高考物理一轮总复习 热点专题8 带电粒子在电场中的综合问题分析课件

热点专题热点专题8 带电粒子在电场中的综合问题分析带电粒子在电场中的综合问题分析栏栏 目目 导导 航航1234抓知识点抓重难点课时跟踪检测抓易错点抓知识点抓知识点 用心研读用心研读 领悟细微深处领悟细微深处1 一、带电粒子在电场中综合问题的分析方法 1分析方法和力学的分析方法基本相同：先分析受力情况，再分析运动状态和运动过程(平衡、加速或减速，轨迹是直线还是曲线)；然后选用恰当的力学规律如牛顿运动定律、运动学公式、动能定理、能量守恒定律解题 2带电粒子的受力特点：在讨论带电粒子或其他带电体的静止与运动问题时，重力是否要考虑，关键看重力与其他力相比较是否能忽略一般来说，除明显暗示外，带电小球、液滴的重力不能忽略，电子、质子等带电粒子的重力可以忽略，一般可根据微粒的运动状态判断是否考虑重力作用 二、用正交分解法处理带电粒子的复杂运动 这里所说的复杂运动，区别于类平抛运动的带电粒子的偏转，它的轨迹常是更复杂的曲线，但处理这种运动的基本思想与处理偏转运动是类似的也就是说，可以将此复杂的运动分解为两个互相正交的比较简单的直线运动，而这两个直线运动的规律我们是可以掌握的，然后再按运动合成的观点求出复杂运动的有关物理量 三、用能量观点处理带电体在电场中的运动 对于受变力作用的带电体的运动，必须借助于能量观点来处理即使都是恒力作用的问题，用能量观点处理常常显得简洁具体方法常有两种： 1用动能定理处理思维顺序一般为 (1)弄清研究对象，明确所研究的物理过程； (2)分析物体在所研究过程中的受力情况，弄清哪些力做功，做正功还是负功； (3)弄清所研究过程的始、末状态(主要指动能)； (4)根据WEk列出方程求解 2用包括电势能和内能在内的能量守恒定律处理列式的方法常用两种： (1)从初、末状态的能量相等(即E1E2)列方程； (2)从某些能量的减少等于另一些能量的增加(即EE)列方程抓重难点抓重难点 动手演练动手演练 掌握提分技巧掌握提分技巧2 1直线运动带电粒子初速度与点电荷电场平行 2圆周运动带电粒子初速度与点电荷电场垂直 3曲线运动带电粒子初速度与点电荷电场有夹角重难点重难点 1带电粒子在点电荷电场中运动的三种情形带电粒子在点电荷电场中运动的三种情形 如右图所示，在点电荷Q的电场中有A、B两点，将质子和粒子(带电荷量是质子的2倍，质量是质子的4倍)分别从A点由静止释放到达B点时，它们速度大小之比为多少？例例 1 不计重力的带电粒子在非匀强电场中的运动，不能用牛顿运动定律求解，只能用动能定理求解带电粒子在匀强电场中运动的动力学问题，如涉及加速度、时间，需采用牛顿运动定律求解，否则优先用动能定理求解提分秘笈提分秘笈已知氢原子中的质子和电子所带电荷量都是e，电子质量为m，电子绕核做匀速圆周运动，轨道半径为r，试确定电子做匀速圆周运动的v、T等物理量例例 2(多选)如右图所示，虚线a、b和c是某静电场中的三个等势面，它们的电势分别为a、b和c，且abc，一带正电粒子射入电场中，其运动轨迹如实线KLMN所示由图可知() A粒子从K到L的过程中，电场力做负功 B粒子从L到M的过程中，电场力做负功 C粒子从K到L的过程中，电势能增加 D粒子从L到M的过程中，动能减少例例 3 【解析】由题目条件可知，a、b、c是孤立点电荷激发的电场中的三个等势面，因为运动粒子带正电，且沿KLMN运动，所以受到的是静电斥力，可以判断场源电荷必为正电荷，电场力做功情况便确定下来 因为KNML，所以由K到L过程中电场力做负功，电势能增大，A、C项正确；由L到M过程中，电场力先做负功后做正功，电势能先增大后减小，动能先减小后增大，B、D项错误 【答案】AC 带电粒子在周期性变化电场中运动的分析方法 1明确电场(E、U等)变化的规律 2做好两个分析(受力分析和运动分析)，抓住粒子的运动具有周期性、空间上有的具有对称性的特征，求解粒子运动过程中的速度、位移等，并确定与物理过程相关的边界条件 3分析时从两条思路出发：一是力和运动的关系，根据牛顿第二定律及运动学公式分析；二是功能关系 4此类题型一般有三种情况： 粒子做单向直线运动(一般用牛顿运动定律求解)； 粒子做往返运动(一般分段研究)； 粒子做偏转运动(一般根据交变电场特点分段研究)重难点重难点 2带电粒子在周期性变化电场中的运动带电粒子在周期性变化电场中的运动 将如右图所示交变电压加在平行板电容器A、B两极板上，开始B板电势比A板电势高，这时有一个原来静止的电子正处在两板的中间，它在电场力作用下开始运动，设A、B两极板的距离足够大，下列说法正确的是() A电子一直向着A板运动 B电子一直向着B板运动 C电子先向A运动，然后返回向B板运动，之后在 A、B两板间做周期性往复运动 D电子先向B运动，然后返回向A板运动，之后在 A、B两板间做周期性往复运动例例 4 解决本题的关键首先是明确电压的变化规律，从而明确电子的受力特点，结合牛顿第二定律进一步分析a、v的变化情况，结合at图象、vt图象分析往往能快捷解题提分秘笈提分秘笈一匀强电场的电场强度E随时间t变化的图象如下图所示，在该匀强电场中，有一个带电粒子于t0时刻由静止释放，若带电粒子只受电场力作用，则下列说法中正确的是() A带电粒子只向一个方向运动 B02 s内，电场力的功等于0 C4 s末带电粒子回到原出发点 D2.54 s，电场力做功等于0跟踪训练跟踪训练 1 解析：画出带电粒子速度v随时间t变化的图象如图所示，vt图线与时间轴所围“面积”表示位移，可见带电粒子不是只向一个方向运动，4 s末带电粒子不能回到原出发点，A、C错误；2 s末速度不为0，可见02 s内电场力的功不等于0，B错误；2.5 s和4 s末，速度的大小方向都相同，电场力做功等于0，所以D正确 答案：D 1方法技巧 功能关系在电学中应用的题目，一般过程复杂且涉及多种性质不同的力因此，通过审题，抓住受力分析和运动过程分析是关键，然后根据不同的运动过程中各力做功的特点来选择相应规律求解动能定理和能量守恒定律在处理电场中能量问题时仍是首选重难点重难点 3电场中力能综合问题电场中力能综合问题 2解题流程在如下图所示的竖直平面内，物体A和带正电的物体B用跨过定滑轮的绝缘轻绳连接，分别静止于倾角37的光滑斜面上的M点和粗糙绝缘水平面上，轻绳与对应平面平行劲度系数k5 N/m的轻弹簧一端固定在O点，一端用另一轻绳穿过固定的光滑小环D与A相连弹簧处于原长，轻绳恰好拉直，DM垂直于斜面水平面处于场强E5104 N/C，方向水平向右的匀强电场中已知A、B的质量分别为mA0.1 kg和mB0.2 kg，B所带电荷量q4106C.设两物体均视为质点，不计滑轮质量和摩擦，绳不可伸长，弹簧始终在弹性限度内，B电荷量不变取g10 m/s2，sin370.6，cos370.8.例例 5 (1)求B所受静摩擦力的大小； (2)现对A施加沿斜面向下的拉力F，使A以加速度a0.6 m/s2开始做匀加速直线运动A从M到N的过程中，B的电势能增加了Ep0.06 J已知DN沿竖直方向，B与水平面间的动摩擦因数0.4.求A到达N点时拉力F的瞬时功率 【解析】(1)根据题意静止时由平衡条件得 对A有mAgsinFT， 对B有qEf0FT，代入数据得f00.4 N. (2)根据题意从A到N点时受力分析如图所示：如图所示，有三根长度皆为l1.00 m的不可伸长的绝缘轻线，其中两根的一端固定在天花板上的O点，另一端分别挂有质量皆为m1.00102 kg的带电小球A和B，它们的电荷量分别为q和q，q1.00107 C，A、B之间用第三根线连接起来空间中存在大小为E1.00106 N/C的匀强电场，场强方向水平向右，平衡时A、B两球的位置如图所示现将O、B之间的线烧断，由于空气阻力，A、B两球最后会到达新的平衡位置，则最后两球的机械能与电势能的总和与烧断前相比改变了多少？(不计两带电小球间相互作用的静电力)跟踪训练跟踪训练 2 解析：将O、B之间的线烧断后，A、B两球最后会达到新的平衡位置(处于静止状态)对于A、B整体，其受力情况如图甲所示：重力2mg，竖直向下；两个电场力qE，一个水平向左，一个水平向右，相互平衡，所以线OA的拉力应竖直向上，即OA呈现竖直状态对于B球，其受力情况如图乙所示： 重力mg，竖直向下；电场力qE，水平向右，设线BA的拉力T2与竖直方向成角，由平衡条件得T2sinqE，T2cosmg.解得45.由此可知，A、B两球重新达到平衡的位置如图乙所示与原来位置相比，A球的重力势能减少了： EpAmgL(1sin60)； B球的重力势能减少了： EpBmgL(1sin60cos45)； A球的电势能增加了： EAqELcos60； B球的电势能减少了： EBqEL(sin45sin30)； 两种势能的总和减少了： EEBEAEpAEpB6.8102 J. 答案：减少了6.8102 J抓易错点抓易错点 亲身体会亲身体会 击破薄弱环节击破薄弱环节3如图所示，竖直平面内有一固定的光滑椭圆大环，其长轴长BD4L、短轴长AC2L.劲度系数为k的轻弹簧上端固定在大环的中心O，下端连接一个质量为m、电荷量为q、可视为质点的小环，小环刚好套在大环上且与大环及弹簧绝缘，整个装置处在水平向右的匀强电场中将小环从A点由静止释放，小环运动到B点时速度恰好为0.已知小环在A，B两点时弹簧的形变量大小相等则()例例 1易错点易错点 1带电粒子在电场中的功能关系判断带电粒子在电场中的功能关系判断 【错后感悟】整个过程中没有其他能量的产生与损耗，故弹性势能、电势能、动能三者之和守恒，判断一种能量的变化时除了可以看对应的力做功情况外，还可以看另外两种能的变化情况(多选)如图所示，水平向右的匀强电场中有一绝缘斜面，一带电金属块以一定初速度冲上斜面，已知在金属块上滑的过程中动能减小了15 J，金属块克服摩擦力做功10 J，克服重力做功25 J，则有() A金属块带负电 B金属块的电势能减小了20 J C金属块的机械能增加10 J D金属块的重力势能增加了20 J跟踪训练跟踪训练 1 解析：金属块受重力、电场力和摩擦力作用，由动能定理知W电WfWGEk，代入数值得W电20 J，即电场力做正功，金属块带正电，其电势能减小20 J，A错，B对；由功能关系知E机W电Wf10 J，即金属块的机械能增加10 J，C对；金属块的重力势能增加量等于克服重力所做的功，大小为25 J，D错 答案：BC如图所示，在竖直平面内有一匀强电场，其方向与水平方向成30斜向右上方，在电场中有一质量为m、电荷量为q的带电小球，用长为L的不可伸长的绝缘细线悬挂于O点，当小球静止于M点时，细线恰好水平现用外力将小球拉到最低点P，然后无初速度释放，则以下判断正确的是()例例 2易错点易错点 2寻找等效场的最寻找等效场的最“高高”与最与最“低低”点时易点时易出错出错 【错后感悟】小球受重力、静电力、绳子拉力三力作用，属于复合场的问题，应该找到等效的复合场，以及对应的等效最高点、最低点，转化为圆周运动来处理一条长为L的绝缘细线上端固定在O点，下端系一个质量为m、带电荷量为q的小球，将它置于一个水平向右的匀强电场中，且qEmg.在O点给小球以初速度v0，使小球恰好在竖直平面内做顺时针方向上的完整圆周，求： (1)运动过程中最“高”点的位置坐标； (2)运动过程中的最小速度和最大速度大小； (3)初速度v0的大小跟踪训练跟踪训练 2Thank you for watching