202X高考物理第七章专题突破带电粒子（或带电体）在电场中运动的综合问题课件鲁科版选修3_1

1、专题突破带电粒子专题突破带电粒子(或带电体或带电体)在电场中运动的综合问题在电场中运动的综合问题突破一带电粒子在交变电场中的运动突破一带电粒子在交变电场中的运动(1)粒子做单向直线运动粒子做单向直线运动(一般用牛顿运动定律求解一般用牛顿运动定律求解)；(2)二是粒子做往返运动二是粒子做往返运动(一般分段研究一般分段研究)；(3)粒子做偏转运动粒子做偏转运动(一般根据交变电场的特点分段研究一般根据交变电场的特点分段研究)。1.此类题型一般有三种情况此类题型一般有三种情况2.两条分析思路：两条分析思路：一是力和运动的关系，根据牛顿第二定律及运动学规律分析；二是一是力和运动的关系，根据牛顿第二定律及

2、运动学规律分析；二是功能关系。功能关系。3.注重全面分析注重全面分析(分析受力特点和运动规律分析受力特点和运动规律)，抓住粒子的运动具有周期性和空间上具有，抓住粒子的运动具有周期性和空间上具有对称性的特征，求解粒子运动过程中的速度、位移等，并确定与物理过程相关的边对称性的特征，求解粒子运动过程中的速度、位移等，并确定与物理过程相关的边界条件。界条件。【例【例1】如图如图1甲所示，两极板间加上如图乙所示的交变电压。开始甲所示，两极板间加上如图乙所示的交变电压。开始A板的电势比板的电势比B板高，此时两板中间原来静止的电子在电场力作用下开始运动。设电子在运动板高，此时两板中间原来静止的电子在电场力作

3、用下开始运动。设电子在运动中不与极板发生碰撞，向中不与极板发生碰撞，向A板运动时为速度的正方向，则下列图象中能正确反映板运动时为速度的正方向，则下列图象中能正确反映电子速度变化规律的是电子速度变化规律的是(其中其中C、D两项中的图线按正弦函数规律变化两项中的图线按正弦函数规律变化) ()考向考向粒子的单向直线运动粒子的单向直线运动答案答案A【例【例2】(多选多选)如图如图2所示为匀强电场的电场强度所示为匀强电场的电场强度E随时间随时间t变化的图象。当变化的图象。当t0时，在此匀强电场中由静止释放一个时，在此匀强电场中由静止释放一个带电粒子，设带电粒子只受电场力的作用，则下列说法带电粒子，设带电

4、粒子只受电场力的作用，则下列说法中正确的是中正确的是()考向考向粒子的往返运动粒子的往返运动A.带电粒子将始终向同一个方向运动带电粒子将始终向同一个方向运动B.2 s末带电粒子回到原出发点末带电粒子回到原出发点C.3 s末带电粒子的速度为零末带电粒子的速度为零D.03 s内，电场力做的总功为零内，电场力做的总功为零答案答案CD考向考向粒子的偏转运动粒子的偏转运动答案答案BC图图41.(多选多选)(2019长春模拟长春模拟)如图如图4甲所示，甲所示，A、B是一对平行金属板。是一对平行金属板。A板的电势板的电势A0，B板的电势板的电势B随时间的变化规律如图乙所示。现有一电子从随时间的变化规律如图乙

5、所示。现有一电子从A板上的小孔进入两板间板上的小孔进入两板间的电场区内，电子的初速度和重力的影响均可忽略，则的电场区内，电子的初速度和重力的影响均可忽略，则()答案答案BC图图52.(多选多选)(2019江西临川测试江西临川测试)如图如图5甲所示，平行板相距为甲所示，平行板相距为d，在两金属板间加一如图乙，在两金属板间加一如图乙所示的交变电压，有一个粒子源在平行板左边界中点处沿垂直电场方向连续发射速所示的交变电压，有一个粒子源在平行板左边界中点处沿垂直电场方向连续发射速度相同的带正电粒子度相同的带正电粒子(不计重力不计重力)。t0时刻进入电场的粒子恰好在时刻进入电场的粒子恰好在tT时刻到达时刻

6、到达B板板右边缘，则右边缘，则()答案答案AD突破二带电粒子的力电综合问题突破二带电粒子的力电综合问题解决力电综合问题的一般思路解决力电综合问题的一般思路【例【例4】(2019山东大联考二山东大联考二)如图如图6所示，空间内有场强大所示，空间内有场强大小为小为E的匀强电场，竖直平行直线为匀强电场的电场线的匀强电场，竖直平行直线为匀强电场的电场线(方向方向未知未知)，现有一电荷量为，现有一电荷量为q、质量为、质量为m的带负电的粒子，从的带负电的粒子，从O点以某一初速度垂直电场方向进入电场，点以某一初速度垂直电场方向进入电场，A、B为运动轨迹为运动轨迹上的两点，不计粒子的重力及空气的阻力：上的两点

7、，不计粒子的重力及空气的阻力：考向考向用动力学观点和能量观点解决力电综合问题用动力学观点和能量观点解决力电综合问题(1)若若OA连线与电场线夹角为连线与电场线夹角为60，OAL，求带电粒子从，求带电粒子从O点到点到A点的运动时间及进入电场的初速度；点的运动时间及进入电场的初速度；(2)若粒子经过若粒子经过B点时速度方向与水平方向夹角为点时速度方向与水平方向夹角为60，求带电粒子从，求带电粒子从O点到点到B点过点过程中电场力所做的功。程中电场力所做的功。解析解析(1)因带电粒子向上偏转，电场力方向向上，又因为带电粒子带负电，所以因带电粒子向上偏转，电场力方向向上，又因为带电粒子带负电，所以电场强

8、度方向竖直向下，设带电粒子的初速度为电场强度方向竖直向下，设带电粒子的初速度为v0，带电粒子在电场做类平抛运动，带电粒子在电场做类平抛运动，由题意可知：由题意可知：水平方向的位移为水平方向的位移为xLsin 60竖直方向的位移为竖直方向的位移为yLcos 60则水平方向有则水平方向有Lsin 60v0t(2)设带电粒子在设带电粒子在B点速度为点速度为v，从，从O到到B电场力所做的功为电场力所做的功为W解决带电粒子在电场中运动问题的基本思路解决带电粒子在电场中运动问题的基本思路(1)两分析：一是对带电粒子进行受力分析，二是分析带电粒子的运动状态两分析：一是对带电粒子进行受力分析，二是分析带电粒子

9、的运动状态和运动过程和运动过程(初始状态及条件，直线运动还是曲线运动等初始状态及条件，直线运动还是曲线运动等)。(2)建模型：建立正确的物理模型建模型：建立正确的物理模型(加速还是偏转加速还是偏转)，恰当选用规律或其他方，恰当选用规律或其他方法法(如图象如图象)，找出已知量和待求量之间的关系。，找出已知量和待求量之间的关系。【例【例5】如图如图7所示，所示，LMN是竖直平面内固定的光滑绝缘轨道，是竖直平面内固定的光滑绝缘轨道，MN水平且足够长，水平且足够长，LM下端与下端与MN相切。质量为相切。质量为m的带正电小球的带正电小球B静止在水平面上，质量为静止在水平面上，质量为2m的带正的带正电小球

10、电小球A从从LM上距水平面高为上距水平面高为h处由静止释放，在处由静止释放，在A球进入水平轨道之前，由于球进入水平轨道之前，由于A、B两球相距较远，相互作用力可认为零，两球相距较远，相互作用力可认为零，A球进入水平轨道后，球进入水平轨道后，A、B两球间相互两球间相互作用视为静电作用，带电小球均可视为质点。已知作用视为静电作用，带电小球均可视为质点。已知A、B两球始终没有接触。重力两球始终没有接触。重力加速度为加速度为g。求：。求：考向考向用动量观点和能量观点解决力电综合问题用动量观点和能量观点解决力电综合问题(1)A球刚进入水平轨道的速度大小；球刚进入水平轨道的速度大小；(2)A、B两球相距最

11、近时，两球相距最近时，A、B两球系统的电势能两球系统的电势能Ep；(3)A、B两球最终的速度两球最终的速度vA、vB的大小。的大小。关键点关键点光滑绝缘轨道；光滑绝缘轨道；A、B两球间相互作用视为静电作用；两球间相互作用视为静电作用；A、B两球始两球始终没有接触。终没有接触。解析解析(1)对对A球下滑的过程，据机械能守恒得球下滑的过程，据机械能守恒得(2)A球进入水平轨道后，两球组成的系统动量守恒，当两球相距最近时共速，有球进入水平轨道后，两球组成的系统动量守恒，当两球相距最近时共速，有2mv0(2mm)v(3)当两球相距最近之后，在静电斥力作用下相互远离，两球距离足够远时，相互当两球相距最近

12、之后，在静电斥力作用下相互远离，两球距离足够远时，相互作用力为零，系统势能也为零，速度达到稳定。则作用力为零，系统势能也为零，速度达到稳定。则2mv02mvAmvB电场中动量和能量问题的解题技巧电场中动量和能量问题的解题技巧动量守恒定律与其他知识综合应用类问题的求解，与一般的力学问题求解动量守恒定律与其他知识综合应用类问题的求解，与一般的力学问题求解思路并无差异，只是问题的情景更复杂多样，分析清楚物理过程，正确识思路并无差异，只是问题的情景更复杂多样，分析清楚物理过程，正确识别物理模型是解决问题的关键。别物理模型是解决问题的关键。A.R越大，越大，s越大越大B.R越大，小球经过越大，小球经过B

13、点后瞬间对轨道的压力越大点后瞬间对轨道的压力越大C.m越大，越大，s越大越大D.m与与R同时增大，电场力做功增大同时增大，电场力做功增大1.(多选多选)如图如图8所示，光滑的水平轨道所示，光滑的水平轨道AB与半径为与半径为R的光滑的半圆的光滑的半圆形轨道形轨道BCD相切于相切于B点，点，AB水平轨道部分存在水平向右的匀强水平轨道部分存在水平向右的匀强电场，半圆形轨道在竖直平面内，电场，半圆形轨道在竖直平面内，B为最低点，为最低点，D为最高点。为最高点。一质量为一质量为m、带正电的小球从距、带正电的小球从距B点点s的位置在电场力的作用下的位置在电场力的作用下由静止开始沿由静止开始沿AB向右运动，

14、恰能通过最高点向右运动，恰能通过最高点D，则，则()答案答案ACD已知物块与绝缘板间的动摩擦因数恒定，物块运动到绝缘板的右端时恰好相对于已知物块与绝缘板间的动摩擦因数恒定，物块运动到绝缘板的右端时恰好相对于绝缘板静止；若将匀强电场的方向改变为竖直向上，场强大小不变，且物块仍以绝缘板静止；若将匀强电场的方向改变为竖直向上，场强大小不变，且物块仍以原初速度从绝缘板左端的上表面滑入，结果两者相对静止时，物块未到达绝缘板原初速度从绝缘板左端的上表面滑入，结果两者相对静止时，物块未到达绝缘板的右端。求：的右端。求：(1)场强方向竖直向下时，物块在绝缘板上滑动的过程中，系统产生的热量；场强方向竖直向下时，

15、物块在绝缘板上滑动的过程中，系统产生的热量；(2)场强方向竖直向下时与竖直向上时，物块受到的支持力之比；场强方向竖直向下时与竖直向上时，物块受到的支持力之比；(3)场强方向竖直向上时，物块相对于绝缘板滑行的距离。场强方向竖直向上时，物块相对于绝缘板滑行的距离。解析解析(1)场强方向向下时，根据动量守恒定律得场强方向向下时，根据动量守恒定律得mv0(Mm)v(2)由题意知，物块带负电。场强向下时由题意知，物块带负电。场强向下时NmgqE场强向上时场强向上时NmgqE1.等效重力法等效重力法科学思维系列科学思维系列“等效法等效法”在电场中的应用在电场中的应用在叠加电场和重力场中做圆周运动的小球，经

16、常遇到小球在竖直平面内做圆周运在叠加电场和重力场中做圆周运动的小球，经常遇到小球在竖直平面内做圆周运动的临界速度问题。小球能维持圆周运动的条件是能过最高点，而这里的最高点动的临界速度问题。小球能维持圆周运动的条件是能过最高点，而这里的最高点不一定是几何最高点，而应是物理最高点。不一定是几何最高点，而应是物理最高点。2.物理最高点与几何最高点物理最高点与几何最高点(1)重力和电场力合力的方向，一定在等效重力和电场力合力的方向，一定在等效“最高点最高点”和等效和等效“最低点最低点”连连线的延长线的方向上。线的延长线的方向上。(2)类比类比“绳球绳球”“”“杆球杆球”模型临界值的情况进行分析解答。模型临界值的情况进行分析解答。(1)求小球的带电性质及电场强度求小球的带电性质及电场强度E；(2)若小球恰好完成竖直面内的圆周运动，求从若小球恰好完成竖直面内的圆周运动，求从A点释放小球时应有的初速度点释放小球时应有的初速度vA的大的大小小(可含根式可含根式)。【即学即练】【即学即练】如图如图12所示，一条长为所示，一条长为L的细线上端固定，下端的细线上端固定，下端拴一个质量为拴一个质量为m，电荷量为，