《2020版高考物理大一轮复习 第七章 专题强化八 带电粒子（带电体）在电场中运动的综合问题课件 教科版》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2020版高考物理大一轮复习 第七章 专题强化八 带电粒子（带电体）在电场中运动的综合问题课件 教科版（64页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、专题强化八 带电粒子(带电体)在电场中运动的综合问题,大一轮复习讲义,第七章 静电场,1.本专题主要讲解带电粒子(带电体)在电场中运动时动力学和能量观点的综合运用，高考常以计算题出现. 2.学好本专题，可以加深对动力学和能量知识的理解，能灵活应用受力分析、运动分析(特别是平抛运动、圆周运动等曲线运动)的方法与技巧，熟练应用能量观点解题. 3.用到的知识：受力分析、运动分析、能量观点.,专题解读,NEIRONGSUOYIN,内容索引,过好双基关,研透命题点,课时作业,回扣基础知识 训练基础题目,细研考纲和真题 分析突破命题点,限时训练 练规范 练速度,过好双基关,一、带电粒子在电场中的运动,1.
2、分析方法：先分析受力情况，再分析 和运动过程(平衡、加速或减速，轨迹是直线还是曲线)，然后选用恰当的规律如牛顿运动定律、运动学公式、 、能量守恒定律解题. 2.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.,运动状态,动能定理,二、用能量观点处理带电体的运动,对于受变力作用的带电体的运动，必须借助能量观点来处理.即使都是恒力作用的问题，用能量观点处理也常常更简捷.具体方法常有两种： 1.用动能定理处
3、理 思维顺序一般为： (1)弄清研究对象，明确所研究的 . (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W 列出方程求解.,物理过程,Ek,2.用包括电势能和内能在内的能量守恒定律处理 列式的方法常有两种： (1)利用初、末状态的能量相等(即E1E2)列方程. (2)利用某些能量的减少等于另一些能量的增加列方程. 3.两个结论 (1)若带电粒子只在电场力作用下运动，其动能和电势能之和 . (2)若带电粒子只在重力和电场力作用下运动，其机械能和 之和保持不变.,保持不变,电势能,研透命题点,1.常见的交变电
4、场 常见的产生交变电场的电压波形有方形波、锯齿波、正弦波等. 2.常见的题目类型 (1)粒子做单向直线运动(一般用牛顿运动定律求解). (2)粒子做往返运动(一般分段研究). (3)粒子做偏转运动(一般根据交变电场特点分段研究).,命题点一 带电粒子在交变电场中的运动,3.思维方法 (1)注重全面分析(分析受力特点和运动规律)：抓住粒子的运动具有周期性和在空间上具有对称性的特征，求解粒子运动过程中的速度、位移、做功或确定与物理过程相关的边界条件. (2)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规律分析；二是功能关系. (3)注意对称性和周期性变化关系的应用.,例1 (201
5、8山东省日照市二模)图1甲为两水平金属板，在两板间加上周期为T的交变电压u，电压u随时间t变化的图线如图乙所示.质量为m、重力不计的带电粒子以初速度v0沿中线射入两板间，经时间T从两板间飞出.下列关于粒子运动的描述错误的是 A.t0时入射的粒子，离开电场时偏离 中线的距离最大 B.t T时入射的粒子，离开电场时偏 离中线的距离最大 C.无论哪个时刻入射的粒子，离开电场时的速度方向都水平 D.无论哪个时刻入射的粒子，离开电场时的速度大小都相等,图1,解析 粒子在电场中运动的时间是相同的；t0时入射的粒子，在竖直方向先加速，然后减速，最后离开电场区域，故t0时入射的粒子离开电场时偏离中线的距离最大
6、，选项A正确； t T时入射的粒子，在竖直方向先加速，然后减速，再反向加速，最后反向减速离开电场区域，故此时刻射入的粒子离开电场时速度方向和中线在同一直线上，选项B错误； 因粒子在电场中运动的时间等于电场变化的周期T，根据动量定理，竖直方向电场力的冲量的矢量和为零，故所有粒子离开电场时的竖直方向分速度为零，即最终都垂直电场方向射出电场，离开电场时的速度大小都等于初速度，选项C、D正确.,变式1 (多选)(2018河北省衡水中学二调)如图2甲所示，两水平金属板间距为d，板间电场强度的变化规律如图乙所示.t0时刻，质量为m的带电微粒以初速度v0沿中线射入两板间，0 时间内微粒匀速运动，T时刻微粒恰
7、好经金属板边缘飞出.微粒运动过程中未与金属板接触.重力加速度的大小为g.关于微粒在0T时间内运动的描述，正确的是,B.末速度沿水平方向,D.克服电场力做功为mgd,图2,1.等效重力法 将重力与电场力进行合成，如图3所示，则F合为等效重力场中的“重力”，g 为等效重力场中的“等效重力加速度”，F合的方向等效为“重力”的方向，即在等效重力场中的“竖直向下”方向.,命题点二 用“等效法”处理带电粒子在电场和重力场中的运动,图3,2.物理最高点与几何最高点 在“等效力场”中做圆周运动的小球，经常遇到小球在竖直平面内做圆周运动的临界速度问题.小球能维持圆周运动的条件是能过最高点，而这里的最高点不一定是
8、几何最高点，而应是物理最高点.几何最高点是图形中所画圆的最上端，是符合人眼视觉习惯的最高点.而物理最高点是物体在圆周运动过程中速度最小的点.,例2 (2018闽粤期末大联考)如图4所示，在沿水平方向的匀强电场中有一固定点O，用一根长度为L0.4 m的绝缘细线把质量为m0.20 kg，带有q6.0104 C正电荷的金属小球悬挂在O点，小球静止在B点时细线与竖直方向的夹角为37.已知A、C两点分别为细线悬挂小球的水平位置和竖直位置，求：(g取10 m/s2，sin 370.6，cos 370.8) (1)A、B两点间的电势差UAB.,图4,答案 400 V,解析 带电小球在B点静止受力平衡，根据平
9、衡条件得：qEmgtan ，,由UEd有：UABEL(1sin )2.51030.4(1sin 37) V400 V.,(2)将小球拉至位置A使细线水平后由静止释放，小球通过最低点C时细线对小球的拉力F的大小.,答案 3 N,解析 设小球运动至C点时速度为vC，则：,在C点，小球所受重力和细线的合力提供向心力：,联立解得：F3 N.,(3)如果要使小球能绕O点做完整的圆周运动，则小球在A点时沿垂直于OA方向运动的初速度v0的大小.,解析 分析可知小球做完整圆周运动时必须通过B点关于O点的对称点，设在该点时小球的最小速度为v，则：,变式2 (2018安徽省皖南八校第二次联考)如图5，一质量为m1
10、1 kg，带电荷量为q0.5 C的小球以速度v03 m/s，沿两正对带电平行金属板(板间电场可看成匀强电场)左侧某位置水平向右飞入，极板长0.6 m，两极板间距为0.5 m，不计空气阻力，小球飞离极板后恰好由A点沿切线落入竖直光滑圆弧轨道ABC，圆弧轨道ABC的形状为半径R3 m 的圆截去了左上角127的圆弧，CB为其竖直直 径，在过A点竖直线OO的右边界空间存在竖 直向下的匀强电场，电场强度为E10 V/m.(取 g10 m/s2)求： (1)两极板间的电势差大小U；,答案 10 V,图5,解析 在A点，竖直分速度vy v0tan 534 m/s,vyat，得a20 m/s2 又mgEqma
11、,(2)欲使小球在圆弧轨道运动时不脱离圆弧轨道，求半径R的取值应满足的条件.,若小球不超过圆心等高处，则有,若小球能到达最高点C，则有,故圆弧轨道半径R的取值条件为：,1.力学规律 (1)动力学规律：牛顿运动定律结合运动学公式. (2)能量规律：动能定理或能量守恒定律. 2.电场规律 (1)电场力的特点：FEq，正电荷受到的电场力与场强方向相同. (2)电场力做功的特点：WABFLABcos qUABEpAEpB. 3.多阶段运动 在多阶段运动过程中，当物体所受外力突变时，物体由于惯性而速度不发生突变，故物体在前一阶段的末速度即为物体在后一阶段的初速度.对于多阶段运动过程中物体在各阶段中发生的
12、位移之间的联系，可以通过作运动过程草图来获得.,命题点三 电场中的力电综合问题,例3 (2018四川省乐山市第一次调研)如图6所示，AB是位于竖直平面内、半径R0.5 m的 圆弧形的光滑绝缘轨道，其下端点B与水平绝缘轨道平滑连接，整个轨道处在水平向左的匀强电场中，电场强度E5103 N/C.今有一质量为m0.1 kg、带电荷量q8105 C的小滑块(可视为质点)从A点由静止释放.若已知滑块与水平轨道间的动摩擦因数0.05，取g10 m/s2，求： (1)小滑块第一次经过圆弧形轨道最低点B时对B点的压力；,图6,答案 2.2 N，方向竖直向下,解析 设小滑块第一次到达B点时的速度为vB，对圆弧轨
13、道最低点B的压力为N，则由AB，,由牛顿第三定律NN 故N3mg2qE2.2 N，方向竖直向下，,(2)小滑块在水平轨道上向右滑过的最大距离；,解析 设小滑块在水平轨道上向右滑行的最大距离为x， 对全程由动能定理有mgRqE(Rx)mgx0,(3)小滑块最终运动情况.,解析 由题意知qE81055103 N0.4 N mg0.050.110 N0.05 N 因此有qEmg 所以小滑块最终在圆弧轨道上往复运动.,答案 在圆弧轨道上往复运动,变式3 (2018江西省南昌二中第四次模拟)如图7所示，在E103 V/m的水平向左的匀强电场中，有一光滑半圆形绝缘轨道竖直放置，轨道与一水平绝缘轨道MN连接
14、，半圆轨道所在竖直平面与电场线平行，其半径R40 cm，一带正电荷q104 C的小滑块质量为m40 g，与水平轨道间的动摩擦因数0.2，取g10 m/s2，问：,答案 20 m,图7,(1)要使小滑块恰好运动到圆轨道的最高点C，滑块应在水平轨道上离N点多远处释放？,解析 设滑块与N点的距离为L，,解得v2 m/s，L20 m,(2)这样释放的滑块通过P点时对轨道压力是多大？(P为半圆轨道中点),答案 1.5 N,解析 滑块到达P点时，对全过程应用动能定理得，,由牛顿第三定律可得，滑块通过P点时对轨道压力大小是1.5 N.,变式4 (2019山东省青岛市模拟)如图8所示，水平地面上方存在水平向左
15、的匀强电场，一质量为m的带电小球(大小可忽略)用轻质绝缘细线悬挂于O点，小球带电荷量为q，静止时距地面的高度为h，细线与竖直方向的夹角为37，重力加速度为g.(sin 370.6，cos 370.8) 求： (1)匀强电场的场强大小E；,图8,解析 小球静止时，对小球受力分析如图所示， 由Tcos 37mg Tsin 37qE,(2)现将细线剪断，小球落地过程中小球水平位移的大小；,解析 剪断细线，小球在竖直方向做自由落体运动，水平方向做加速度为a的匀加速运动， 由Eqma,(3)现将细线剪断，带电小球落地前瞬间的动能.,课时作业,1.(2018河南省中原名校第二次联考)如图1所示，在两平行金属板中央有一个静止的电子(不计重力)，当两板间的电压分别如图2中甲、乙、丙、丁所示，电子在板间运动(假设不与板相碰)，下列说法正确的是,1,2,3,4,图1,5,6,7,8,9,10,11,图2,双基巩固练,1,2,3,4,A.电压是甲图时，在0T时间内，电子的电势能一直减少 B.电压是乙图时，在0 时间内，电子的电势能先增加后减少 C.电压是丙图时，电子在板间做往复运动 D.电压是丁图时，电子在板间做往复运动,5,6,7,8,9,10,11,解析 若电压是题图甲，0T时间内，电场力先向左后向右，则电子先向左做匀加速直线运动，后做匀减速直线运动，即电场力先
