T2sinqE，T2cosmg.解得45.由此可知，A、B兩球重新達(dá)到平衡的位置如圖乙所示與原來位置相比，A球的重力勢(shì)能減少了： EpAmgL(1sin60)； B球的重力勢(shì)能減少了： EpBmgL(1sin60cos45)；

13、A球的電勢(shì)能增加了： EAqELcos60； B球的電勢(shì)能減少了： EBqEL(sin45sin30)； 兩種勢(shì)能的總和減少了： EEBEAEpAEpB6.8102 J. 答案：減少了6.8102 J抓易錯(cuò)點(diǎn)抓易錯(cuò)點(diǎn) 親身體會(huì)親身體會(huì) 擊破薄弱環(huán)節(jié)擊破薄弱環(huán)節(jié)3如圖所示，豎直平面內(nèi)有一固定的光滑橢圓大環(huán)，其長(zhǎng)軸長(zhǎng)BD4L、短軸長(zhǎng)AC2L.勁度系數(shù)為k的輕彈簧上端固定在大環(huán)的中心O，下端連接一個(gè)質(zhì)量為m、電荷量為q、可視為質(zhì)點(diǎn)的小環(huán)，小環(huán)剛好套在大環(huán)上且與大環(huán)及彈簧絕緣，整個(gè)裝置處在水平向右的勻強(qiáng)電場(chǎng)中將小環(huán)從A點(diǎn)由靜止釋放，小環(huán)運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)時(shí)速度恰好為0.已知小環(huán)在A，B兩點(diǎn)時(shí)彈簧的形變量大小相

14、等則()例例 1易錯(cuò)點(diǎn)易錯(cuò)點(diǎn) 1帶電粒子在電場(chǎng)中的功能關(guān)系判斷帶電粒子在電場(chǎng)中的功能關(guān)系判斷 【錯(cuò)后感悟】整個(gè)過程中沒有其他能量的產(chǎn)生與損耗，故彈性勢(shì)能、電勢(shì)能、動(dòng)能三者之和守恒，判斷一種能量的變化時(shí)除了可以看對(duì)應(yīng)的力做功情況外，還可以看另外兩種能的變化情況(多選)如圖所示，水平向右的勻強(qiáng)電場(chǎng)中有一絕緣斜面，一帶電金屬塊以一定初速度沖上斜面，已知在金屬塊上滑的過程中動(dòng)能減小了15 J，金屬塊克服摩擦力做功10 J，克服重力做功25 J，則有() A金屬塊帶負(fù)電 B金屬塊的電勢(shì)能減小了20 J C金屬塊的機(jī)械能增加10 J D金屬塊的重力勢(shì)能增加了20 J跟蹤訓(xùn)練跟蹤訓(xùn)練 1 解析：金屬塊受重力

15、、電場(chǎng)力和摩擦力作用，由動(dòng)能定理知W電WfWGEk，代入數(shù)值得W電20 J，即電場(chǎng)力做正功，金屬塊帶正電，其電勢(shì)能減小20 J，A錯(cuò)，B對(duì)；由功能關(guān)系知E機(jī)W電Wf10 J，即金屬塊的機(jī)械能增加10 J，C對(duì)；金屬塊的重力勢(shì)能增加量等于克服重力所做的功，大小為25 J，D錯(cuò) 答案：BC如圖所示，在豎直平面內(nèi)有一勻強(qiáng)電場(chǎng)，其方向與水平方向成30斜向右上方，在電場(chǎng)中有一質(zhì)量為m、電荷量為q的帶電小球，用長(zhǎng)為L(zhǎng)的不可伸長(zhǎng)的絕緣細(xì)線懸掛于O點(diǎn)，當(dāng)小球靜止于M點(diǎn)時(shí)，細(xì)線恰好水平現(xiàn)用外力將小球拉到最低點(diǎn)P，然后無初速度釋放，則以下判斷正確的是()例例 2易錯(cuò)點(diǎn)易錯(cuò)點(diǎn) 2尋找等效場(chǎng)的最尋找等效場(chǎng)的最“高高”與最與最“低低”點(diǎn)時(shí)易點(diǎn)時(shí)易出錯(cuò)出錯(cuò) 【錯(cuò)后感悟】小球受重力、靜電力、繩子拉力三力作用，屬于復(fù)合場(chǎng)的問題，應(yīng)該找到等效的復(fù)合場(chǎng)，以及對(duì)應(yīng)的等效最高點(diǎn)、最低點(diǎn)，轉(zhuǎn)化為圓周運(yùn)動(dòng)來處理一條長(zhǎng)為L(zhǎng)的絕緣細(xì)線上端固定在O點(diǎn)，下端系一個(gè)質(zhì)量為m、帶電荷量為q的小球，將它置于一個(gè)水平向右的勻強(qiáng)電場(chǎng)中，且qEmg.在O點(diǎn)給小球以初速度v0，使小球恰好在豎直平面內(nèi)做順時(shí)針方向上的完整圓周，求： (1)運(yùn)動(dòng)過程中最“高”點(diǎn)的位置坐標(biāo)； (2)運(yùn)動(dòng)過程中的最小速度和最大速度大?。?(3)初速度v0的大小跟蹤訓(xùn)練跟蹤訓(xùn)練 2Thank you for watching