高考物理一轮总复习精品课件 第8章 静电场 专题提升课12 带电粒子在电场中运动的综合问题.ppt

拉力F在N点的瞬时功率P=Fv由以上各式代入数据得P=0.528W。本课结束对点演练1.(2023山东聊城模拟)如图所示,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中甲、乙、丙、丁所示时,电子在板间运动(假设不与板相碰),下列说法正确的是()A.电压是甲图时,在0~T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答案D2.(多选)(2023江苏镇江模拟)如图甲所示,真空中水平放置两块长度为2d的平行金属板P、Q,两板间距为d,两板间加上如图乙所示最大值为U0的周期性变化的电压。在两板左侧紧靠P板处有一粒子源A,自t=0时刻开始连续释放初速度大小为v0、方向平行于金属板的相同带电粒子。t=0时刻释放的粒子恰好从Q板右侧边缘离开电场。已知电场变化周期T=,粒子质量为m,不计粒子重力及相互间的作用力。则()A.在t=0时刻进入的粒子离开电场时速度大小仍为v0答案AD考点二“等效法”在电场中的应用(师生共研)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.等效重力场的对应概念及解释3.举例典例2.(2023吉林“五地六校”联考)如图所示,在沿水平方向的匀强电场中有一固定点O,用一根长度为L=0.4m的绝缘细线把质量为m=0.20kg,带有q=6.0×10-4C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θ=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。g取10m/s2,sin37=0.6,cos37°=0.8。(1)求A、B两点间的电势差UAB;(2)将小球拉至位置A使细线水平后由静止释放,求小球通过最低点C时细线对小球的拉力F的大小;(3)如果要使小球能绕O点做完整的圆周运动,求小球在A点时沿垂直于OA方向运动的初速度v0的大小。答案(1)-400V(2)3N(3)m/s解析(1)带电小球在B点静止受力平衡,根据平衡条件得qE=mgtanθ则代入数据得E=2.5×103V/m。由U=Ed有UAB=-EL(1-sinθ),代入数据得UAB=-400V。(2)设小球运动至C点时速度为vC,则(3)根据等效“重力”法,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,则在对称点有对点演练3.如图所示,匀强电场中有一半径为R的圆形区域,匀强电场方向平行于圆所在平面(图中未画出),圆形区域处在竖直平面内,圆周上有八个点等间距排列。一重力不可忽略的带正电小球从A点以相同的初动能在该平面内抛出,抛出方向不同时,小球会经过圆周上不同的点,在这些所有的点中,到达D点时小球的动能最大。已知小球质量为m,电荷量为q,重力加速度为g,下列说法正确的是()A.小球到达D点时动能最大,说明到达D点的过程静电力做功最多B.选取合适的抛出方向,小球一定能到达H点C解析由动能定理得W总=EkD-EkA,从A点出发,到D点时动能最大,说明到达D点过程中合力做功最多,故A错误;从A点到D点时,小球动能最大,所以D点为等效最低点,过D点作圆的切线,切线与DH垂直,则合力方向沿DH方向,如图所示,过A点作DH的垂线,垂足为I,设小球在A点速度大小为v0,方向与AI的夹角为α,则将小球在A点速度分解为垂直于DH方向的速度v0cosα和沿DH方向的速度v0sinα,小球在圆内做斜抛运动,根据斜抛运动特点,小球不一定能到达等效最高点H点,故B错误;由几何关系,可得4.(2023江苏南通调研)如图所示,在竖直平面内固定的圆形绝缘轨道的圆心为O,半径为r,内壁光滑,A、B两点分别是圆轨道的最低点和最高点。该区间存在方向水平向右的匀强电场,一质量为m、带负电的小球在轨道内侧做完整的圆周运动(电荷量不变),经过C点时速度最大,O、C连线与竖直方向的夹角θ=60°,重力加速度为g。(1)求小球所受的静电力大小;(2)求小球在A点的速度v0为多大时,小球经过B点时对圆轨道的压力最小。解析(1)小球在C点时速度最大,则静电力与重力的合力沿DC方向,如图所示所以小球受到的静电力的大小(2)要使小球经过B点时对圆轨道的压力最小,则必须使小球经过D点时的速度最小,即在D点小球