人教版高考总复习一轮物理精品课件 第八章 静电场 专题4 带电粒子在电场中运动的综合问题.ppt

专题4带电粒子在电场中运动的综合问题第八章

内容索引0102强基础增分策略增素能精准突破

强基础增分策略

带电粒子(带电体)在电场中的综合问题涉及的题型呈多样性,既有选择题,又有结合力学问题综合考查的计算题。常见的类型主要有以下几种:

1.静电力做功与功能关系静电力做功的计算电场中的功能关系(1)静电力做正功,电势能减少,静电力做负功,电势能增加,即:W=-ΔEp。(2)如果只有静电力做功,则动能和电势能之间相互转化,二者总和不变,即:ΔEk=-ΔEp

2.带电粒子在交变电场中的运动在两个相互平行的金属板间加交变电压时,两板中间便可获得交变电场。此类电场从空间看是匀强电场,即同一时刻,电场中各个位置处电场强度的大小、方向都相同;从时间看是变化的,即电场强度的大小、方向都随时间的变化而变化。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。

3.涉及电场的力学问题处理涉及电场的力学问题时,要善于把电学问题转化为力学问题,建立带电粒子在电场中加速和偏转的模型,能够从带电粒子的受力与运动的关系及功能关系两条途径进行分析与研究。运用动力学观点时,先分析带电粒子(体)的受力情况,根据F合=ma得出加速度,再根据运动学方程可得出所求物理量。运用能量观点时,在匀强电场中,若不计重力,静电力做的功等于动能的变化量;若考虑重力,则合力做的功等于动能的变化量。这类问题有时还应用等效场的方法来处理分析。

易错辨析(1)电场中,电势能和机械能的总和不变。()(2)电场中,电势能和动能的总和不变。()(3)匀强电场中,带电粒子只在静电力作用下,做匀变速运动。()(4)带电粒子在交变电场中一定做往复运动。()(5)在电场中,带电微粒所受合力的功,等于机械能的变化。()××√××

应用提升1.(2019天津卷)如图所示,在水平向右的匀强电场中,质量为m的带电小球,以初速度v从M点竖直向上运动,通过N点时,速度大小为2v,方向与电场方向相反,则小球从M运动到N的过程()

答案B

2.如图甲所示,两平行正对的金属板A、B间加有如图乙所示的交变电压,一重力可忽略不计的带正电粒子被固定在两板的正中间P处。若在t0时刻释放该粒子,粒子会时而向A板运动,时而向B板运动,并最终打在A板上。则t0可能属于的时间段是()

答案B

3.(多选)如图所示,半圆槽光滑、绝缘、固定,圆心是O,最低点是P,直径MN水平,a、b是两个完全相同的带正电小球(视为点电荷),b固定在M点,a从N点由静止释放,沿半圆槽运动经过P点到达某点Q(图中未画出)时速度为零。则小球a()A.从N到Q的过程中,重力与库仑力的合力先增大后减小B.从N到P的过程中,速率先增大后减小C.从N到Q的过程中,电势能一直增加D.从P到Q的过程中,动能减少量小于电势能增加量

答案BC解析a球从N点由静止释放后,受重力mg、b球的库仑斥力F库和槽的弹力FN作用,a球在从N到Q的过程中,mg与F库的夹角θ由直角逐渐减小,不妨先假设F库的大小不变,随着θ的减小mg与F库的合力F将逐渐增大,由库仑定律和图中几何关系可知,随着θ的减小,F库逐渐增大,因此F一直增加,故A错误;从N到P的过程中,重力沿曲面切线的分量逐渐减小到零且重力沿曲面切线的分量是动力,库仑斥力沿曲面切线的分量由零逐渐增大且库仑斥力沿曲面切线的分量是阻力,则从N到P的过程中,a球速率必先增大后减小,故B正确;在a球从N到Q的过程中,a、b两小球距离逐渐变小,库仑斥力一直做负功,a球电势能一直增加,故C正确;在从P到Q的过程中,根据能量守恒可知,a球动能的减少量等于电势能增加量与重力势能增加量之和,故D错误。

增素能精准突破

考点一带电粒子在交变电场中的运动[师生共研]1.分清两类情况(1)第一类是粒子在交变电场中做变加速直线运动,这类问题,由于初始条件不同,可能出现两种情况:①粒子在某区域做往复运动;②粒子在做往复运动的同时,向一侧移动,最后打到极板上。

(2)第二类是粒子垂直电场进入场区问题,这类问题采用运动分解的方法处理,可将运动分解为垂直电场方向匀速运动和沿电场方向变加速运动,具体可分为两种情况:①若粒子通过电场的时间远小于交变电场的周期,可认为这一粒子通过电场的过程中电场强度不变,但不同时刻进入的粒子,所经历的电场不同,偏转不同,常出现临界问题;②若粒子通过电场的时间大于交变电场的周期,在沿电场方向的运动与(1)中情况相同。2.注重全面分析(分析受力特点和运动特点)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。

【典例突破】典例1.(2021四川南充高三模拟)如图甲所示,水平正对放置的金属板A和B间的距离为d