202X高考物理第七章專題突破帶電粒子（或帶電體）在電場中運(yùn)動(dòng)的綜合問題課件魯科版選修3_1

1、專題突破帶電粒子專題突破帶電粒子(或帶電體或帶電體)在電場中運(yùn)動(dòng)的綜合問題在電場中運(yùn)動(dòng)的綜合問題突破一帶電粒子在交變電場中的運(yùn)動(dòng)突破一帶電粒子在交變電場中的運(yùn)動(dòng)(1)粒子做單向直線運(yùn)動(dòng)粒子做單向直線運(yùn)動(dòng)(一般用牛頓運(yùn)動(dòng)定律求解一般用牛頓運(yùn)動(dòng)定律求解)；(2)二是粒子做往返運(yùn)動(dòng)二是粒子做往返運(yùn)動(dòng)(一般分段研究一般分段研究)；(3)粒子做偏轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)粒子做偏轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)(一般根據(jù)交變電場的特點(diǎn)分段研究一般根據(jù)交變電場的特點(diǎn)分段研究)。1.此類題型一般有三種情況此類題型一般有三種情況2.兩條分析思路：兩條分析思路：一是力和運(yùn)動(dòng)的關(guān)系，根據(jù)牛頓第二定律及運(yùn)動(dòng)學(xué)規(guī)律分析；二是一是力和運(yùn)動(dòng)的關(guān)系，根據(jù)牛頓第二定律及

2、運(yùn)動(dòng)學(xué)規(guī)律分析；二是功能關(guān)系。功能關(guān)系。3.注重全面分析注重全面分析(分析受力特點(diǎn)和運(yùn)動(dòng)規(guī)律分析受力特點(diǎn)和運(yùn)動(dòng)規(guī)律)，抓住粒子的運(yùn)動(dòng)具有周期性和空間上具有，抓住粒子的運(yùn)動(dòng)具有周期性和空間上具有對稱性的特征，求解粒子運(yùn)動(dòng)過程中的速度、位移等，并確定與物理過程相關(guān)的邊對稱性的特征，求解粒子運(yùn)動(dòng)過程中的速度、位移等，并確定與物理過程相關(guān)的邊界條件。界條件?！纠纠?】如圖如圖1甲所示，兩極板間加上如圖乙所示的交變電壓。開始甲所示，兩極板間加上如圖乙所示的交變電壓。開始A板的電勢比板的電勢比B板高，此時(shí)兩板中間原來靜止的電子在電場力作用下開始運(yùn)動(dòng)。設(shè)電子在運(yùn)動(dòng)板高，此時(shí)兩板中間原來靜止的電子在電場力作

3、用下開始運(yùn)動(dòng)。設(shè)電子在運(yùn)動(dòng)中不與極板發(fā)生碰撞，向中不與極板發(fā)生碰撞，向A板運(yùn)動(dòng)時(shí)為速度的正方向，則下列圖象中能正確反映板運(yùn)動(dòng)時(shí)為速度的正方向，則下列圖象中能正確反映電子速度變化規(guī)律的是電子速度變化規(guī)律的是(其中其中C、D兩項(xiàng)中的圖線按正弦函數(shù)規(guī)律變化兩項(xiàng)中的圖線按正弦函數(shù)規(guī)律變化) ()考向考向粒子的單向直線運(yùn)動(dòng)粒子的單向直線運(yùn)動(dòng)答案答案A【例【例2】(多選多選)如圖如圖2所示為勻強(qiáng)電場的電場強(qiáng)度所示為勻強(qiáng)電場的電場強(qiáng)度E隨時(shí)間隨時(shí)間t變化的圖象。當(dāng)變化的圖象。當(dāng)t0時(shí)，在此勻強(qiáng)電場中由靜止釋放一個(gè)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，則下列說法帶電粒子，設(shè)帶電

4、粒子只受電場力的作用，則下列說法中正確的是中正確的是()考向考向粒子的往返運(yùn)動(dòng)粒子的往返運(yùn)動(dòng)A.帶電粒子將始終向同一個(gè)方向運(yùn)動(dòng)帶電粒子將始終向同一個(gè)方向運(yùn)動(dòng)B.2 s末帶電粒子回到原出發(fā)點(diǎn)末帶電粒子回到原出發(fā)點(diǎn)C.3 s末帶電粒子的速度為零末帶電粒子的速度為零D.03 s內(nèi)，電場力做的總功為零內(nèi)，電場力做的總功為零答案答案CD考向考向粒子的偏轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)粒子的偏轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)答案答案BC圖圖41.(多選多選)(2019長春模擬長春模擬)如圖如圖4甲所示，甲所示，A、B是一對平行金屬板。是一對平行金屬板。A板的電勢板的電勢A0，B板的電勢板的電勢B隨時(shí)間的變化規(guī)律如圖乙所示。現(xiàn)有一電子從隨時(shí)間的變化規(guī)律如圖乙

5、所示。現(xiàn)有一電子從A板上的小孔進(jìn)入兩板間板上的小孔進(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，則的電場區(qū)內(nèi)，電子的初速度和重力的影響均可忽略，則()答案答案BC圖圖52.(多選多選)(2019江西臨川測試江西臨川測試)如圖如圖5甲所示，平行板相距為甲所示，平行板相距為d，在兩金屬板間加一如圖乙，在兩金屬板間加一如圖乙所示的交變電壓，有一個(gè)粒子源在平行板左邊界中點(diǎn)處沿垂直電場方向連續(xù)發(fā)射速所示的交變電壓，有一個(gè)粒子源在平行板左邊界中點(diǎn)處沿垂直電場方向連續(xù)發(fā)射速度相同的帶正電粒子度相同的帶正電粒子(不計(jì)重力不計(jì)重力)。t0時(shí)刻進(jìn)入電場的粒子恰好在時(shí)刻進(jìn)入電場的粒子恰好在tT時(shí)刻到達(dá)時(shí)刻

6、到達(dá)B板板右邊緣，則右邊緣，則()答案答案AD突破二帶電粒子的力電綜合問題突破二帶電粒子的力電綜合問題解決力電綜合問題的一般思路解決力電綜合問題的一般思路【例【例4】(2019山東大聯(lián)考二山東大聯(lián)考二)如圖如圖6所示，空間內(nèi)有場強(qiáng)大所示，空間內(nèi)有場強(qiáng)大小為小為E的勻強(qiáng)電場，豎直平行直線為勻強(qiáng)電場的電場線的勻強(qiáng)電場，豎直平行直線為勻強(qiáng)電場的電場線(方向方向未知未知)，現(xiàn)有一電荷量為，現(xiàn)有一電荷量為q、質(zhì)量為、質(zhì)量為m的帶負(fù)電的粒子，從的帶負(fù)電的粒子，從O點(diǎn)以某一初速度垂直電場方向進(jìn)入電場，點(diǎn)以某一初速度垂直電場方向進(jìn)入電場，A、B為運(yùn)動(dòng)軌跡為運(yùn)動(dòng)軌跡上的兩點(diǎn)，不計(jì)粒子的重力及空氣的阻力：上的兩點(diǎn)

7、，不計(jì)粒子的重力及空氣的阻力：考向考向用動(dòng)力學(xué)觀點(diǎn)和能量觀點(diǎn)解決力電綜合問題用動(dòng)力學(xué)觀點(diǎn)和能量觀點(diǎn)解決力電綜合問題(1)若若OA連線與電場線夾角為連線與電場線夾角為60，OAL，求帶電粒子從，求帶電粒子從O點(diǎn)到點(diǎn)到A點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)時(shí)間及進(jìn)入電場的初速度；點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)時(shí)間及進(jìn)入電場的初速度；(2)若粒子經(jīng)過若粒子經(jīng)過B點(diǎn)時(shí)速度方向與水平方向夾角為點(diǎn)時(shí)速度方向與水平方向夾角為60，求帶電粒子從，求帶電粒子從O點(diǎn)到點(diǎn)到B點(diǎn)過點(diǎn)過程中電場力所做的功。程中電場力所做的功。解析解析(1)因帶電粒子向上偏轉(zhuǎn)，電場力方向向上，又因?yàn)閹щ娏Ｗ訋ж?fù)電，所以因帶電粒子向上偏轉(zhuǎn)，電場力方向向上，又因?yàn)閹щ娏Ｗ訋ж?fù)電，所以電場強(qiáng)

8、度方向豎直向下，設(shè)帶電粒子的初速度為電場強(qiáng)度方向豎直向下，設(shè)帶電粒子的初速度為v0，帶電粒子在電場做類平拋運(yùn)動(dòng)，帶電粒子在電場做類平拋運(yùn)動(dòng)，由題意可知：由題意可知：水平方向的位移為水平方向的位移為xLsin 60豎直方向的位移為豎直方向的位移為yLcos 60則水平方向有則水平方向有Lsin 60v0t(2)設(shè)帶電粒子在設(shè)帶電粒子在B點(diǎn)速度為點(diǎn)速度為v，從，從O到到B電場力所做的功為電場力所做的功為W解決帶電粒子在電場中運(yùn)動(dòng)問題的基本思路解決帶電粒子在電場中運(yùn)動(dòng)問題的基本思路(1)兩分析：一是對帶電粒子進(jìn)行受力分析，二是分析帶電粒子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)兩分析：一是對帶電粒子進(jìn)行受力分析，二是分析帶電粒子

9、的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和運(yùn)動(dòng)過程和運(yùn)動(dòng)過程(初始狀態(tài)及條件，直線運(yùn)動(dòng)還是曲線運(yùn)動(dòng)等初始狀態(tài)及條件，直線運(yùn)動(dòng)還是曲線運(yùn)動(dòng)等)。(2)建模型：建立正確的物理模型建模型：建立正確的物理模型(加速還是偏轉(zhuǎn)加速還是偏轉(zhuǎn))，恰當(dāng)選用規(guī)律或其他方，恰當(dāng)選用規(guī)律或其他方法法(如圖象如圖象)，找出已知量和待求量之間的關(guān)系。，找出已知量和待求量之間的關(guān)系。【例【例5】如圖如圖7所示，所示，LMN是豎直平面內(nèi)固定的光滑絕緣軌道，是豎直平面內(nèi)固定的光滑絕緣軌道，MN水平且足夠長，水平且足夠長，LM下端與下端與MN相切。質(zhì)量為相切。質(zhì)量為m的帶正電小球的帶正電小球B靜止在水平面上，質(zhì)量為靜止在水平面上，質(zhì)量為2m的帶正的帶正電小球

10、電小球A從從LM上距水平面高為上距水平面高為h處由靜止釋放，在處由靜止釋放，在A球進(jìn)入水平軌道之前，由于球進(jìn)入水平軌道之前，由于A、B兩球相距較遠(yuǎn)，相互作用力可認(rèn)為零，兩球相距較遠(yuǎn)，相互作用力可認(rèn)為零，A球進(jìn)入水平軌道后，球進(jìn)入水平軌道后，A、B兩球間相互兩球間相互作用視為靜電作用，帶電小球均可視為質(zhì)點(diǎn)。已知作用視為靜電作用，帶電小球均可視為質(zhì)點(diǎn)。已知A、B兩球始終沒有接觸。重力兩球始終沒有接觸。重力加速度為加速度為g。求：。求：考向考向用動(dòng)量觀點(diǎn)和能量觀點(diǎn)解決力電綜合問題用動(dòng)量觀點(diǎn)和能量觀點(diǎn)解決力電綜合問題(1)A球剛進(jìn)入水平軌道的速度大小；球剛進(jìn)入水平軌道的速度大?。?2)A、B兩球相距最

11、近時(shí)，兩球相距最近時(shí)，A、B兩球系統(tǒng)的電勢能兩球系統(tǒng)的電勢能Ep；(3)A、B兩球最終的速度兩球最終的速度vA、vB的大小。的大小。關(guān)鍵點(diǎn)關(guān)鍵點(diǎn)光滑絕緣軌道；光滑絕緣軌道；A、B兩球間相互作用視為靜電作用；兩球間相互作用視為靜電作用；A、B兩球始兩球始終沒有接觸。終沒有接觸。解析解析(1)對對A球下滑的過程，據(jù)機(jī)械能守恒得球下滑的過程，據(jù)機(jī)械能守恒得(2)A球進(jìn)入水平軌道后，兩球組成的系統(tǒng)動(dòng)量守恒，當(dāng)兩球相距最近時(shí)共速，有球進(jìn)入水平軌道后，兩球組成的系統(tǒng)動(dòng)量守恒，當(dāng)兩球相距最近時(shí)共速，有2mv0(2mm)v(3)當(dāng)兩球相距最近之后，在靜電斥力作用下相互遠(yuǎn)離，兩球距離足夠遠(yuǎn)時(shí)，相互當(dāng)兩球相距最近

12、之后，在靜電斥力作用下相互遠(yuǎn)離，兩球距離足夠遠(yuǎn)時(shí)，相互作用力為零，系統(tǒng)勢能也為零，速度達(dá)到穩(wěn)定。則作用力為零，系統(tǒng)勢能也為零，速度達(dá)到穩(wěn)定。則2mv02mvAmvB電場中動(dòng)量和能量問題的解題技巧電場中動(dòng)量和能量問題的解題技巧動(dòng)量守恒定律與其他知識綜合應(yīng)用類問題的求解，與一般的力學(xué)問題求解動(dòng)量守恒定律與其他知識綜合應(yīng)用類問題的求解，與一般的力學(xué)問題求解思路并無差異，只是問題的情景更復(fù)雜多樣，分析清楚物理過程，正確識思路并無差異，只是問題的情景更復(fù)雜多樣，分析清楚物理過程，正確識別物理模型是解決問題的關(guān)鍵。別物理模型是解決問題的關(guān)鍵。A.R越大，越大，s越大越大B.R越大，小球經(jīng)過越大，小球經(jīng)過B

13、點(diǎn)后瞬間對軌道的壓力越大點(diǎn)后瞬間對軌道的壓力越大C.m越大，越大，s越大越大D.m與與R同時(shí)增大，電場力做功增大同時(shí)增大，電場力做功增大1.(多選多選)如圖如圖8所示，光滑的水平軌道所示，光滑的水平軌道AB與半徑為與半徑為R的光滑的半圓的光滑的半圓形軌道形軌道BCD相切于相切于B點(diǎn)，點(diǎn)，AB水平軌道部分存在水平向右的勻強(qiáng)水平軌道部分存在水平向右的勻強(qiáng)電場，半圓形軌道在豎直平面內(nèi)，電場，半圓形軌道在豎直平面內(nèi)，B為最低點(diǎn)，為最低點(diǎn)，D為最高點(diǎn)。為最高點(diǎn)。一質(zhì)量為一質(zhì)量為m、帶正電的小球從距、帶正電的小球從距B點(diǎn)點(diǎn)s的位置在電場力的作用下的位置在電場力的作用下由靜止開始沿由靜止開始沿AB向右運(yùn)動(dòng)，

14、恰能通過最高點(diǎn)向右運(yùn)動(dòng)，恰能通過最高點(diǎn)D，則，則()答案答案ACD已知物塊與絕緣板間的動(dòng)摩擦因數(shù)恒定，物塊運(yùn)動(dòng)到絕緣板的右端時(shí)恰好相對于已知物塊與絕緣板間的動(dòng)摩擦因數(shù)恒定，物塊運(yùn)動(dòng)到絕緣板的右端時(shí)恰好相對于絕緣板靜止；若將勻強(qiáng)電場的方向改變?yōu)樨Q直向上，場強(qiáng)大小不變，且物塊仍以絕緣板靜止；若將勻強(qiáng)電場的方向改變?yōu)樨Q直向上，場強(qiáng)大小不變，且物塊仍以原初速度從絕緣板左端的上表面滑入，結(jié)果兩者相對靜止時(shí)，物塊未到達(dá)絕緣板原初速度從絕緣板左端的上表面滑入，結(jié)果兩者相對靜止時(shí)，物塊未到達(dá)絕緣板的右端。求：的右端。求：(1)場強(qiáng)方向豎直向下時(shí)，物塊在絕緣板上滑動(dòng)的過程中，系統(tǒng)產(chǎn)生的熱量；場強(qiáng)方向豎直向下時(shí)，

15、物塊在絕緣板上滑動(dòng)的過程中，系統(tǒng)產(chǎn)生的熱量；(2)場強(qiáng)方向豎直向下時(shí)與豎直向上時(shí)，物塊受到的支持力之比；場強(qiáng)方向豎直向下時(shí)與豎直向上時(shí)，物塊受到的支持力之比；(3)場強(qiáng)方向豎直向上時(shí)，物塊相對于絕緣板滑行的距離。場強(qiáng)方向豎直向上時(shí)，物塊相對于絕緣板滑行的距離。解析解析(1)場強(qiáng)方向向下時(shí)，根據(jù)動(dòng)量守恒定律得場強(qiáng)方向向下時(shí)，根據(jù)動(dòng)量守恒定律得mv0(Mm)v(2)由題意知，物塊帶負(fù)電。場強(qiáng)向下時(shí)由題意知，物塊帶負(fù)電。場強(qiáng)向下時(shí)NmgqE場強(qiáng)向上時(shí)場強(qiáng)向上時(shí)NmgqE1.等效重力法等效重力法科學(xué)思維系列科學(xué)思維系列“等效法等效法”在電場中的應(yīng)用在電場中的應(yīng)用在疊加電場和重力場中做圓周運(yùn)動(dòng)的小球，經(jīng)

16、常遇到小球在豎直平面內(nèi)做圓周運(yùn)在疊加電場和重力場中做圓周運(yùn)動(dòng)的小球，經(jīng)常遇到小球在豎直平面內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng)的臨界速度問題。小球能維持圓周運(yùn)動(dòng)的條件是能過最高點(diǎn)，而這里的最高點(diǎn)動(dòng)的臨界速度問題。小球能維持圓周運(yùn)動(dòng)的條件是能過最高點(diǎn)，而這里的最高點(diǎn)不一定是幾何最高點(diǎn)，而應(yīng)是物理最高點(diǎn)。不一定是幾何最高點(diǎn)，而應(yīng)是物理最高點(diǎn)。2.物理最高點(diǎn)與幾何最高點(diǎn)物理最高點(diǎn)與幾何最高點(diǎn)(1)重力和電場力合力的方向，一定在等效重力和電場力合力的方向，一定在等效“最高點(diǎn)最高點(diǎn)”和等效和等效“最低點(diǎn)最低點(diǎn)”連連線的延長線的方向上。線的延長線的方向上。(2)類比類比“繩球繩球”“”“桿球桿球”模型臨界值的情況進(jìn)行分析解答。模型臨界值的情況進(jìn)行分析解答。(1)求小球的帶電性質(zhì)及電場強(qiáng)度求小球的帶電性質(zhì)及電場強(qiáng)度E；(2)若小球恰好完成豎直面內(nèi)的圓周運(yùn)動(dòng)，求從若小球恰好完成豎直面內(nèi)的圓周運(yùn)動(dòng)，求從A點(diǎn)釋放小球時(shí)應(yīng)有的初速度點(diǎn)釋放小球時(shí)應(yīng)有的初速度vA的大的大小小(可含根式可含根式)。【即學(xué)即練】【即學(xué)即練】如圖如圖12所示，一條長為所示，一條長為L的細(xì)線上端固定，下端的細(xì)線上端固定，下端拴一個(gè)質(zhì)量為拴一個(gè)質(zhì)量為m，電荷量為，