2019年度高考物理一輪復(fù)習(xí) 第七章 靜電場(chǎng) 專題強(qiáng)化八 帶電粒子（帶電體）在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的綜合問題課件.ppt

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第七章靜電場(chǎng) 專題強(qiáng)化八帶電粒子 帶電體 在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的綜合問題 1 本專題主要講解帶電粒子 帶電體 在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)動(dòng)力學(xué)和能量觀點(diǎn)的綜合運(yùn)用 高考常以計(jì)算題出現(xiàn) 2 學(xué)好本專題 可以加深對(duì)動(dòng)力學(xué)和能量知識(shí)的理解 能靈活應(yīng)用受力分析 運(yùn)動(dòng)分析特別是曲線運(yùn)動(dòng) 平拋運(yùn)動(dòng) 圓周運(yùn)動(dòng) 的方法與技巧 熟練應(yīng)用能量觀點(diǎn)解題 3 用到的知識(shí) 受力分析 運(yùn)動(dòng)分析 能量觀點(diǎn) 過好雙基關(guān) 一 帶電粒子在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)1 分析方法 先分析受力情況 再分析和運(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 能量守恒定律解題 2 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 運(yùn)動(dòng)狀態(tài) 動(dòng)能定理 二 用能量觀點(diǎn)處理帶電體的運(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)處理也常常顯得簡(jiǎn)潔 具體方法常有兩種 1 用動(dòng)能定理處理思維順序一般為 1 弄清研究對(duì)象 明確所研究的 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)W 列出方程求解 物理過程 Ek 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有兩種 1 利用初 末狀態(tài)的能量相等 即E1 E2 列方程 2 利用某些能量的減少等于另一些能量的增加 即 E E 列方程 3 兩個(gè)結(jié)論 1 若帶電粒子只在電場(chǎng)力作用下運(yùn)動(dòng) 其動(dòng)能和電勢(shì)能之和 2 若帶電粒子只在重力和電場(chǎng)力作用下運(yùn)動(dòng) 其機(jī)械能和之和保持不變 保持不變 電勢(shì)能 研透命題點(diǎn) 1 常見的交變電場(chǎng)常見的產(chǎn)生交變電場(chǎng)的電壓波形有方形波 鋸齒波 正弦波等 2 常見的題目類型 1 粒子做單向直線運(yùn)動(dòng) 一般用牛頓運(yùn)動(dòng)定律求解 2 粒子做往返運(yùn)動(dòng) 一般分段研究 3 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 命題點(diǎn)一帶電粒子在交變電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng) 能力考點(diǎn)師生共研 3 思維方法 1 注重全面分析 分析受力特點(diǎn)和運(yùn)動(dòng)規(guī)律 抓住粒子的運(yùn)動(dòng)具有周期性和在空間上具有對(duì)稱性的特征 求解粒子運(yùn)動(dòng)過程中的速度 位移 做功或確定與物理過程相關(guān)的邊界條件 2 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)規(guī)律分析 二是功能關(guān)系 3 注意對(duì)稱性和周期性變化關(guān)系的應(yīng)用 例1如圖1 a 所示 兩平行正對(duì)的金屬板A B間加有如圖 b 所示的交變電壓 一重力可忽略不計(jì)的帶正電粒子被固定在兩板的正中間P處 若在t0時(shí)刻釋放該粒子 粒子會(huì)時(shí)而向A板運(yùn)動(dòng) 時(shí)而向B板運(yùn)動(dòng) 并最終打在A板上 則t0可能屬于的時(shí)間段是 答案 解析 圖1 變式1如圖2所示 A B兩金屬板平行放置 在t 0時(shí)將電子從A板附近由靜止釋放 電子的重力忽略不計(jì) 分別在A B兩板間加上下列哪種電壓時(shí) 有可能使電子到不了B板 答案 圖2 變式2 多選 2015 山東理綜 20 如圖3甲所示 兩水平金屬板間距為d 板間電場(chǎng)強(qiáng)度的變化規(guī)律如圖乙所示 t 0時(shí)刻 質(zhì)量為m的帶電微粒以初速度v0沿中線射入兩板間 0 時(shí)間內(nèi)微粒勻速運(yùn)動(dòng) T時(shí)刻微粒恰好經(jīng)金屬板邊緣飛出 微粒運(yùn)動(dòng)過程中未與金屬板接觸 重力加速度的大小為g 關(guān)于微粒在0 T時(shí)間內(nèi)運(yùn)動(dòng)的描述 正確的是A 末速度大小為B 末速度沿水平方向C 重力勢(shì)能減少了mgdD 克服電場(chǎng)力做功為mgd 答案 解析 圖3 1 等效重力法將重力與電場(chǎng)力進(jìn)行合成 如圖4所示 則F合為等效重力場(chǎng)中的 重力 g 為等效重力場(chǎng)中的 等效重力加速度 F合的方向等效為 重力 的方向 即在等效重力場(chǎng)中的豎直向下方向 命題點(diǎn)二用 等效法 處理帶電粒子在電場(chǎng)和重力場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng) 思想方法 能力考點(diǎn)師生共研 圖4 2 物理最高點(diǎn)與幾何最高點(diǎn)在 等效力場(chǎng) 中做圓周運(yùn)動(dòng)的小球 經(jīng)常遇到小球在豎直平面內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng)的臨界速度問題 小球能維持圓周運(yùn)動(dòng)的條件是能過最高點(diǎn) 而這里的最高點(diǎn)不一定是幾何最高點(diǎn) 而應(yīng)是物理最高點(diǎn) 幾何最高點(diǎn)是圖形中所畫圓的最上端 是符合人眼視覺習(xí)慣的最高點(diǎn) 而物理最高點(diǎn)是物體在圓周運(yùn)動(dòng)過程中速度最小 稱為臨界速度 的點(diǎn) 例2如圖5所示 半徑為r的絕緣光滑圓環(huán)固定在豎直平面內(nèi) 環(huán)上套有一質(zhì)量為m 帶電荷量為 q的珠子 現(xiàn)在圓環(huán)平面內(nèi)加一個(gè)勻強(qiáng)電場(chǎng) 使珠子由最高點(diǎn)A從靜止開始釋放 AC BD為圓環(huán)的兩條互相垂直的直徑 要使珠子沿圓弧經(jīng)過B C剛好能運(yùn)動(dòng)到D 重力加速度為g 1 求所加電場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)最小值及所對(duì)應(yīng)的場(chǎng)強(qiáng)的方向 答案 解析 答案見解析 圖5 解析根據(jù)題述 珠子運(yùn)動(dòng)到BC弧中點(diǎn)M時(shí)速度最大 作過M點(diǎn)的直徑MN 設(shè)電場(chǎng)力與重力的合力為F 則其方向沿NM方向 分析珠子在M點(diǎn)的受力情況 由圖可知 當(dāng)F電垂直于F時(shí) F電最小 最小值為 2 當(dāng)所加電場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)為最小值時(shí) 求珠子由A到達(dá)D的過程中速度最大時(shí)對(duì)環(huán)的作用力大小 答案 解析 答案見解析 把電場(chǎng)力與重力的合力看做是 等效重力 對(duì)珠子由A運(yùn)動(dòng)到M的過程 由動(dòng)能定理得 由牛頓第三定律知 珠子對(duì)環(huán)的作用力大小為 3 在 1 問電場(chǎng)中 要使珠子能完成完整的圓周運(yùn)動(dòng) 在A點(diǎn)至少應(yīng)使它具有多大的初動(dòng)能 答案 解析 答案見解析 解析由題意可知 N點(diǎn)為等效最高點(diǎn) 只要珠子能到達(dá)N點(diǎn) 就能做完整的圓周運(yùn)動(dòng) 珠子在N點(diǎn)速度為0時(shí) 所需初動(dòng)能最小 此過程中 由動(dòng)能定理得 F r 0 EkA 變式3 2018 陜西西安質(zhì)檢 如圖6所示的裝置是在豎直平面內(nèi)放置的光滑絕緣軌道 處于水平向右的勻強(qiáng)電場(chǎng)中 帶負(fù)電荷的小球從高為h的A處由靜止開始下滑 沿軌道ABC運(yùn)動(dòng)并進(jìn)入圓環(huán)內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng) 已知小球所受電場(chǎng)力是其重力的圓環(huán)半徑為R 斜面傾角為 60 sBC 2R 若使小球在圓環(huán)內(nèi)能做完整的圓周運(yùn)動(dòng) h至少為多少 sin37 0 6 cos37 0 8 答案 解析 答案7 7R 圖6 解析小球所受的重力和電場(chǎng)力都為恒力 故可將兩力等效為一個(gè)力F 如圖所示 可知F 1 25mg 方向與豎直方向成37 角 由圖可知 小球做完整的圓周運(yùn)動(dòng)的臨界點(diǎn)是D點(diǎn) 設(shè)小球恰好能通過D點(diǎn) 即到達(dá)D點(diǎn)時(shí)圓環(huán)對(duì)小球的彈力恰好為零 由圓周運(yùn)動(dòng)知識(shí)得 小球由A運(yùn)動(dòng)到D點(diǎn) 由動(dòng)能定理結(jié)合幾何知識(shí)得 1 力學(xué)規(guī)律 1 動(dòng)力學(xué)規(guī)律 牛頓運(yùn)動(dòng)定律結(jié)合運(yùn)動(dòng)學(xué)公式 2 能量規(guī)律 動(dòng)能定理或能量守恒定律 2 電場(chǎng)規(guī)律 1 電場(chǎng)力的特點(diǎn) F Eq 正電荷受到的電場(chǎng)力與場(chǎng)強(qiáng)方向相同 2 電場(chǎng)力做功的特點(diǎn) WAB FLABcos qUAB EpA EpB 命題點(diǎn)三電場(chǎng)中的力電綜合問題 能力考點(diǎn)師生共研 3 多階段運(yùn)動(dòng)在多階段運(yùn)動(dòng)過程中 當(dāng)物體所受外力突變時(shí) 物體由于慣性而速度不發(fā)生突變 故物體在前一階段的末速度即為物體在后一階段的初速度 對(duì)于多階段運(yùn)動(dòng)過程中物體在各階段中發(fā)生的位移之間的聯(lián)系 可以通過作運(yùn)動(dòng)過程草圖來獲得 例3 2017 全國(guó)卷 25 真空中存在電場(chǎng)強(qiáng)度大小為E1的勻強(qiáng)電場(chǎng) 一帶電油滴在該電場(chǎng)中豎直向上做勻速直線運(yùn)動(dòng) 速度大小為v0 在油滴處于位置A時(shí) 將電場(chǎng)強(qiáng)度的大小突然增大到某值 但保持其方向不變 持續(xù)一段時(shí)間t1后 又突然將電場(chǎng)反向 但保持其大小不變 再持續(xù)同樣一段時(shí)間后 油滴運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn) 重力加速度大小為g 1 求油滴運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)時(shí)的速度 答案 解析 答案見解析 解析油滴帶電性質(zhì)不影響結(jié)果 設(shè)該油滴帶正電 油滴質(zhì)量和電荷量分別為m和q 油滴速度方向向上為正 油滴在電場(chǎng)強(qiáng)度大小為E1的勻強(qiáng)電場(chǎng)中做勻速直線運(yùn)動(dòng) 故勻強(qiáng)電場(chǎng)方向向上 在t 0時(shí) 電場(chǎng)強(qiáng)度突然從E1增加至E2 油滴做豎直向上的勻加速運(yùn)動(dòng) 加速度方向向上 大小a1滿足qE2 mg ma1 油滴在t1時(shí)刻的速度為v1 v0 a1t1 電場(chǎng)強(qiáng)度在t1時(shí)刻突然反向 之后油滴做勻變速直線運(yùn)動(dòng) 加速度方向向下 大小a2滿足qE2 mg ma2 油滴在t2 2t1時(shí)刻 即運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)時(shí)的速度為v2 v1 a2t1 由 式得v2 v0 2gt1 2 求增大后的電場(chǎng)強(qiáng)度的大小 為保證后來的電場(chǎng)強(qiáng)度比原來的大 試給出相應(yīng)的t1和v0應(yīng)滿足的條件 已知不存在電場(chǎng)時(shí) 油滴以初速度v0做豎直上拋運(yùn)動(dòng)的最大高度恰好等于B A兩點(diǎn)間距離的兩倍 解析 答案 答案見解析 解析由題意 在t 0時(shí)刻前有qE1 mg 油滴從t 0到t1時(shí)刻的位移為x1 v0t1 a1t12 油滴在從t1時(shí)刻到t2 2t1時(shí)刻的時(shí)間間隔內(nèi)的位移為x2 v1t1 a2t12 由題給條件有v02 2g 2h 4gh 式中h是B A兩點(diǎn)之間的距離 若B點(diǎn)在A點(diǎn)之上 依題意有x1 x2 h 由 式得 條件 式和 式分別對(duì)應(yīng)于v2 0和v2 0兩種情形 若B在A點(diǎn)之下 依題意有x2 x1 h 由 式得 另一解為負(fù) 不符合題意 舍去 變式4 2017 全國(guó)卷 25 如圖7所示 兩水平面 虛線 之間的距離為H 其間的區(qū)域存在方向水平向右的勻強(qiáng)電場(chǎng) 自該區(qū)域上方的A點(diǎn)將質(zhì)量均為m 電荷量分別為q和 q q 0 的帶電小球M N先后以相同的初速度沿平行于電場(chǎng)的方向射出 小球在重力作用下進(jìn)入電場(chǎng)區(qū)域 并從該區(qū)域的下邊界離開 已知N離開電場(chǎng)時(shí)的速度方向豎直向下 M在電場(chǎng)中做直線運(yùn)動(dòng) 剛離開電場(chǎng)時(shí)的動(dòng)能為N剛離開電場(chǎng)時(shí)的動(dòng)能的1 5倍 不計(jì)空氣阻力 重力加速度大小為g 求 1 M與N在電場(chǎng)中沿水平方向的位移之比 答案3 1 圖7 答案 解析 解析設(shè)小球M N在A點(diǎn)水平射出時(shí)的初速度大小為v0 則它們進(jìn)入電場(chǎng)時(shí)的水平速度仍然為v0 M N在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間t相等 電場(chǎng)力作用下產(chǎn)生的加速度沿水平方向 大小均為a 在電場(chǎng)中沿水平方向的位移分別為s1和s2 由題給條件和運(yùn)動(dòng)學(xué)公式得v0 at 0 2 A點(diǎn)距電場(chǎng)上邊界的高度 答案 解析 解析設(shè)A點(diǎn)距電場(chǎng)上邊界的高度為h 小球下落h時(shí)在豎直方向的分速度為vy 由運(yùn)動(dòng)學(xué)公式vy2 2gh M進(jìn)入電場(chǎng)后做直線運(yùn)動(dòng) 由幾何關(guān)系知 3 該電場(chǎng)的電場(chǎng)強(qiáng)度大小 答案 解析 解析設(shè)電場(chǎng)強(qiáng)度的大小為E 小球M進(jìn)入電場(chǎng)后做直線運(yùn)動(dòng) 則 設(shè)M N離開電場(chǎng)時(shí)的動(dòng)能分別為Ek1 Ek2 由動(dòng)能定理得 由已知條件Ek1 1 5Ek2 聯(lián)立 式得 變式5如圖8所示 在E 103V m的豎直勻強(qiáng)電場(chǎng)中 有一光滑半圓形絕緣軌道QPN與一水平絕緣軌道MN在N點(diǎn)平滑相接 半圓形軌道平面與電場(chǎng)線平行 其半徑R 40cm N為半圓形軌道最低點(diǎn) P為QN圓弧的中點(diǎn) 一帶負(fù)電q 10 4C的小滑塊質(zhì)量m 10g 與水平軌道間的動(dòng)摩擦因數(shù) 0 15 位于N點(diǎn)右側(cè)1 5m的M處 g取10m s2 求 1 要使小滑塊恰能運(yùn)動(dòng)到半圓形軌道的最高點(diǎn)Q 則小滑塊應(yīng)以多大的初速度v0向左運(yùn)動(dòng) 答案 解析 答案7m s 圖8 解析設(shè)小滑塊恰能到達(dá)Q點(diǎn)時(shí)速度為v 小滑塊從開始運(yùn)動(dòng)至到達(dá)Q點(diǎn)過程中 由動(dòng)能定理得 聯(lián)立解得 v0 7m s 2 這樣運(yùn)動(dòng)的小滑塊通過P點(diǎn)時(shí)對(duì)軌道的壓力是多大 答案0 6N 解析設(shè)小滑塊到達(dá)P點(diǎn)時(shí)速度為v 則從開始運(yùn)動(dòng)至到達(dá)P點(diǎn)過程中 由動(dòng)能定理得 代入數(shù)據(jù) 解得 FN 0 6N由牛頓第三定律得 小滑塊通過P點(diǎn)時(shí)對(duì)軌道的壓力FN FN 0 6N 答案 解析 課時(shí)作業(yè) 1 2017 河南中原名校第二次聯(lián)考 如圖1所示 在兩平行金屬板中央有一個(gè)靜止的電子 不計(jì)重力 當(dāng)兩板間的電壓分別如圖2中甲 乙 丙 丁所示 電子在板間運(yùn)動(dòng) 假設(shè)不與板相碰 下列說法正確的是 答案 解析 A 電壓是甲圖時(shí) 在0 T時(shí)間內(nèi) 電子的電勢(shì)能一直減少B 電壓是乙圖時(shí) 在0 時(shí)間內(nèi) 電子的電勢(shì)能先增加后減少C 電壓是丙圖時(shí) 電子在板間做往復(fù)運(yùn)動(dòng)D 電壓是丁圖時(shí) 電子在板間做往復(fù)運(yùn)動(dòng) 圖1 圖2 1 2 3 4 5 6 7 8 9 解析若電壓是甲圖 0 T時(shí)間內(nèi) 電場(chǎng)力先向左后向右 則電子先向左做勻加速直線運(yùn)動(dòng) 后做勻減速直線運(yùn)動(dòng) 即電場(chǎng)力先做正功后做負(fù)功 電勢(shì)能先減少后增加 故A錯(cuò)誤 電壓是乙圖時(shí) 在0 時(shí)間內(nèi) 電子向右先加速后減速 即電場(chǎng)力先做正功后做負(fù)功 電勢(shì)能先減少后增加 故B錯(cuò)誤 電壓是丙圖時(shí) 電子先向左做加速度先增大后減小的加速運(yùn)動(dòng) 過了做加速度先增大后減小的減速運(yùn)動(dòng) 到T時(shí)速度減為0 之后重復(fù)前面的運(yùn)動(dòng) 故電子一直朝同一方向運(yùn)動(dòng) C錯(cuò)誤 電壓是丁圖時(shí) 電子先向左加速 到后向左減速 后向右加速 后向右減速 T時(shí)速度減為零 之后重復(fù)前面的運(yùn)動(dòng) 故電子做往復(fù)運(yùn)動(dòng) D正確 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 2 3 4 5 2 將如圖3所示的交變電壓加在平行板電容器A B兩板上 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兩極板間的距離足夠大 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板運(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板運(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) 6 7 8 9 答案 圖3 1 2 3 4 5 3 一勻強(qiáng)電場(chǎng)的電場(chǎng)強(qiáng)度E隨時(shí)間t變化的圖象如圖4所示 在該勻強(qiáng)電場(chǎng)中 有一個(gè)帶負(fù)電粒子于t 0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 假設(shè)帶電粒子不與板相碰 A 帶電粒子只向一個(gè)方向運(yùn)動(dòng)B 0 2s內(nèi) 電場(chǎng)力做功等于0C 4s末帶電粒子回到原出發(fā)點(diǎn)D 2 5 4s內(nèi) 電場(chǎng)力做功等于0 6 7 8 9 答案 解析 圖4 1 2 3 4 5 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 6 7 8 9 v t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) 4s末帶電粒子不能回到原出發(fā)點(diǎn) A C錯(cuò)誤 2s末速度不為0 可見0 2s內(nèi)電場(chǎng)力做的功不等于0 B錯(cuò)誤 2 5s末和4s末 速度的大小 方向都相同 則2 5 4s內(nèi) 電場(chǎng)力做功等于0 所以D正確 1 2 3 4 5 4 如圖5所示 在豎直向上的勻強(qiáng)電場(chǎng)中 一根不可伸長(zhǎng)的絕緣細(xì)繩的一端系著一個(gè)帶電小球 另一端固定于O點(diǎn) 小球在豎直平面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng) 最高點(diǎn)為a 最低點(diǎn)為b 不計(jì)空氣阻力 則下列說法正確的是A 小球帶負(fù)電B 電場(chǎng)力跟重力平衡C 小球在從a點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到b點(diǎn)的過程中 電勢(shì)能減小D 小球在運(yùn)動(dòng)過程中機(jī)械能守恒 6 7 8 9 答案 解析 圖5 1 2 3 4 5 解析由于小球在豎直平面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng) 所以重力與電場(chǎng)力的合力為0 電場(chǎng)力方向豎直向上 小球帶正電 A錯(cuò) B對(duì) 從a b 電場(chǎng)力做負(fù)功 電勢(shì)能增大 C錯(cuò) 由于有電場(chǎng)力做功 機(jī)械能不守恒 D錯(cuò) 6 7 8 9 1 2 3 4 5 5 多選 2017 河北唐山一模 如圖6所示 豎直平面內(nèi)有A B兩點(diǎn) 兩點(diǎn)的水平距離和豎直距離均為H 空間存在水平向右的勻強(qiáng)電場(chǎng) 一質(zhì)量為m的帶電小球從A點(diǎn)以水平速度v0拋出 經(jīng)一段時(shí)間豎直向下通過B點(diǎn) 重力加速度為g 小球在由A到B的運(yùn)動(dòng)過程中 下列說法正確的是 6 7 8 9 答案 解析 A 小球帶負(fù)電B 速度先增大后減小C 機(jī)械能一直減小D 任意一小段時(shí)間內(nèi) 電勢(shì)能的增加量總等于重力勢(shì)能的減少量 圖6 1 2 3 4 5 解析由題可知 小球在豎直方向做自由落體運(yùn)動(dòng) 在水平方向做勻減速運(yùn)動(dòng) 可知其所受電場(chǎng)力方向向左 與電場(chǎng)方向相反 則小球帶負(fù)電 電場(chǎng)力一直對(duì)小球做負(fù)功 小球的電勢(shì)能增加 機(jī)械能減小 A C正確 小球受豎直向下的重力和水平向左的電場(chǎng)力 合力方向指向左下方 又初速度水平向右 末速度豎直向下 由力與速度夾角關(guān)系可知 合力對(duì)小球先做負(fù)功 后做正功 小球的速度先減小后增大 B錯(cuò)誤 任意一小段時(shí)間內(nèi) 小球的動(dòng)能 電勢(shì)能和重力勢(shì)能的和保持不變 則電勢(shì)能的增加量不一定等于重力勢(shì)能的減少量 D錯(cuò)誤 6 7 8 9 6 2017 河南鄭州第一次聯(lián)考 如圖7甲所示 在y 0和y 2m之間有沿著x軸方向的勻強(qiáng)電場(chǎng) MN為電場(chǎng)區(qū)域的上邊界 在x軸方向范圍足夠大 電場(chǎng)強(qiáng)度的變化如圖乙所示 取x軸正方向?yàn)殡妶?chǎng)正方向 現(xiàn)有一個(gè)帶負(fù)電的粒子 粒子的比荷 1 0 10 2C kg 在t 0時(shí)刻以速度v0 5 102m s從O點(diǎn)沿y軸正方向進(jìn)入電場(chǎng)區(qū)域 不計(jì)粒子重力作用 求 1 粒子通過電場(chǎng)區(qū)域的時(shí)間 答案 解析 答案4 10 3s 1 2 3 4 5 6 7 8 9 圖7 解析因?yàn)榱Ｗ映跛俣确较虼怪庇趧驈?qiáng)電場(chǎng) 在電場(chǎng)中做類平拋運(yùn)動(dòng) 所以粒子通過電場(chǎng)區(qū)域的時(shí)間t 4 10 3s 1 2 3 4 5 6 7 8 9 2 粒子離開電場(chǎng)的位置坐標(biāo) 答案 解析 答案 2 10 5m 2m 1 2 3 4 5 6 7 8 9 3 粒子通過電場(chǎng)區(qū)域后沿x軸方向的速度大小 答案 解析 答案4 10 3m s 1 2 3 4 5 6 7 8 9 解析粒子通過電場(chǎng)區(qū)域后沿x軸方向的速度大小為 7 2018 江西宜春調(diào)研 如圖8所示 O A B C為一粗糙絕緣水平面上的四點(diǎn) 不計(jì)空氣阻力 一電荷量為 Q的點(diǎn)電荷固定在O點(diǎn) 現(xiàn)有一質(zhì)量為m 電荷量為 q的小金屬塊 可視為質(zhì)點(diǎn) 從A點(diǎn)由靜止沿它們的連線向右運(yùn)動(dòng) 到B點(diǎn)時(shí)速度最大 其大小為vm 小金屬塊最后停止在C點(diǎn) 已知小金屬塊與水平面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為 A B間距離為L(zhǎng) 靜電力常量為k 則A 在點(diǎn)電荷 Q形成的電場(chǎng)中 A B兩點(diǎn)間的電勢(shì)差UAB B 在小金屬塊由A向C運(yùn)動(dòng)的過程中 電勢(shì)能先增大后減小C OB間的距離為D 從B到C的過程中 小金屬塊的動(dòng)能全部轉(zhuǎn)化為電勢(shì)能 答案 解析 圖8 1 2 3 4 5 6 7 8 9 小金屬塊由A點(diǎn)向C點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的過程中 電場(chǎng)力一直做正功 電勢(shì)能一直減小 故B錯(cuò)誤 1 2 3 4 5 6 7 8 9 從B到C的過程中 小金屬塊的動(dòng)能和減少的電勢(shì)能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能 故D錯(cuò)誤 8 如圖9所示 勻強(qiáng)電場(chǎng)方向與水平線間夾角 30 方向斜向右上方 電場(chǎng)強(qiáng)度為E 質(zhì)量為m的小球帶負(fù)電 以初速度v0開始運(yùn)動(dòng) 初速度方向與電場(chǎng)方向一致 1 若小球的帶電荷量為q 為使小球能做勻速直線運(yùn)動(dòng) 應(yīng)對(duì)小球施加的恒力F1的大小和方向各如何 答案 解析 1 2 3 4 5 6 7 8 9 圖9 解析如圖甲所示 為使小球做勻速直線運(yùn)動(dòng) 必使其合外力為0 設(shè)對(duì)小球施加的力F1與水平方向夾角為 則F1cos qEcos F1sin mg qEsin 代入數(shù)據(jù)解得 60 F1 即恒力F1與水平線成60 角斜向右上方 1 2 3 4 5 6 7 8 9 2 若小球的帶電荷量為q 為使小球能做直線運(yùn)動(dòng) 應(yīng)對(duì)小球施加的最小恒力F2的大小和方向各如何 答案 解析 1 2 3 4 5 6 7 8 9 解析為使小球能做直線運(yùn)動(dòng) 則小球所受合力的方向必和運(yùn)動(dòng)方向在一條直線上 故要使力F2和mg的合力和電場(chǎng)力在一條直線上 如圖乙 當(dāng)F2取最小值時(shí) F2垂直于F 故F2 mgsin60 方向與水平線成60 角斜向左上方 9 如圖10所示 光滑水平軌道與半徑為R的光滑豎直半圓軌道在B點(diǎn)平滑連接 在過圓心O的水平界面MN的下方分布有水平向右的勻強(qiáng)電場(chǎng) 現(xiàn)有一質(zhì)量為m 電荷量為 q的小球從水平軌道上A點(diǎn)由靜止釋放 小球運(yùn)動(dòng)到C點(diǎn)離開圓軌道后 經(jīng)界面MN上的P點(diǎn)進(jìn)入電場(chǎng) P點(diǎn)恰好在A點(diǎn)的正上方 小球可視為質(zhì)點(diǎn) 小球運(yùn)動(dòng)到C點(diǎn)之前電荷量保持不變 經(jīng)過C點(diǎn)后電荷量立即變?yōu)榱?已知A B間距離為2R 重力加速度為g 在上述運(yùn)動(dòng)過程中 求 1 電場(chǎng)強(qiáng)度E的大小 1 2 3 4 5 6 7 8 9 圖10 答案 解析 解析設(shè)小球過C點(diǎn)時(shí)速度大小為vC 小球從A到C由動(dòng)能定理知 1 2 3 4 5 6 7 8 9 小球離開C點(diǎn)后做平拋運(yùn)動(dòng)到P點(diǎn) 有 2R vCt 2 小球在圓軌道上運(yùn)動(dòng)時(shí)的最大速率 答案 解析 1 2 3 4 5 6 7 8 9 解析設(shè)小球運(yùn)動(dòng)到圓軌道D點(diǎn)時(shí)速度最大 設(shè)最大速度為v 此時(shí)OD與豎直線OB夾角設(shè)為 小球從A點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到D點(diǎn)的過程 根據(jù)動(dòng)能定理知 根據(jù)數(shù)學(xué)知識(shí)可知 當(dāng) 45 時(shí)動(dòng)能最大 由此可得 3 小球?qū)A軌道的最大壓力的大小 答案 解析 1 2 3 4 5 6 7 8 9 解析由 2 中知 由于小球在D點(diǎn)時(shí)速度最大且電場(chǎng)力與重力的合力恰好背離半徑方向 故小球在D點(diǎn)時(shí)對(duì)圓軌道的壓力最大 設(shè)此壓力大小為F 由牛頓第三定律可知小球在D點(diǎn)受到的軌道的彈力大小也為F 在D點(diǎn)對(duì)小球進(jìn)行受力分析 并建立如圖所示坐標(biāo)系 由牛頓第二定律知