新高考物理一轮复习重难点练习难点15 带电粒子在电场中的力电综合问题（原卷版）.doc

难点15带电粒子在电场中的力电综合问题

一、带电粒子在重力场和电场中的圆周运动

1．等效重力场

物体仅在重力场中的运动是最常见、最基本的运动，但是对于处在匀强电场和重力场中物体的运动问题就会变得复杂一些．此时可以将重力场与电场合二为一，用一个全新的“复合场”来代替，可形象称之为“等效重力场”．

2.

3．举例

【例1】(多选)如图所示，在地面上方的水平匀强电场中，一个质量为m、电荷量为＋q的小球，系在一根长为L的绝缘细线一端，可以在竖直平面内绕O点做圆周运动．AB为圆周的水平直径，CD为竖直直径．已知重力加速度为g，电场强度E＝eq\f(mg,q).下列说法正确的是()

A．若小球在竖直平面内绕O点做圆周运动，则它运动的最小速度为eq\r(gL)

B．若小球在竖直平面内绕O点做圆周运动，则小球运动到B点时的机械能最大

C．若将小球在A点由静止开始释放，它将在ACBD圆弧上往复运动

D．若将小球在A点以大小为eq\r(gL)的速度竖直向上抛出，它将能够到达B点

二、电场中的力电综合问题

1．带电粒子在电场中的运动

(1)分析方法：先分析受力情况，再分析运动状态和运动过程(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、动能定理、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．

2．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．具体方法有：

(1)用动能定理处理

思维顺序一般为：

①弄清研究对象，明确所研究的物理过程．

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弄清所研究过程的初、末状态(主要指动能)．

④根据W＝ΔEk列出方程求解．

(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E1＝E2)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若带电粒子只在静电力作用下运动，其动能和电势能之和保持不变．

②若带电粒子只在重力和静电力作用下运动，其机械能和电势能之和保持不变．

【例2】如图，两金属板P、Q水平放置，间距为d.两金属板正中间有一水平放置的金属网G，P、Q、G的尺寸相同．G接地，P、Q的电势均为φ(φ0)．质量为m，电荷量为q(q0)的粒子自G的左端上方距离G为h的位置，以速度v0平行于纸面水平射入电场，重力忽略不计．

(1)求粒子第一次穿过G时的动能，以及它从射入电场至此时在水平方向上的位移大小；

(2)若粒子恰好从G的下方距离G也为h的位置离开电场，则金属板的长度最短应为多少？

一、单选题

1．（2022·全国·高三专题练习）如图所示，在水平方向的匀强电场中，一质量为m的带电小球用一轻绳连接恰好在竖直平面内顺时针绕O点做半径为R的圆周运动，运动轨迹上均匀地分布着A、B、C、D、F、G、H和P点，OA垂直于电场强度方向。已知小球带电荷量为q(q0)，电场强度SKIPIF10(g为重力加速度)，则下列说法正确的是()

A．小球在A点时的速度为SKIPIF10

B．小球运动至C点和H点时绳子拉力大小相等

C．小球运动过程中绳子的最大拉力为6SKIPIF10mg

D．小球运动过程中的最小速度为SKIPIF10

2．（2019·四川·成都外国语学校高三期末）如图所示地面上方存在水平向右的匀强电场。现将一带电小球从距离地面O点高h处的A点以水平速度v0抛出，经过一段时间小球恰好垂直于地面击中地面上的B点，B到O的距离也为h。当地重力加速度为g，则下列说法正确的是（）

A．从A到B的过程中小球的动能不断减小

B．下落过程中小球机械能一直增加

C．小球的加速度始终保持2g不变

D．从A点到B点小球的的电势能增加了mgh

3．（2021·云南师大附中高三阶段练习）如图所示，在某一空间存在竖直向上的匀强电场，场强大小为E，在该空间的A点固定电荷量为Q的负点电荷，现有一带正电的小球以速度v从B点水平飞入电场，已知A、B两点之间的距离为r，下列关于小球运动的描述正确的是（）

A．若场强SKIPIF10，小球一定做匀速圆周运动

B．若场强SKIPIF10，小球一定做匀速直线运动

C．若场强SKIPIF10