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

熱點(diǎn)專題熱點(diǎn)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(dǎo)導(dǎo) 航航1234抓知識(shí)點(diǎn)抓重難點(diǎn)課時(shí)跟蹤檢測抓易錯(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)電荷電場平行 2圓周運(yùn)動(dòng)帶電粒子初速度與點(diǎn)電荷電場垂直 3曲線運(yùn)動(dòng)帶電粒子初速度與點(diǎn)電荷電場有夾角重難點(diǎn)重難點(diǎn) 1帶電粒子在點(diǎn)電荷電場中運(yùn)動(dòng)的三種情形帶電粒子在點(diǎn)電荷電場中運(yùn)動(dòng)的三種情形 如右圖所示，在點(diǎn)電荷Q的電場中有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，虛線a、b和c是某靜電場中的三個(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，電場力做負(fù)功 B粒子從L到M的過程中，電場力做負(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，可以判斷場源電荷必為正電荷，電場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，電場力先做負(fù)功后做正功，電勢(shì)能先增大后減小，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中運(yùn)動(dòng)的分析方法 1明確電場(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中的運(yùn)動(dòng)帶電粒子在周期性變化電場中的運(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)電場的電場強(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，電場力做功等于0，所以D正確 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中能量問題時(shí)仍是首選重難點(diǎn)重難點(diǎn) 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(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，輕繩恰好拉直，DM垂直于斜面水平面處于場強(qiáng)E5104 N/C，方向水平向右的勻強(qiáng)電場中已知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，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， 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(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，場強(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)； 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(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等則()例例 1易錯(cuò)點(diǎn)易錯(cuò)點(diǎn) 1帶電粒子在電場中的功能關(guān)系判斷帶電粒子在電場中的功能關(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、電場力和摩擦力作用，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，其方向與水平方向成30斜向右上方，在電場中有一質(zhì)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(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尋找等效場的最尋找等效場的最“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)合場的問題，應(yīng)該找到等效的復(fù)合場，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)來處理一條長為L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小； (3)初速度v0的大小跟蹤訓(xùn)練跟蹤訓(xùn)練 2Thank you for watching