《2019版高考物理总复习 第七章 静电场 能力课 带电粒子（或带电体）在电场中运动的综合问题课件.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2019版高考物理总复习 第七章 静电场 能力课 带电粒子（或带电体）在电场中运动的综合问题课件.ppt（52页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、能力课带电粒子能力课带电粒子( (或带电体或带电体) )在电场中运动的综合问题在电场中运动的综合问题 热考点热考点电场中的力、电综合问题电场中的力、电综合问题要要善善于于把把电学学问题转化化为力力学学问题，建建立立带电粒粒子子在在电场中中加加速速和和偏偏转的的模模型型，能能够从从带电粒粒子子的的受受力力与与运运动的的关关系系、功能关系和功能关系和动量关系等多角度量关系等多角度进行分析与研究。行分析与研究。命题角度命题角度1电场中粒子的运动图象问题电场中粒子的运动图象问题【例【例1】(2014海南单科，海南单科，9)(多选多选)如如图1甲，直甲，直线MN表示某表示某电场中一条中一条电场线，a、b
2、是是线上的两点，将一上的两点，将一带负电荷的粒荷的粒子从子从a点点处由静止由静止释放，粒子从放，粒子从a运运动到到b过程中的程中的vt图线如如图乙所示，乙所示，设a、b两点的两点的电势分分别为a、b，场强强大小分大小分别为Ea、Eb，粒子在，粒子在a、b两点的两点的电势能分能分别为Wa、Wb，不，不计重力，重力，则有有()A.ab B.EaEbC.EaEb D.WaWb图1解解析析由由图图乙乙可可知知，粒粒子子做做加加速速度度减减小小，速速度度增增大大的的直直线线运运动动，故故可可知知从从a到到b电电场场强强度度减减小小，粒粒子子动动能能增增大大，电电势势能能减减小小，电电场场力力方方向向由由
3、a指指向向b，电电场场线线方方向向由由b指指向向a，b点点电电势势高高于于a点电势，故选项点电势，故选项B、D正确。正确。答案答案BD根根据据vt图图象象的的速速度度变变化化、斜斜率率变变化化(即即加加速速度度大大小小的的变变化化)，确确定定电电荷荷所所受受电电场场力力的的方方向向与与电电场场力力的的大大小小变变化化情情况况，进进而而确确定定电电场场强强度度的的方方向向、电电势势的的高高低低及及电电势势能能的的变化。变化。【变变式式训训练练1】(2017浙浙江江五五校校联联考考)如如图图2甲甲所所示示，Q1、Q2为两两个个被被固固定定的的点点电荷荷，a、b、c三三点点在在它它们连线的的延延长线
4、上上，其其中中Q1带负电。现有有一一带负电的的粒粒子子以以一一定定的的初初速速度度沿沿直直线从从a点点开开始始向向远处运运动并并经过b、c两两点点(粒粒子子只只受受电场力力作作用用)，粒粒子子经过a、b、c三三点点时的的速速度度分分别为va、vb、vc，其其vt图象如象如图乙所示。以下乙所示。以下说法正确的是法正确的是()图2A.Q2一定一定带负电B.Q2的的电量一定大于量一定大于Q1的的电量量C.b点的点的电场强强度最大度最大D.粒子由粒子由a点运点运动到到c点点过程中，粒子的程中，粒子的电势能先增大后减小能先增大后减小答案答案D命题角度命题角度2带电粒子在电场中的运动带电粒子在电场中的运动
5、【例【例2】(2015全国卷全国卷)如如图3所示，一所示，一质量量为m、电荷量荷量为q(q0)的粒子在匀的粒子在匀强强电场中运中运动，A、B为其运其运动轨迹上的两迹上的两点。已知点。已知该粒子在粒子在A点的速度大小点的速度大小为v0，方向与，方向与电场方向的方向的夹角角为60；它运；它运动到到B点点时速度方向与速度方向与电场方向的方向的夹角角为30。不不计重力。求重力。求A、B两点两点间的的电势差。差。图3解解析析设设带带电电粒粒子子在在B点点的的速速度度大大小小为为vB。粒粒子子在在垂垂直直于于电电场场方方向的速度分量不变，即向的速度分量不变，即设设A、B两点间的电势差为两点间的电势差为UA
6、B，由动能定理有，由动能定理有【真真题题拓拓展展1】在在【例例2】中中，若若匀匀强强电场的的宽度度为d，EF、CD为其其边界界，改改变场强强的的大大小小，使使粒粒子子在在A点点时的的速速度度方方向向与与电场边界界CD垂垂直直，如如图4所所示示，MN为无无场区区内内的的光光屏屏，MN与与AO相相互互垂垂直直，MN与与EF间距距为d。当当粒粒子子经过EF边界界的的B点点时，速度方向与，速度方向与EF成成30角，求：角，求：(1)匀匀强强电场的的场强强的大小；的大小；(2)粒子打在光屏上的位置距离粒子打在光屏上的位置距离O点的距离。点的距离。图4解析解析(1)粒子在电场中做类平抛运动，则粒子在电场中
7、做类平抛运动，则沿初速度方向：沿初速度方向：dv0t【真真题题拓拓展展2】若若在在拓拓展展1中中撤撤去去原原有有电场，在在CD与与EF之之间加加上上竖直直向向上上的的匀匀强强电场E1，EF与与MN之之间加加上上水水平平向向右右的的匀匀强强电场E2，CD与与EF、EF与与MN之之间的的距距离离都都为d，由由A点点静静止止释放放带电粒粒子子，粒粒子子过EF时速速度度为v0，如如图5所所示示。粒粒子子打打在在光光屏屏MN上上的的位位置置与与O点点的的距距离离为d，求求两两个个电场场强强大小之比。大小之比。图5解析解析粒子在竖直向上的电场中加速，粒子在竖直向上的电场中加速，粒子在水平向右的电场中做类平
8、抛运动，则粒子在水平向右的电场中做类平抛运动，则解决带电粒子在电场中运动问题的基本思路解决带电粒子在电场中运动问题的基本思路(1)两两分分析析：一一是是对对带带电电粒粒子子进进行行受受力力分分析析，二二是是分分析析带带电电粒粒子子的的运运动动状状态态和和运运动动过过程程(初初始始状状态态及及条条件件，直直线线运运动还是曲线运动等动还是曲线运动等)。(2)建模型：建立正确的物理模型建模型：建立正确的物理模型(加速还是偏转加速还是偏转)，恰当，恰当选用规律或其他方法选用规律或其他方法(如图象如图象)，找出已知量和待求量之，找出已知量和待求量之间的关系。间的关系。【变变式式训训练练2】(2017青青
9、海海省省西西宁宁市市四四校校高高三三联联考考)如如图6所所示示，第第一一象象限限中中有有沿沿x轴的的正正方方向向的的匀匀强强电场，第第二二象象限限中中有有沿沿y轴负方方向向的的匀匀强强电场，两两电场的的电场强强度度大大小小相相等等。一一个个质量量为m，电荷荷量量为q 的的带电质点点以以初初速速度度v0从从x轴上上P(L，0)点点射射入入第第二二象象限限，已已知知带电质点点在在第第一一和和第第二二象象限限中中都都做做直直线运运动，并并且且能能够连续两两次次通通过y轴上上的的同同一一个个点点Q(未未画画出出)，重重力力加加速速度度g为已已知知量。求：量。求：(1)初速度初速度v0与与x轴正方向的正
10、方向的夹角；角；(2)P、Q两点两点间的的电势差差UPQ；(3)带电质点在第一象限中运点在第一象限中运动所用的所用的时间。图6解解析析(1)由由题题意意知知，带带电电质质点点在在第第二二象象限限做做匀匀速速直直线线运运动动，有有qEmg且由带电质点在第一象限做直线运动，且由带电质点在第一象限做直线运动，(2)P到到Q的过程，由动能定理有的过程，由动能定理有qELmgL0，WPQqEL(3)带电质点在第一象限做匀变速直线运动，带电质点在第一象限做匀变速直线运动，命题角度命题角度3电场中的动量和能量问题电场中的动量和能量问题【例【例3】如如图7所示，所示，LMN是是竖直平面内固定的光滑直平面内固定
11、的光滑绝缘轨道，道，MN水平且足水平且足够长，LM下端与下端与MN相切。相切。质量量为m的的带正正电小球小球B静止在水平面上，静止在水平面上，质量量为2m的的带正正电小球小球A从从LM上距水平面高上距水平面高为h处由静止由静止释放，在放，在A球球进入水平入水平轨道之道之前，由于前，由于A、B两球相距两球相距较远，相互作用力可，相互作用力可认为零，零，A球球进入水平入水平轨道后，道后，A、B两球两球间相互作用相互作用视为静静电作用，作用，带电小球均可小球均可视为质点。已知点。已知A、B两球始两球始终没有接触。重力加没有接触。重力加速度速度为g。求：。求：图7(1)A球球刚进入水平入水平轨道的速度
12、大小；道的速度大小；(2)A、B两球相距最近两球相距最近时，A、B两球系两球系统的的电势能能Ep；(3)A、B两球最两球最终的速度的速度vA、vB的大小。的大小。关键点关键点光滑绝缘轨道；光滑绝缘轨道；A、B两球间相互作用视为静电两球间相互作用视为静电作用；作用；A、B两球始终没有接触。两球始终没有接触。解析解析(1)对对A球下滑的过程，据机械能守恒得球下滑的过程，据机械能守恒得(3)当当两两球球相相距距最最近近之之后后，在在静静电电斥斥力力作作用用下下相相互互远远离离，两两球球距距离离足足够够远远时时，相相互互作作用用力力为为零零，系系统统势势能能也也为为零零，速速度度达达到稳定。则到稳定。
13、则2mv02mvAmvB电场中动量和能量问题的解题技巧电场中动量和能量问题的解题技巧动量守恒定律与其他知识综合应用类问题的求解，与一动量守恒定律与其他知识综合应用类问题的求解，与一般的力学问题求解思路并无差异，只是问题的情景更复般的力学问题求解思路并无差异，只是问题的情景更复杂多样，分析清楚物理过程，正确识别物理模型是解决杂多样，分析清楚物理过程，正确识别物理模型是解决问题的关键。问题的关键。(1)场强强方方向向竖直直向向下下时，物物块在在绝缘板板上上滑滑动的的过程程中中，系系统产生的生的热量；量；(2)场强强方方向向竖直直向向下下时与与竖直直向向上上时，物物块受受到到的的支支持持力力之之比；
14、比；(3)场强强方向方向竖直向上直向上时，物，物块相相对于于绝缘板滑行的距离。板滑行的距离。图8解析解析(1)场强方向向下时，根据动量守恒定律得场强方向向下时，根据动量守恒定律得(2)场强向下时场强向下时FNmgqE场强向上时场强向上时FNmgqE(3)两次产生的热量相等两次产生的热量相等FNlQ，FNlQ常常考考点点带带电电粒粒子子在在交交变变电电场场中中的的运运动动1.此类题型一般有三种情况此类题型一般有三种情况(1)粒子做粒子做单向直向直线运运动(一般用牛一般用牛顿运运动定律求解定律求解)；(2)二是粒子做往返运二是粒子做往返运动(一般分段研究一般分段研究)；(3)粒子做偏粒子做偏转运运
15、动(一般根据交一般根据交变电场的特点分段研究的特点分段研究)。2.两两条条分分析析思思路路：一一是是力力和和运运动的的关关系系，根根据据牛牛顿第第二二定定律律及及运运动学学规律分析；二是功能关系。律分析；二是功能关系。3.注重全面分析注重全面分析(分析受力特点和运分析受力特点和运动规律律)，抓住粒子的运，抓住粒子的运动具有周期性和空具有周期性和空间上具有上具有对称性的特征，求解粒子运称性的特征，求解粒子运动过程程中的速度、位移等，并确定与物理中的速度、位移等，并确定与物理过程相关的程相关的边界条件。界条件。命题角度命题角度1粒子做单向直线运动粒子做单向直线运动【例例4】(2017长长治治模模拟
16、拟)(多多选选)在在绝缘水水平平桌桌面面(桌桌面面足足够大大)上上方方充充满平平行行桌桌面面的的电场，其其电场强强度度E随随时间t的的变化化关关系系如如图9所所示示，小小物物块电荷荷量量为q1104 C，将将其其放放在在该水水平平桌桌面面上上并并由由静静止止释放放，小小物物块速速度度v与与时间t的的关关系系如如图所所示示，重重力力加速度加速度g取取10 m/s2，则下列下列说法正确是法正确是()图9A.物物块在在4 s内位移是内位移是6 mB.物物块的的质量是量是2 kgC.物物块与水平桌面与水平桌面间动摩擦因数是摩擦因数是0.2D.物物块在在4 s内内电势能减少了能减少了18 J答案答案AC
17、【变变式式训训练练4】如如图图10甲甲所所示示，两两极极板板间加加上上如如图乙乙所所示示的的交交变电压。开开始始A板板的的电势比比B板板高高，此此时两两板板中中间原原来来静静止止的的电子子在在电场力力作作用用下下开开始始运运动。设电子子在在运运动中中不不与与极极板板发生生碰碰撞撞，向向A板板运运动时为速速度度的的正正方方向向，则下下列列图象象中中能能正正确确反反映映电子子速速度度变化化规律律的的是是(其其中中C、D两两项中中的的图线按正弦函数按正弦函数规律律变化化) ()图10答案答案A命题角度命题角度2粒子做往返运动粒子做往返运动【例【例5】(多选多选)如如图11所示所示为匀匀强强电场的的电
18、场强强度度E随随时间t变化的化的图象。象。当当t0时，在此匀，在此匀强强电场中由静止中由静止释放一个放一个带电粒子，粒子，设带电粒子只受粒子只受电场力的作用，力的作用，则下列下列说法中正确的是法中正确的是()A.带电粒子将始粒子将始终向同一个方向运向同一个方向运动B.2 s末末带电粒子回到原出粒子回到原出发点点C.3 s末末带电粒子的速度粒子的速度为零零D.03 s内，内，电场力做的力做的总功功为零零图11答案答案CD【变变式式训训练练5】如如图图12甲甲所所示示，两两平平行行正正对的的金金属属板板A、B间加加有有如如图乙乙所所示示的的交交变电压，一一重重力力可可忽忽略略不不计的的带正正电粒粒
19、子子被被固固定定在在两两板板的的正正中中间P处。若若在在t0时刻刻释放放该粒粒子子，粒粒子子会会时而而向向A板板运运动，时而而向向B板板运运动，并并最最终打打在在A板板上上。则t0可能属于的可能属于的时间段是段是()图12答案答案B图13答案答案BC【变变式式训训练练6】(2017广广西西重重点点高高中中高高三三一一模模)(多多选选)如如图14甲甲所所示示，竖直直极极板板A、B之之间距距离离为d1，电压为U1，水水平平极极板板C、D之之间距距离离为d2，GH为足足够长的的荧光光屏屏，到到极极板板C、D右右侧的的距距离离为L。极极板板C、D之之间的的电压如如图乙乙所所示示。在在A板板中中央央有有
20、一一电子子源源，能能不不断断产生生速速率率几几乎乎为零零的的电子子。电子子经极极板板A、B间电场加加速速后后从从极极板板B中中央央的的小小孔孔射射出出，之之后后沿沿极极板板C、D的的中中心心线射射入入极极板板C、D内内。已已知知t0时刻刻射射入入C、D间的的电子子经时间T恰恰好好能能从从极极板板C的的边缘飞出出。不不计阻阻力力、电子子的的重重力力以以及及电子子间的的相相互互作作用用，下下列列说法法正正确确的的是是()图14答案答案AC带电体在体在电场中的平衡与运中的平衡与运动问题题源：人教版选修题源：人教版选修31P15T6用一条用一条绝缘轻绳悬挂一个挂一个带电小球，小球小球，小球质量量为1.
21、0102 kg，所，所带电荷荷量量为2.0108 C。现加一水平方向的匀加一水平方向的匀强强电场，平衡，平衡时绝缘绳与与铅垂垂线成成30夹角角(图1.312)。求。求这个匀个匀强强电场的的电场强强度。度。图1.312解解析析小小球球受受到到重重力力mg、静静电电力力F，轻轻绳绳拉拉力力FT的的作作用用处处于于平衡状态，它的受力情况如图所示，平衡状态，它的受力情况如图所示，答案答案2.9106 N/C拓拓展展1在在上上题将将轻绳剪剪断断，小小球球怎怎样运运动？3 s末末小小球球的的速速度度大大小小是是多多少少？ 解析方法一解析方法一设小球水平方向、竖直方向上的速度大小分别为设小球水平方向、竖直方
22、向上的速度大小分别为vx、vy。答案匀加速直线运动答案匀加速直线运动34.6 m/s(1)小球的初速度小球的初速度v0和和电场强强度度E的大小；的大小；(2)小球落地小球落地时的的动能能Ek。图15解析解析(1)电场中运动的带电小球，在水平方向上电场中运动的带电小球，在水平方向上拓拓展展3(多多选选)在在空空间中中水水平平面面MN的的下下方方存存在在竖直直向向下下的的匀匀强强电场，质量量为m的的带电小小球球由由MN上上方方的的A点点以以一一定定初初速速度度水水平平抛抛出出，从从B点点进入入电场，到到达达C点点时速速度度方方向向恰恰好好水水平平，A、B、C三三点点在在同同一一直直线上上，且且AB
23、2BC，如，如图16所示。由此可所示。由此可见()A.电场力力为2mgB.小球小球带负电C.小球从小球从A到到B与从与从B到到C的运的运动时间相等相等D.小球从小球从A到到B与从与从B到到C的速度的速度变化量的大小相等化量的大小相等图16答案答案BD拓拓展展4(2017全全国国卷卷，25)如如图图17所所示示，两两水水平平面面(虚虚线)之之间的的距距离离为H，其其间的的区区域域存存在在方方向向水水平平向向右右的的匀匀强强电场。自自该区区域域上上方方的的A点点将将质量量均均为m，电荷荷量量分分别为q和和q(q0)的的带电小小球球M、N先先后后以以相相同同的的初初速速度度沿沿平平行行于于电场的的方
24、方向向射射出出。小小球球在在重重力力作作用用下下进入入电场区区域域，并并从从该区区域域的的下下边界界离离开开。已已知知N离离开开电场时的的速速度度方方向向竖直直向向下下；M在在电场中中做做直直线运运动，刚离离开开电场时的的动能能为N刚离离开开电场时的的动能能的的1.5倍倍。不不计空空气气阻阻力力，重重力力加加速速度度大大小小为g。求：求：(1)M与与N在在电场中沿水平方向的位移之比；中沿水平方向的位移之比；(2)A点距点距电场上上边界的高度；界的高度；(3)该电场的的电场强强度大小。度大小。图17解解析析(1)设设小小球球M、N在在A点点水水平平射射出出时时的的初初速速度度大大小小为为v0，则
25、则它它们们进进入入电电场场时时的的水水平平速速度度仍仍然然为为v0。M、N在在电电场场中中运运动动的的时时间间t相相等等，电电场场力力作作用用下下产产生生的的加加速速度度沿沿水水平平方方向向，大大小小均均为为a，在在电电场场中中沿沿水水平平方方向向的的位位移移分分别别为为s1和和s2。由由题题给给条条件件和运动学公式得和运动学公式得v0at0(2)设设A点点距距电电场场上上边边界界的的高高度度为为h，小小球球下下落落h时时在在竖竖直直方方向向的的分速度为分速度为vy，由运动学公式，由运动学公式M进入电场后做直线运动，由几何关系知进入电场后做直线运动，由几何关系知(3)设电场强度的大小为设电场强度的大小为E，小球，小球M进入电场后做直线运动，进入电场后做直线运动，设设M、N离开电场时的动能分别为离开电场时的动能分别为Ek1、Ek2，由动能定理得，由动能定理得
