复习方案202X届高考物理一轮复习第7单元静电场专题五带电粒子在电场中运动的综合问题课件

1、专题五带电粒子在电场中运动的综合问题热点题型探究高考模拟演练教师备用习题热点一示波管热点题型探究1.构造电子枪;偏转极板;荧光屏.(如图Z5-1所示)图Z5-1热点题型探究2.工作原理(1)YY上加的是待显示的信号电压,XX上是机器自身产生的锯齿形电压,叫作扫描电压.(2)观察到的现象:如果在偏转电极XX和YY之间都没有加电压,则电子枪射出的电子沿直线运动,打在荧光屏中心,在那里产生一个亮斑.若所加扫描电压和信号电压的周期相等,就可以在荧光屏上得到待测信号在一个周期内随时间变化的稳定图像.热点题型探究例1 (多选)2018湖南衡阳八中月考 示波管是示波器的核心部件,如图Z5-2所示,它由电子枪

2、、偏转电极和荧光屏组成,如果在荧光屏上P点出现亮斑,那么示波管中的()A.极板X应带正电B.极板X应带正电C.极板Y应带负电D.极板Y应带正电图Z5-2热点题型探究答案 AD热点二带电粒子在交变电场中的运动热点题型探究(1)此类题型一般有三种情况:一是粒子做单向直线运动(一般用牛顿运动定律求解);二是粒子做往返运动(一般分段研究);三是粒子做偏转运动(一般根据交变电场的特点分段研究).(2)分析时从两条思路出发: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;二是功能关系.(3)注重全面分析(分析受力特点和运动规律),抓住粒子的运动具有周期性和在空间上具有对称性的特征,求解粒子运动过程中

3、的速度、位移、做功或确定与物理过程相关的边界条件.热点题型探究考向一交变电场中的直线运动问题例2 如图Z5-3甲所示,A和B是真空中正对且面积很大的平行金属板,O是一个可以连续产生粒子的粒子源,O到A、B的距离都是l.现在A、B之间加上电压,电压UAB随时间变化的规律如图乙所示.已知粒子源产生的粒子质量为m、电荷量为-q,产生的粒子在电场力作用下从静止开始运动.假设粒子一旦碰到金属板就附在金属板上不再运动,且电荷量同时消失,不影响A、B板的电势.不计粒子的重力,不考虑粒子之间的相互作用力.已知上述物理量l=0.6 m,U0=1.2103 V,T=1.210-2 s,m=510-10 kg,q=

4、1.010-7 C.热点题型探究图Z5-3热点题型探究热点题型探究热点题型探究变式题 匀强电场的电场强度E随时间t变化的图像如图Z5-4所示.当t=0时,在此匀强电场中由静止释放一个带电粒子(带正电),设带电粒子只受电场力的作用,则下列说法中正确的是 ()A.带电粒子将始终向同一个方向运动B.2 s末带电粒子回到出发点C.3 s末带电粒子的速度不为零D.03 s内,电场力做的总功为零图Z5-4热点题型探究答案 D解析 由牛顿第二定律可知带电粒子在第1 s内的加速度和第2 s内的加速度的关系,因此粒子将先加速1 s再减速0.5 s,速度为零,接下来的0.5 s将反向加速,v-t图像如图所示,根据

5、图像可知选项A错误;由图像可知2 s内的位移为负,故选项B错误;由图像可知3 s末带电粒子的速度为零,故选项C错误;由动能定理结合图像可知03 s内,电场力做的总功为零,故选项D正确.热点题型探究考向二交变电场中的曲线运动问题热点题型探究图Z5-5热点题型探究答案 AD热点题型探究热点题型探究 要点总结对于带电粒子在交变电场中的运动,主要是根据电场随时间的变化情况分好段,对每一段分别受力分析,研究好每一段带电粒子的运动情况,找好段与段之间的关系,比如前一段的末速度等于后一段的初速度,两段的时间、空间关系等.热点三带电粒子力电综合问题 热点题型探究要善于把电学问题转化为力学问题,建立带电粒子在电

6、场中加速和偏转的模型,能够从带电粒子的受力与运动的关系、功能关系和动量关系等多角度进行分析与研究.解决力电综合问题的方法:1.动力学的观点(1)由于匀强电场中带电粒子所受电场力和重力都是恒力,可用正交分解法.(2)综合运用牛顿运动定律和匀变速直线运动公式,注意受力分析要全面,特别注意重力是否需要考虑的问题.热点题型探究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,判断是对分过程还是对全过程使用动能定理.(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

7、正方向.(2)运用动量守恒定律,除了要注意动量守恒定律的表达式是矢量式,还要注意题目表述是否为某方向上动量守恒.热点题型探究例4 (20分)2017全国卷 如图Z5-6所示,两水平面(虚线)之间的距离为H,其间的区域存在方向水平向右的匀强电场.自该区域上方的A点将质量均为m、电荷量分别为q和-q(q0)的带电小球M、N先后以相同的初速度沿平行于电场的方向射出.小球在重力作用下进入电场区域,并从该区域的下边界离开.已知N离开电场时的速度方向竖直向下;M在电场中做直线运动,刚离开电场时的动能为N刚离开电场时的动能的1.5倍.不计空气阻力,重力加速度大小为g.求:(1)M与N在电场中沿水平方向的位移

8、之比;(2)A点距电场上边界的高度;(3)该电场的电场强度大小.图Z5-6热点题型探究【规范步骤】(1)设带电小球M、N抛出的初速度均为v0,则它们进入电场时的水平速度为(1分) M、N在电场中的运动时间t (1分) 电场力作用下产生的加速度沿水平方向,大小均为a,N离开电场时的速度方向竖直向下,说明水平速度减为0,由运动学公式得t=(1分) 设M、N在电场中沿水平方向的位移分别为s1和s2由运动学公式可得s1=(2分) s2=(2分) 联立解得s1s2=(1分) 热点题型探究热点题型探究热点题型探究热点题型探究变式题1 2018安徽亳州模拟 如图Z5-7甲所示,一光滑绝缘细杆竖直放置,在细杆

9、右侧d=0.30 m的A点处有一固定的点电荷.细杆上套有一带电荷量q=110-6 C、质量m=0.05 kg的小环.设小环与点电荷的高度差为h,将小环由静止释放后,其动能Ek随h的变化曲线如图乙所示.已知静电力常量k=9.0109 Nm2/C2,重力加速度g取10 m/s2.(计算结果保留两位有效数字)(1)求点电荷所带电荷量Q的大小;(2)求小环位于h1=0.40 m处时的加速度a;热点题型探究(3)小环从h2=0.30 m处下落到h3=0.12 m处的过程中,求小环的电势能的改变量.图Z5-7热点题型探究答案 (1)1.610-5 C(2)0.78 m/s2方向竖直向下(3)增加了0.10

10、 J热点题型探究热点题型探究变式题2 如图Z5-8所示,在光滑绝缘水平面上有两个带电小球A、B,质量分别为3m和m,小球A带电荷量为+q,小球B带电荷量为-2q,开始时两小球相距s0,小球A有水平向右的初速度v0,小球B的初速度为零,取初始状态下两小球构成的系统的电势能为零.(1)试证明当两小球的速度相同时系统的电势能最大,并求出该最大值;(2)试证明在两小球的间距不小于s0的运动过程中,系统的电势能总小于系统的动能,并求出这两种能量的比值的取值范围.图Z5-8热点题型探究热点题型探究高考模拟演练高考真题1.(多选)2016全国卷 如图Z5-9所示,一带负电荷的油滴在匀强电场中运动,其轨迹在竖

11、直面(纸面)内,且相对于过轨迹最低点P的竖直线对称.忽略空气阻力.由此可知()A.Q点的电势比P点高B.油滴在Q点的动能比它在P点的大C.油滴在Q点的电势能比它在P点的大D.油滴在Q点的加速度大小比它在P点的小图Z5-9高考模拟演练答案 AB高考模拟演练2.2017全国卷 真空中存在电场强度大小为E1的匀强电场,一带电油滴在该电场中竖直向上做匀速直线运动,速度大小为v0.在油滴处于位置A时,将电场强度的大小突然增大到某值,但保持其方向不变.持续一段时间t1后,又突然将电场反向,但保持其大小不变;再持续同样一段时间后,油滴运动到B点.重力加速度大小为g.(1)求油滴运动到B点时的速度;(2)求增

12、大后的电场强度的大小.已知不存在电场时,油滴以初速度v0做竖直上抛运动的最大高度恰好等于B、A两点间距离的两倍.高考模拟演练解析 (1)设油滴质量和电荷量分别为m和q,油滴速度方向向上为正.油滴在电场强度大小为E1的匀强电场中做匀速直线运动,故匀强电场方向向上.在t=0时,电场强度突然从E1增加至E2,油滴做竖直向上的匀加速运动,加速度方向向上,大小a1满足qE2-mg=ma1油滴在时刻t1的速度为v1=v0+a1t1电场强度在时刻t1突然反向,油滴做匀变速运动,加速度方向向下,大小a2满足qE2+mg=ma2高考模拟演练高考模拟演练高考模拟演练模拟精选3.如图Z5-10所示,在两平行金属板中

13、央有一个静止的电子(不计重力),当两板间的电压分别如图Z5-11中甲、乙、丙、丁所示时,关于电子在板间的运动(假设不与板相碰),下列说法正确的是 ()图Z5-10 图Z5-11高考模拟演练高考模拟演练答案 D高考模拟演练4.(多选)2018河南南阳一中月考 空间某区域竖直平面内存在电场,电场线分布如图Z5-12所示.一个质量为m、电荷量为q、电性未知的小球在该电场中运动,小球经过A点时的速度大小为v1,方向水平向右,运动至B点时的速度大小为v2.若A、B两点之间的高度差为h,重力加速度为g,则以下判断中正确的是()图Z5-12高考模拟演练高考模拟演练答案 BC高考模拟演练5.2018大庆实验中

14、学模拟 如图Z5-13所示,M、N两点处于同一水平面,O为M、N连线的中点,过O点的竖直线上固定一根绝缘光滑细杆,杆上A、B两点关于O点对称.第一种情况,在M、N两点分别放置电荷量为+Q和-Q的等量异种点电荷,套在杆上带正电的小金属环从A点无初速度释放,运动到B点;第二种情况,在M、N两点分别放置电荷量为+Q的等量同种点电荷,该金属环仍从A点无初速度释放,运动到B点,则两种情况相比()A.第一种情况下金属环运动到B点的速度较大B.第二种情况下金属环从A点运动到B点所用的时间较短C.金属环从A点运动到B点的过程中,动能与重力势能之和均保持不变D.金属环从A点运动到B点的过程中(不含A、B两点),

15、第一种情况下在杆上相同位置的速度较大图Z5-13高考模拟演练答案 D解析 当M、N两点分别放置等量异种点电荷时,它们连线的中垂线是等势线,重力势能全部转化为动能,金属环所受合力等于重力,做加速度等于重力加速度的匀加速直线运动,当M、N两点分别放置等量同种点电荷时,根据对称性可知在中垂线上电势的关系为OA=B,从全过程分析,重力势能也是全部转化为动能,因此两种情况在B点的速度相等,故A错误;由于到B点之前第一种情况一直做匀加速直线运动,第二种情况的速度均比较小,因此第二种情况所用的时间长,故B错误;到达B点前第二种情况电场力做功,所以第二种情况动能与重力势能之和发生变化,故C错误;第二种情况中电

16、场力对金属环先是阻力后是动力,结合到达B点时的速度与第一种情况的速度相等,可知在杆上相同位置的速度第一种情况较大,故D正确.高考模拟演练6.(多选)2018衡水中学模拟 如图Z5-14所示,一个竖直放置的平行板电容器充电后,左板上电荷量为-Q,板间可看成匀强电场.一个带电荷量为-q的油滴从O点以速度v射入板间,v的方向与电场线成角,已知油滴的质量为m,重力加速度为g,测得油滴到达运动轨迹的最高点时,它的速度大小又为v,并恰好垂直打到平行板上.以下说法中正确的是()图Z5-14高考模拟演练高考模拟演练答案 BD高考模拟演练教师备用习题1.(多选)一带正电的小球向右水平抛入范围足够大的匀强电场,电

17、场方向水平向左.不计空气阻力,则小球() A.做直线运动B.做曲线运动C.速率先减小后增大D.速率先增大后减小教师备用习题答案 BC教师备用习题2.(多选)如图所示,一个带负电的小金属环套在粗糙绝缘细杆AB上,杆与水平面的夹角为,杆的下方O点处固定一个带正电的点电荷,OA=OB.现使小环以初速度v0从A点沿杆上滑,到达B点时其速度恰好为零,小环滑回A点时速度为v.下列说法中正确的是()A.小环上滑过程中先做匀加速再做匀减速运动B.小环上滑时间小于下滑时间C.小环下滑过程,减少的重力势能等于摩擦产生的内能D.从A点出发到再回到A点的过程,小环克服摩擦力做的功等于小环损失的动能教师备用习题答案 B

18、D解析 因小环在运动过程中受到的库仑力是变力,对其受力分析可知,小环在上滑过程中的加速度是变化的,并不是匀变速运动,选项A错误;由于上滑时的平均加速度大于下滑时的平均加速度,由运动学公式定性分析可知,小环上滑时间小于下滑时间,选项B正确;由功能关系可知,小环下滑过程中,减少的重力势能等于其回到A点时的动能和克服摩擦力做的功之和,选项C错误;小环从A点出发到再次回到A点的过程中,电场力做功为零,重力做功为零,故小环克服摩擦力做的功等于小环损失的动能,选项D正确.教师备用习题3.医用加速器是生物医学上的一种用来对肿瘤进行放射治疗的粒子加速装置,它通过产生带电粒子线,对病人体内的肿瘤进行直接照射,从

19、而达到消除或减小肿瘤的目的.目前国际上在放射治疗中使用较多的是电子直线加速器.假设从粒子源发射的电子经直线加速器加速后形成细柱形电子流,电子在加速器中的运动轨迹是一条直线.要使电子获得能量,就必须有加速电场,一般是选择适当长度的漂移管,使电子在两筒之间被加速,直至具有很高的能量.假定加速器的漂移管由N个长度逐个增长的金属圆筒组成(整个装置处于真空中,图中只画出了6个圆筒,作为示意),如图,它们沿轴线排列成一串,各个圆筒相间地连接到频率为f的正弦交流电源的两端.圆筒的两底面中心开有小孔,电子沿轴线射入圆筒.设金属圆筒的内部没有电场,且每个圆教师备用习题筒间的缝隙宽度很小,电子穿过缝隙的时间可忽略不计.为达到最佳加速效果,需要调节至电子穿过每个圆筒的时间恰为交流电的半个周期,使电子每次通过圆筒间缝隙时,都恰为交流电压的峰值.已知一个电子的质量为m、所带的电荷量为e.若电子刚进入第1个圆筒左端的速度大小为v0,电子通过直线加速器第N个圆筒后的速度大小为v,求:(1)第1个圆筒的长度L1;(2)从电子进入第1个圆筒开始到电子由第N个圆筒射出的总时间t;(3)加速器所接正弦交流电压的最大值Um.教师备用习题教师备用习题4