2019高考物理一輪復(fù)習(xí) 第七章 靜電場 專題5 帶電粒子在電場中的綜合問題課件 新人教版.ppt

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專題5帶電粒子在電場中的綜合問題 知識梳理 考點(diǎn)自診 一 帶電粒子在電場中綜合問題的分析方法1 和力學(xué)的分析方法相同 先分析受力情況 再分析運(yùn)動狀態(tài)和運(yùn)動過程 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)動定律 運(yùn)動學(xué)公式 動能定理 能量守恒定律解題 2 帶電粒子的受力特點(diǎn) 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 二 用正交分解法處理帶電粒子的復(fù)雜運(yùn)動可以將復(fù)雜的運(yùn)動分解為兩個(gè)互相正交的比較簡單的直線運(yùn)動 知識梳理 考點(diǎn)自診 三 用能量觀點(diǎn)處理帶電體在電場中的運(yùn)動對于受變力作用的帶電體的運(yùn)動 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 用動能定理處理 2 用能量守恒定律處理 知識梳理 考點(diǎn)自診 1 多選 右圖為勻強(qiáng)電場的電場強(qiáng)度E隨時(shí)間t變化的圖象 當(dāng)t 0時(shí) 在此勻強(qiáng)電場中由靜止釋放一個(gè)帶電粒子 設(shè)帶電粒子只受電場力的作用 則下列說法正確的是 A 帶電粒子將始終向同一個(gè)方向運(yùn)動B 2s末帶電粒子回到原出發(fā)點(diǎn)C 3s末帶電粒子的速度為零D 0 3s內(nèi) 電場力做的總功為零 答案 解析 知識梳理 考點(diǎn)自診 2 多選 在空間某一勻強(qiáng)電場中 將一質(zhì)量為m 電荷量為q的小球由靜止釋放 帶電小球的運(yùn)動軌跡為一直線 該直線與豎直方向成銳角 電場強(qiáng)度大小為E 則下列說法正確的是 A 由于小球所受的電場力和重力做功均與路徑無關(guān) 故小球的機(jī)械能守恒 答案 解析 知識梳理 考點(diǎn)自診 3 如圖所示 在豎直平面內(nèi)固定的圓形絕緣軌道的圓心為O 半徑為r 內(nèi)壁光滑 A B兩點(diǎn)分別是圓軌道的最低點(diǎn)和最高點(diǎn) 該區(qū)間存在方向水平向右的勻強(qiáng)電場 一質(zhì)量為m 帶負(fù)電的小球在軌道內(nèi)側(cè)做完整的圓周運(yùn)動 電荷量不變 經(jīng)過C點(diǎn)時(shí)速度最大 O C連線與豎直方向的夾角 60 重力加速度為g 1 求小球所受到的靜電力的大小 2 小球在A點(diǎn)速度v0多大時(shí) 小球經(jīng)過B點(diǎn)時(shí)對圓軌道的壓力最小 知識梳理 考點(diǎn)自診 解析 1 小球在C點(diǎn)速度最大 則在該點(diǎn)靜電力與重力的合力沿半徑方向 所以小球受到的靜電力大小F mgtan60 mg 知識梳理 考點(diǎn)自診 2 小球要到達(dá)B點(diǎn) 必須到達(dá)D點(diǎn)時(shí)速度最小 在D點(diǎn)速度最小時(shí) 軌道對小球的壓力恰為零 小球經(jīng)B點(diǎn)時(shí)對軌道的壓力也最小 命題點(diǎn)一 命題點(diǎn)二 命題點(diǎn)三 帶電粒子在交變電場中的運(yùn)動1 此類題型一般有三種情況 一是粒子做單向直線運(yùn)動 一般用牛頓運(yùn)動定律求解 二是粒子做往返運(yùn)動 一般分段研究 三是粒子做偏轉(zhuǎn)運(yùn)動 一般根據(jù)交變電場的特點(diǎn)分段研究 2 分析時(shí)從兩條思路出發(fā) 一是力和運(yùn)動的關(guān)系 根據(jù)牛頓第二定律及運(yùn)動學(xué)規(guī)律分析 二是功能關(guān)系 3 注重全面分析 分析受力特點(diǎn)和運(yùn)動特點(diǎn) 抓住粒子的運(yùn)動具有周期性和在空間上具有對稱性的特征 求解粒子運(yùn)動過程中的速度 位移 做功或確定與物理過程相關(guān)的邊界條件 命題點(diǎn)一 命題點(diǎn)二 命題點(diǎn)三 例1如圖甲所示 真空中相距d 5cm的兩塊平行金屬板A B與電源連接 圖中未畫出 其中B板接地 電勢為零 A板電勢變化的規(guī)律如圖乙所示 將一個(gè)質(zhì)量m 2 0 10 27kg 電荷量q 1 6 10 19C的帶電粒子從緊鄰B板處釋放 不計(jì)粒子重力 求 1 在t 0時(shí)刻釋放該帶電粒子 釋放瞬間粒子加速度的大小 2 若A板電勢變化周期T 1 0 10 5s 在t 0時(shí)將帶電粒子從緊鄰B板處無初速釋放 粒子到達(dá)A板時(shí)速度的大小 3 A板電勢變化頻率多大時(shí) 在時(shí)間內(nèi)從緊鄰B板處無初速度釋放該帶電粒子 粒子不能到達(dá)A板 命題點(diǎn)一 命題點(diǎn)二 命題點(diǎn)三 答案 1 4 0 109m s2 2 2 104m s 3 大于5 104Hz 命題點(diǎn)一 命題點(diǎn)二 命題點(diǎn)三 再返回 由于運(yùn)動具有 對稱性 即先 后兩段位移大小相等 得粒子向A板運(yùn)動可能的最大位移為 命題點(diǎn)一 命題點(diǎn)二 命題點(diǎn)三 思維點(diǎn)撥 1 釋放后粒子的受力情況如何 做什么運(yùn)動 2 粒子不能到達(dá)A板的臨界條件如何 提示 根據(jù)題意 不計(jì)粒子重力 則粒子只受電場力而做勻加速直線運(yùn)動 通過進(jìn)一步計(jì)算可知在0 內(nèi)粒子發(fā)生的位移恰好等于板間距離 到達(dá)A板的時(shí)間隨之確定 提示 解第 3 小題的關(guān)鍵 在于明確運(yùn)動 對稱性 弄清 粒子不能到達(dá)A板 的條件 即在內(nèi)粒子的最大位移小于板間距離 命題點(diǎn)一 命題點(diǎn)二 命題點(diǎn)三 即學(xué)即練1 2017 河南中原名校第二次聯(lián)考 如圖 a 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 b 中甲 乙 丙 丁所示 電子在板間運(yùn)動 假設(shè)不與板相碰 下列說法正確的是 命題點(diǎn)一 命題點(diǎn)二 命題點(diǎn)三 A 電壓是甲圖時(shí) 在0 T時(shí)間內(nèi) 電子的電勢能一直減少 C 電壓是丙圖時(shí) 電子在板間做往復(fù)運(yùn)動D 電壓是丁圖時(shí) 電子在板間做往復(fù)運(yùn)動 答案 解析 命題點(diǎn)一 命題點(diǎn)二 命題點(diǎn)三 2 多選 2017 吉林長春模擬 如圖甲所示 A B是一對平行金屬板 A板的電勢 A 0 B板的電勢 B隨時(shí)間的變化規(guī)律如圖乙所示 現(xiàn)有一電子從A板上的小孔進(jìn)入兩板間的電場區(qū)內(nèi) 電子的初速度和重力的影響均可忽略 則 A 若電子是在t 0時(shí)刻進(jìn)入的 它可能不會到達(dá)B板 答案 解析 命題點(diǎn)一 命題點(diǎn)二 命題點(diǎn)三 3 2017 河南鄭州第一次聯(lián)考 如圖甲所示 在y 0和y 2m之間有沿著x軸方向的勻強(qiáng)電場 MN為電場區(qū)域的上邊界 在x軸方向范圍足夠大 電場強(qiáng)度的變化如圖乙所示 取x軸正方向?yàn)殡妶稣较?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)入電場區(qū)域 不計(jì)粒子重力作用 求 1 粒子通過電場區(qū)域的時(shí)間 2 粒子離開電場的位置坐標(biāo) 3 粒子通過電場區(qū)域后沿x軸方向的速度大小 命題點(diǎn)一 命題點(diǎn)二 命題點(diǎn)三 答案 1 4 10 3s 2 2 10 5m 2m 3 4 10 3m s解析 1 因?yàn)榱Ｗ映跛俣确较虼怪庇趧驈?qiáng)電場 在電場中做類平拋運(yùn)動 所以粒子通過電場區(qū)域的時(shí)間 命題點(diǎn)一 命題點(diǎn)二 命題點(diǎn)三 等效法 處理帶電粒子在復(fù)合場中的運(yùn)動1 方法概述等效思維方法是將一個(gè)復(fù)雜的物理問題 等效為一個(gè)熟知的物理模型或問題的方法 對于這類問題 若采用常規(guī)方法求解 過程復(fù)雜 運(yùn)算量大 若采用等效法求解 則能避開復(fù)雜的運(yùn)算 過程比較簡捷 2 方法應(yīng)用先求出重力與電場力的合力 將這個(gè)合力視為一個(gè)等效重力 將a 視為等效重力加速度 再將物體在重力場中的運(yùn)動規(guī)律遷移到等效重力場中分析求解即可 命題點(diǎn)一 命題點(diǎn)二 命題點(diǎn)三 例2如圖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)動并進(jìn)入圓環(huán)內(nèi)做圓周運(yùn)動 已知小球所受電場力是其重力的 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 h至少為多少 sin37 0 6 cos37 0 8 命題點(diǎn)一 命題點(diǎn)二 命題點(diǎn)三 答案 7 7R 解析 小球所受的重力和電場力都為恒力 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)動的臨界點(diǎn)是D點(diǎn) 設(shè)小球恰好能通過D點(diǎn) 即達(dá)到D點(diǎn)時(shí)圓環(huán)對小球的彈力恰好為零 由圓周運(yùn)動知識得 命題點(diǎn)一 命題點(diǎn)二 命題點(diǎn)三 思維點(diǎn)撥 1 如果只有重力場 小球恰好做完整的圓周運(yùn)動 在最高點(diǎn)哪個(gè)力提供向心力 2 在重力場和電場的復(fù)合場中 小球恰好做完整的圓周運(yùn)動 在 最高點(diǎn) 的受力情況怎樣 提示 重力提供向心力 提示 重力和電場力的合力提供向心力 命題點(diǎn)一 命題點(diǎn)二 命題點(diǎn)三 把握三點(diǎn) 合理利用 等效法 解決問題1 把電場力和重力合成一個(gè)等效力 稱為等效重力 2 等效重力的反向延長線與圓軌跡的交點(diǎn)為帶電體在等效重力場中運(yùn)動的最高點(diǎn) 3 類比 繩球 桿球 模型臨界值的情況進(jìn)行分析解答 命題點(diǎn)一 命題點(diǎn)二 命題點(diǎn)三 即學(xué)即練4 多選 一帶正電的小球向右水平拋入范圍足夠大的勻強(qiáng)電場 電場方向水平向左 不計(jì)空氣阻力 則小球 A 做直線運(yùn)動B 做曲線運(yùn)動C 速率先減小后增大D 速率先增大后減小 答案 解析 命題點(diǎn)一 命題點(diǎn)二 命題點(diǎn)三 5 2017 江西吉安模擬 如圖所示 一條長為L的細(xì)線上端固定 下端拴一個(gè)質(zhì)量為m 電荷量為q的小球 將它置于方向水平向右的勻強(qiáng)電場中 使細(xì)線豎直拉直時(shí)將小球從A點(diǎn)靜止釋放 當(dāng)細(xì)線離開豎直位置偏角 60 時(shí) 小球速度為0 1 求小球帶電性質(zhì)及電場強(qiáng)度E 2 若小球恰好完成豎直圓周運(yùn)動 求從A點(diǎn)釋放小球時(shí)應(yīng)有的初速度vA的大小 可含根式 命題點(diǎn)一 命題點(diǎn)二 命題點(diǎn)三 解析 1 根據(jù)電場方向和小球受力分析可知小球帶正電 小球由A點(diǎn)釋放到速度等于零 由動能定理有0 EqLsin mgL 1 cos 命題點(diǎn)一 命題點(diǎn)二 命題點(diǎn)三 2 將小球的重力和電場力的合力作為小球的等效重力G 則 命題點(diǎn)一 命題點(diǎn)二 命題點(diǎn)三 應(yīng)用動力學(xué)知識和功能關(guān)系解決力電綜合問題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)動過程分析是關(guān)鍵 然后根據(jù)不同的運(yùn)動過程中各力做功的特點(diǎn)來選擇相應(yīng)規(guī)律求解 動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 2 解題思路 命題點(diǎn)一 命題點(diǎn)二 命題點(diǎn)三 例3如圖所示 虛線PQ MN間存在如圖所示的水平勻強(qiáng)電場 一帶電粒子質(zhì)量為m 2 0 10 11kg 電荷量為q 1 0 10 5C 從a點(diǎn)由靜止開始經(jīng)電壓為U 100V的電場加速后 垂直于勻強(qiáng)電場方向進(jìn)入勻強(qiáng)電場中 從虛線MN上的某點(diǎn)b 圖中未畫出 離開勻強(qiáng)電場時(shí)速度與電場方向成30 角 已知PQ MN間距離為20cm 帶電粒子的重力忽略不計(jì) 求 1 帶電粒子剛進(jìn)入勻強(qiáng)電場時(shí)的速度v1 2 勻強(qiáng)電場的電場強(qiáng)度大小 3 a b兩點(diǎn)間的電勢差 命題點(diǎn)一 命題點(diǎn)二 命題點(diǎn)三 答案 1 104m s 2 1 73 103N C 3 400V 2 因帶電粒子重力不計(jì) 則進(jìn)入PQ MN間電場中后 做類平拋運(yùn)動 粒子沿初速度方向做勻速直線運(yùn)動 d v1t粒子沿電場方向做初速度為零的勻加速直線運(yùn)動v2 at 由牛頓第二定律得qE ma聯(lián)立以上相關(guān)各式并代入數(shù)據(jù)得 聯(lián)立以上相關(guān)各式代入數(shù)據(jù)得Uab 400V 命題點(diǎn)一 命題點(diǎn)二 命題點(diǎn)三 即學(xué)即練6 多選 2017 福建臺州質(zhì)量評估 如圖所示 豎直平面內(nèi)的xOy坐標(biāo)系中 x軸上固定一個(gè)點(diǎn)電荷Q y軸上固定一根光滑絕緣細(xì)桿 細(xì)桿的下端剛好在坐標(biāo)原點(diǎn)O處 將一個(gè)重力不計(jì)的帶電圓環(huán) 可視為質(zhì)點(diǎn) 套在桿上 從P處由靜止釋放 圓環(huán)從O處離開細(xì)桿后恰好繞點(diǎn)電荷Q做勻速圓周運(yùn)動 則下列說法正確的是 A 圓環(huán)沿細(xì)桿從P運(yùn)動到O的過程中 加速度一直增大B 圓環(huán)沿細(xì)桿從P運(yùn)動到O的過程中 速度先增大后減小C 若只增大圓環(huán)所帶的電荷量 圓環(huán)離開細(xì)桿后仍能繞點(diǎn)電荷Q做勻速圓周運(yùn)動D 若將圓環(huán)從桿上P點(diǎn)上方由靜止釋放 其他條件不變 圓環(huán)離開細(xì)桿后不能繞點(diǎn)電荷Q做勻速圓周運(yùn)動 答案 解析 命題點(diǎn)一 命題點(diǎn)二 命題點(diǎn)三 7 2018 山東日照校際聯(lián)合期中 如圖所示 一內(nèi)壁光滑的絕緣圓管AB固定在豎直平面內(nèi) 圓管的圓心為O D點(diǎn)為圓管的最低點(diǎn) AB兩點(diǎn)在同一水平線上 AB 2L 圓環(huán)的半徑為r L 圓管的直徑忽略不計(jì) 過OD的虛線與過AB的虛線垂直相交于C點(diǎn) 在虛線AB的上方存在水平向右的 范圍足夠大的勻強(qiáng)電場 虛線AB的下方存在豎直向下的 范圍足夠大的勻強(qiáng)電場 電場強(qiáng)度大小等于 圓心O正上方的P點(diǎn)有一質(zhì)量為m 電荷量為 q q 0 的絕緣小物體 視q為質(zhì)點(diǎn) PC間距為L 現(xiàn)將該小物體無初速釋放 經(jīng)過一段時(shí)間 小物體剛好沿切線無碰撞地進(jìn)入圓管內(nèi) 并繼續(xù)運(yùn)動 重力加速度用g表示 命題點(diǎn)一 命題點(diǎn)二 命題點(diǎn)三 1 虛線AB上方勻強(qiáng)電場的電場強(qiáng)度為多大 2 小物體從管口B離開后 經(jīng)過一段時(shí)間的運(yùn)動落到虛線AB上的N點(diǎn) 圖中未標(biāo)出N點(diǎn) 則N點(diǎn)距離C點(diǎn)多遠(yuǎn) 3 小物體由P點(diǎn)運(yùn)動到N點(diǎn)的總時(shí)間為多少 命題點(diǎn)一 命題點(diǎn)二 命題點(diǎn)三 解析 1 小物體無初速釋放后在重力 電場力的作用下做勻加速直線運(yùn)動 小物體剛好沿切線無碰撞地進(jìn)入圓管內(nèi) 故小物體剛好沿PA連線運(yùn)動 重力與電場力的合力沿PA方向 又PC AC L 命題點(diǎn)一 命題點(diǎn)二 命題點(diǎn)三 命題點(diǎn)一 命題點(diǎn)二 命題點(diǎn)三