高考物理一輪總復習 熱點專題8 帶電粒子在電場中的綜合問題分析課件

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1、熱點專題熱點專題8 帶電粒子在電場中的綜合問題分析帶電粒子在電場中的綜合問題分析欄欄 目目 導導 航航1234抓知識點抓重難點課時跟蹤檢測抓易錯點抓知識點抓知識點 用心研讀用心研讀 領悟細微深處領悟細微深處1 一、帶電粒子在電場中綜合問題的分析方法 1分析方法和力學的分析方法基本相同：先分析受力情況，再分析運動狀態(tài)和運動過程(平衡、加速或減速，軌跡是直線還是曲線)；然后選用恰當?shù)牧W規(guī)律如牛頓運動定律、運動學公式、動能定理、能量守恒定律解題 2帶電粒子的受力特點：在討論帶電粒子或其他帶電體的靜止與運動問題時，重力是否要考慮，關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、質子等帶電粒子的重力可以忽略，一般可根據(jù)微粒的運動狀態(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雜運動 這里所說的復雜運動，區(qū)別于類平拋運動的帶電粒子的偏轉，它的軌跡常是更復雜的曲線，但處理這種運動的基本思想與處理偏轉運動是類似的也就是說，可以將此復雜的運動分解為兩個互相正交的比較簡單的直線運動，而這兩個直線運動的規(guī)律我們是可以掌握的，然后再按運動合成的觀點求出復雜運動的有關物理量 三、用能量觀點處理帶電體在電場中的運動 對于受變力作用的帶電體的運動，必須借助于能量觀點來處理即使都是恒力作用的問題，用能量觀點處理常常顯得簡潔具體方法常有兩種： 1用動能定理處

3、理思維順序一般為 (1)弄清研究對象，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，做正功還是負功； (3)弄清所研究過程的始、末狀態(tài)(主要指動能)； (4)根據(jù)WEk列出方程求解 2用包括電勢能和內(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)列方程抓重難點抓重難點 動手演練動手演練 掌握提分技巧掌握提分技巧2 1直線運動帶電粒子初速度與點電荷電場平行 2圓周運動帶電粒子初速度與點電荷電場垂直 3曲線運動帶電粒子初速度與點電荷電場有夾角重難點重難點 1帶電

4、粒子在點電荷電場中運動的三種情形帶電粒子在點電荷電場中運動的三種情形 如右圖所示，在點電荷Q的電場中有A、B兩點，將質子和粒子(帶電荷量是質子的2倍，質量是質子的4倍)分別從A點由靜止釋放到達B點時，它們速度大小之比為多少？例例 1 不計重力的帶電粒子在非勻強電場中的運動，不能用牛頓運動定律求解，只能用動能定理求解帶電粒子在勻強電場中運動的動力學問題，如涉及加速度、時間，需采用牛頓運動定律求解，否則優(yōu)先用動能定理求解提分秘笈提分秘笈已知氫原子中的質子和電子所帶電荷量都是e，電子質量為m，電子繞核做勻速圓周運動，軌道半徑為r，試確定電子做勻速圓周運動的v、T等物理量例例 2(多選)如右圖所示，虛

5、線a、b和c是某靜電場中的三個等勢面，它們的電勢分別為a、b和c，且abc，一帶正電粒子射入電場中，其運動軌跡如實線KLMN所示由圖可知() A粒子從K到L的過程中，電場力做負功 B粒子從L到M的過程中，電場力做負功 C粒子從K到L的過程中，電勢能增加 D粒子從L到M的過程中，動能減少例例 3 【解析】由題目條件可知，a、b、c是孤立點電荷激發(fā)的電場中的三個等勢面，因為運動粒子帶正電，且沿KLMN運動，所以受到的是靜電斥力，可以判斷場源電荷必為正電荷，電場力做功情況便確定下來 因為KNML，所以由K到L過程中電場力做負功，電勢能增大，A、C項正確；由L到M過程中，電場力先做負功后做正功，電勢能

6、先增大后減小，動能先減小后增大，B、D項錯誤 【答案】AC 帶電粒子在周期性變化電場中運動的分析方法 1明確電場(E、U等)變化的規(guī)律 2做好兩個分析(受力分析和運動分析)，抓住粒子的運動具有周期性、空間上有的具有對稱性的特征，求解粒子運動過程中的速度、位移等，并確定與物理過程相關的邊界條件 3分析時從兩條思路出發(fā)：一是力和運動的關系，根據(jù)牛頓第二定律及運動學公式分析；二是功能關系 4此類題型一般有三種情況： 粒子做單向直線運動(一般用牛頓運動定律求解)； 粒子做往返運動(一般分段研究)； 粒子做偏轉運動(一般根據(jù)交變電場特點分段研究)重難點重難點 2帶電粒子在周期性變化電場中的運動帶電粒子在

7、周期性變化電場中的運動 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板電勢比A板電勢高，這時有一個原來靜止的電子正處在兩板的中間，它在電場力作用下開始運動，設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板運動 B電子一直向著B板運動 C電子先向A運動，然后返回向B板運動，之后在 A、B兩板間做周期性往復運動 D電子先向B運動，然后返回向A板運動，之后在 A、B兩板間做周期性往復運動例例 4 解決本題的關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，結合牛頓第二定律進一步分析a、v的變化情況，結合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電

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

9、答案：D 1方法技巧 功能關系在電學中應用的題目，一般過程復雜且涉及多種性質不同的力因此，通過審題，抓住受力分析和運動過程分析是關鍵，然后根據(jù)不同的運動過程中各力做功的特點來選擇相應規(guī)律求解動能定理和能量守恒定律在處理電場中能量問題時仍是首選重難點重難點 3電場中力能綜合問題電場中力能綜合問題 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點和粗糙絕緣水平面上，輕繩與對應平面平行勁度系數(shù)k5 N/m的輕彈簧一端固定在O點，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，輕繩恰好拉直，DM垂直于斜面水平面處于場強E

10、5104 N/C，方向水平向右的勻強電場中已知A、B的質量分別為mA0.1 kg和mB0.2 kg，B所帶電荷量q4106C.設兩物體均視為質點，不計滑輪質量和摩擦，繩不可伸長，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?。?(2)現(xiàn)對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動A從M到N的過程中，B的電勢能增加了Ep0.06 J已知DN沿豎直方向，B與水平面間的動摩擦因數(shù)0.4.求A到達N點時拉力F的瞬時功率 【解析】(1)根據(jù)題意靜止時由平衡條件得 對A有mAgsinFT，

11、對B有qEf0FT，代入數(shù)據(jù)得f00.4 N. (2)根據(jù)題意從A到N點時受力分析如圖所示：如圖所示，有三根長度皆為l1.00 m的不可伸長的絕緣輕線，其中兩根的一端固定在天花板上的O點，另一端分別掛有質量皆為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的勻強電場，場強方向水平向右，平衡時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兩球最后會到達新的平衡位置，則最后兩球的機械能與電勢能的總和與燒斷前相比改變了多少？(不計兩帶電小球間相互作用的靜電力)跟蹤訓練跟

12、蹤訓練 2 解析：將O、B之間的線燒斷后，A、B兩球最后會達到新的平衡位置(處于靜止狀態(tài))對于A、B整體，其受力情況如圖甲所示：重力2mg，豎直向下；兩個電場力qE，一個水平向左，一個水平向右，相互平衡，所以線OA的拉力應豎直向上，即OA呈現(xiàn)豎直狀態(tài)對于B球，其受力情況如圖乙所示： 重力mg，豎直向下；電場力qE，水平向右，設線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兩球重新達到平衡的位置如圖乙所示與原來位置相比，A球的重力勢能減少了： EpAmgL(1sin60)； B球的重力勢能減少了： EpBmgL(1sin60cos45)；

13、A球的電勢能增加了： EAqELcos60； B球的電勢能減少了： EBqEL(sin45sin30)； 兩種勢能的總和減少了： EEBEAEpAEpB6.8102 J. 答案：減少了6.8102 J抓易錯點抓易錯點 親身體會親身體會 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)，其長軸長BD4L、短軸長AC2L.勁度系數(shù)為k的輕彈簧上端固定在大環(huán)的中心O，下端連接一個質量為m、電荷量為q、可視為質點的小環(huán)，小環(huán)剛好套在大環(huán)上且與大環(huán)及彈簧絕緣，整個裝置處在水平向右的勻強電場中將小環(huán)從A點由靜止釋放，小環(huán)運動到B點時速度恰好為0.已知小環(huán)在A，B兩點時彈簧的形變量大小相

14、等則()例例 1易錯點易錯點 1帶電粒子在電場中的功能關系判斷帶電粒子在電場中的功能關系判斷 【錯后感悟】整個過程中沒有其他能量的產(chǎn)生與損耗，故彈性勢能、電勢能、動能三者之和守恒，判斷一種能量的變化時除了可以看對應的力做功情況外，還可以看另外兩種能的變化情況(多選)如圖所示，水平向右的勻強電場中有一絕緣斜面，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金屬塊帶負電 B金屬塊的電勢能減小了20 J C金屬塊的機械能增加10 J D金屬塊的重力勢能增加了20 J跟蹤訓練跟蹤訓練 1 解析：金屬塊受重力

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