高考物理一轮总复习精品课件 第7章 静电场 专题6 带电粒子在电场中运动的综合问题.ppt

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考点二“等效法”解决带电体在复合场中的圆周运动问题[师生共研]1.方法概述等效思维方法是将一个复杂的物理问题,等效为一个熟知的物理模型或问题的方法。对于这类问题,若采用常规方法求解,过程复杂,运算量大。若采用等效法求解,则能避开复杂的运算,过程比较简捷。2.方法应用先求出重力与静电力的合力,将这个合力视为一个等效重力,将视为等效重力加速度,再将物体在重力场中的运动规律迁移到等效重力场中分析求解即可。典例2.如图所示,圆心为O、半径为R的圆弧形光滑轨道MN固定在竖直平面内,O、N恰好处于同一竖直线上,ON=R,OM与竖直方向之间的夹角θ=37°,水平面上方空间存在水平向左的匀强电场。水平面上有一点P,点P、M的连线恰好与圆弧轨道相切于M点,PM=2R。现有一质量为m、电荷量为+q的小球(可视为质点)从P点以一定的初速度沿PM做直线运动,小球从M点进入圆弧轨道后,恰好能沿圆弧轨道运动并从N点射出。sin37°=0.6,cos37°=0.8,重力加速度为g。求:(1)小球沿圆弧轨道运动过程中的最小速度的大小。(2)小球在P点时的初速度大小。(3)小球在水平面上的落点到P点的距离。对点演练3.一条长为L的绝缘细线上端固定在O点,下端系一个质量为m、电荷量为+q的小球,将它置于水平向右的匀强电场中,小球静止时细线与竖直线的夹角θ=37°。已知重力加速度为g,下列说法正确的是()答案:D甲乙4.如图所示,虚线MN下方存在着方向水平向左、范围足够大的匀强电场。AB为绝缘光滑且固定的四分之一圆弧轨道,轨道半径为R,O为圆心,B位于O点正下方。一质量为m、电荷量为q的带正电小球,以初速度vA竖直向下从A点沿切线进入半圆轨道内侧,沿轨道运动到B处以速度vB射出。已知重力加速度为g,匀强电场的电场强度大小,空气阻力不计,下列说法正确的是()A.从A到B过程中,小球的机械能先增大后减小B.从A到B过程中,小球对轨道的压力先减小后增大C.在A、B两点的速度大小满足vAvBD.从B点抛出后,小球速度的最小值为答案:D考点三电场中的力电综合问题[名师破题]解决电场中的力电综合问题,要善于把电学问题转化为力学问题,建立带电粒子(体)在电场中运动的模型,能够灵活应用动力学观点、能量观点和动量观点等多角度进行分析与研究:1.动力学的观点(1)由于匀强电场中带电粒子(体)所受静电力和重力都是恒力,可用正交分解法。(2)综合运用牛顿运动定律和运动学公式,注意受力分析和运动分析,特别注意重力是否需要考虑的问题。2.能量的观点(1)运用动能定理,注意过程分析要全面,准确求出过程中的所有力做的功。(2)运用能量守恒定律,注意题目中有哪些形式的能量出现。3.动量的观点(1)运用动量定理,要注意动量定理的表达式是矢量式,在一维情况下,各个矢量必须选同一个正方向。(2)运用动量守恒定律,要注意动量守恒定律的表达式是矢量式,注意正方向的选取。典例3.(2020全国Ⅰ卷)在一柱形区域内有匀强电场,柱的横截面是以O为圆心、半径为R的圆,AB为圆的直径,如图所示。质量为m、电荷量为q(q0)的带电粒子在纸面内自A点先后以不同的速度进入电场,速度方向与电场的方向垂直。已知刚进入电场时速度为零的粒子,自圆周上的C点以速率v0穿出电场,AC与AB的夹角θ=60°。运动中粒子仅受静电力作用。(1)求电场强度的大小。(2)为使粒子穿过电场后的动能增量最大,该粒子进入电场时的速度应为多大?(3)为使粒子穿过电场前后动量变化量的大小为mv0,该粒子进入电场时的速度应为多大?解题指导:关键词句获取信息柱形区域内有匀强电场……圆形边界的匀强电场质量为m、电荷量为q(q0)的带电粒子带正电的粒子,质量和电荷量已知自A点先后以不同的速度进入电场,速度方向与电场的方向垂直在电场中做类平抛运动已知刚进入电场时速度为零的粒子,自圆周上的C点以速率v0穿出电场在电场中做初速度为零的匀加速直线运动,电场的方向A指向CAC与AB的夹角θ=60°出电场时位置确定解析:(1)粒子初速度为零,由C点射出电场,故电场方向与AC平行,由A指向C。由几何关系和电场强度的定义知lAC=RF=qE(2)如图所示,由几何关系知AC⊥BC,故电场中的等势线与BC平行。另解:由题意知,初速度为0时,动量增量的大小为mv0,此即问题的一个解。自A点以不同的速率垂直于电场方向射入电场的粒子,沿y方向位移相等时,所用时间都相同。因此,不同粒子运动到线段CB上时,动量变化都相同,自B点射出电场的粒子,其动量变化也为mv0。由几何关系及运动学规律可得,此时入射速率对点演练5.(多选

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