高考物理总复习热点专题8带电粒子在电场中的综合问题分析

热点专题8带电粒子在电场中综合问题分析1/46栏目导航1234抓知识点抓重难点课时跟踪检测抓易错点2/46抓知识点专心研读领悟细微深处13/46一、带电粒子在电场中综合问题分析方法1．分析方法和力学分析方法基本相同：先分析受力情况，再分析运动状态和运动过程(平衡、加速或减速，轨迹是直线还是曲线)；然后选取恰当力学规律如牛顿运动定律、运动学公式、动能定理、能量守恒定律解题．2．带电粒子受力特点：在讨论带电粒子或其它带电体静止与运动问题时，重力是否要考虑，关键看重力与其它力相比较是否能忽略．普通来说，除显著暗示外，带电小球、液滴重力不能忽略，电子、质子等带电粒子重力能够忽略，普通可依据微粒运动状态判断是否考虑重力作用．4/465/46二、用正交分解法处理带电粒子复杂运动这里所说复杂运动，区分于类平抛运动带电粒子偏转，它轨迹常是更复杂曲线，但处理这种运动基本思想与处理偏转运动是类似．也就是说，能够将此复杂运动分解为两个相互正交比较简单直线运动，而这两个直线运动规律我们是能够掌握，然后再按运动合成观点求出复杂运动相关物理量．三、用能量观点处理带电体在电场中运动对于受变力作用带电体运动，必须借助于能量观点来处理．即使都是恒力作用问题，用能量观点处理经常显得简练．详细方法常有两种：6/461．用动能定理处理．思维次序普通为(1)搞清研究对象，明确所研究物理过程；(2)分析物体在所研究过程中受力情况，搞清哪些力做功，做正功还是负功；(3)搞清所研究过程始、末状态(主要指动能)；(4)依据W＝ΔEk列出方程求解．2．用包含电势能和内能在内能量守恒定律处理．列式方法惯用两种：(1)从初、末状态能量相等(即E1＝E2)列方程；(2)从一些能量降低等于另一些能量增加(即ΔE＝ΔE′)列方程．7/46抓重难点动手演练掌握提分技巧28/461．直线运动．带电粒子初速度与点电荷电场平行．2．圆周运动．带电粒子初速度与点电荷电场垂直．3．曲线运动．带电粒子初速度与点电荷电场有夹角．重难点1带电粒子在点电荷电场中运动三种情形

9/46 如右图所表示，在点电荷＋Q电场中有A、B两点，将质子和α粒子(带电荷量是质子2倍，质量是质子4倍)分别从A点由静止释放抵达B点时，它们速度大小之比为多少？例110/46不计重力带电粒子在非匀强电场中运动，不能用牛顿运动定律求解，只能用动能定理求解．带电粒子在匀强电场中运动动力学问题，如包括加速度、时间，需采取牛顿运动定律求解，不然优先用动能定理求解．提分秘笈11/46 已知氢原子中质子和电子所带电荷量都是e，电子质量为m，电子绕核做匀速圆周运动，轨道半径为r，试确定电子做匀速圆周运动v、ω、T等物理量．例212/46 (多项选择)如右图所表示，虚线a、b和c是某静电场中三个等势面，它们电势分别为φa、φb和φc，且φa>φb>φc，一带正电粒子射入电场中，其运动轨迹如实线KLMN所表示．由图可知()A．粒子从K到L过程中，电场力做负功B．粒子从L到M过程中，电场力做负功C．粒子从K到L过程中，电势能增加D．粒子从L到M过程中，动能降低例313/46【解析】由题目条件可知，a、b、c是孤立点电荷激发电场中三个等势面，因为运动粒子带正电，且沿K→L→M→N运动，所以受到是静电斥力，能够判断场源电荷必为正电荷，电场力做功情况便确定下来．因为φK＝φN<φM<φL，所以由K到L过程中电场力做负功，电势能增大，A、C项正确；由L到M过程中，电场力先做负功后做正功，电势能先增大后减小，动能先减小后增大，B、D项错误．【答案】AC14/46带电粒子在周期性改变电场中运动分析方法1．明确电场(E、U等)改变规律．2．做好两个分析(受力分析和运动分析)，抓住粒子运动含有周期性、空间上有含有对称性特征，求解粒子运动过程中速度、位移等，并确定与物理过程相关边界条件．3．分析时从两条思绪出发：一是力和运动关系，依据牛顿第二定律及运动学公式分析；二是功效关系．4．这类题型普通有三种情况：①粒子做单向直线运动(普通用牛顿运动定律求解)；②粒子做往返运动(普通分段研究)；③粒子做偏转运动(普通依据交变电场特点分段研究)．重难点2带电粒子在周期性改变电场中运动

15/46 将如右图所表示交变电压加在平行板电容器A、B两极板上，开始B板电势比A板电势高，这时有一个原来静止电子正处于两板中间，它在电场力作用下开始运动，设A、B两极板距离足够大，以下说法正确是()A．电子一直向着A板运动B．电子一直向着B板运动C．电子先向A运动，然后返回向B板运动，之后在A、B两板间做周期性往复运动D．电子先向B运动，然后返回向A板运动，之后在A、B两板间做周期性往复运动例416/4617/46处理本题关键首先是明确电压改变规律，从而明确电子受力特点，结合牛顿第二定律深入分析a、v改变情况，结合a­t图象、v­t图象分析往往能快捷解题．提分秘笈18/46 一匀强电场电场强度E随时间t改变图象以下列图所表示，在该匀强电场中，有一个带电粒子于t＝0时刻由静止释放，若带电粒子只受电场力作用，则以下说法中正确是()A．带电粒子只向一个方向运动B．0～2s内，电场力功等于0C．4s末带电粒子回到原出发点D．2.5～4s，电场力做功等于0跟踪训练119/46解析：画出带电粒子速度v随时间t改变图象如图所表示，v­t图线与时间轴所围“面积”表示位移，可见带电粒子不是只向一个方向运动，4s末带电粒子不能回到原出发点，A、C错误；2s末速度不为0，可见0～2s内电场力功不等于0，B错误；2.5s和4s末，速度大小方向都相同，电场力做功等于0，所以D正确．答案：D20/461．方法技巧功效关系在电学中应用题目，普经过程复杂且包括各种性质不一样力．所以，经过审题，抓住受力分析和运动过程分析是关键，然后依据不一样运动过程中各力做功特点来选择对应规律求解．动能定理和能量守恒定律在处理电场中能量问题时仍是首选．重难点3电场中力能综合问题

21/462．解题流程22/46 在以下列图所表示竖直平面内，物体A和带正电物体B用跨过定滑轮绝缘轻绳连接，分别静止于倾角θ＝37°光滑斜面上M点和粗糙绝缘水平面上，轻绳与对应平面平行．劲度系数k＝5N/m轻弹簧一端固定在O点，一端用另一轻绳穿过固定光滑小环D与A相连．弹簧处于原长，轻绳恰好拉直，DM垂直于斜面．水平面处于场强E＝5×104N/C，方向水平向右匀强电场中．已知A、B质量分别为mA＝0.1kg和mB＝0.2kg，B所带电荷量q＝＋4×10－6C.设两物体均视为质点，不计滑轮质量和摩擦，绳不可伸长，弹簧一直在弹性程度内，B电荷量不变．取g＝10m/s2，sin37°＝0.6，cos37°＝0.8.例523/46(1)求B所受静摩擦力大小；(2)现对A施加沿斜面向下拉力F，使A以加速度a＝0.6m/s2开始做匀加速直线运动．A从M到N过程中，B电势能增加了ΔEp＝0.06J．已知DN沿竖直方向，B与水平面间动摩擦因数μ＝0.4.求A抵达N点时拉力F瞬时功率．24/46【解析】(1)依据题意静止时由平衡条件得对A有mAgsinθ＝FT，对B有qE＋f0＝FT，代入数据得f0＝0.4N.(2)依据题意从A到N点时受力分析如图所表示：25/4626/4627/46 如图所表示，有三根长度皆为l＝1.00m不可伸长绝缘轻线，其中两根一端固定在天花板上O点，另一端分别挂有质量皆为m＝1.00×10－2kg带电小球A和B，它们电荷量分别为－q和＋q，q＝1.00×10－7C，A、B之间用第三根线连接起来．空间中存在大小为E＝1.00×106N/C匀强电场，场强方向水平向右，平衡时A、B两球位置如图所表示．现将O、B之间线烧断，因为空气阻力，A、B两球最终会抵达新平衡位置，则最终两球机械能与电势能总和与烧断前相比改变了多少？(不计两带电小球间相互作用静电力)跟踪训练228/46解析：将O、B之间线烧断后，A、B两球最终会到达新平衡位置(处于静止状态)．对于A、B整体，其受力情况如图甲所表示：重力2mg，竖直向下；两个电场力qE，一个水平向左，一个水平向右，相互平衡，所以线OA拉力应竖直向上，即OA展现竖直状态．对于B球，其受力情况如图乙所表示：29/46重力mg，竖直向下；电场力qE，水平向右，设线BA拉力T2与竖直方向成β角，由平衡条件得T2sinβ＝qE，T2cosβ＝mg.解得β＝45°.由此可知，A、B两球重新到达平衡位置如图乙所表示．与原来位置相比，A球重力势能降低了：EpA＝mgL(1－sin60°)；B球重力势能降低了：EpB＝mgL(1－sin60°＋cos45°)；A球电势能增加了：EA＝qELcos60°；30/46B球电势能降低了：EB＝qEL(sin45°－sin30°)；两种势能总和降低了：E＝EB－EA＋EpA＋EpB＝6.8×10－2J.答案：降低了6.8×10－2J31/46抓易错点亲身体会击破微弱步骤332/46 如图所表示，竖直平面内有一固定光滑椭圆大环，其长轴长BD＝4L、短轴长AC＝2L.劲度系数为k轻弹簧上端固定在大环中心O，下端连接一个质量为m、电荷量为q、可视为质点小环，小环刚好套在大环上且与大环及弹簧绝缘，整个装置处于水平向右匀强电场中．将小环从A点由静止释放，小环运动到B点时速度恰好为0.已知小环在A，B两点时弹簧形变量大小相等．则()例1易错点1带电粒子在电场中功效关系判断

33/4634/4635/46【错后感悟】整个过程中没有其它能量产生与损耗，故弹性势能、电势能、动能三者之和守恒，判断一个能量改变时除了能够看对应力做功情况外，还能够看另外两种能改变情况．36/46 (多项选择)如图所表示，水平向右匀强电场中有一绝缘斜面，一带电金属块以一定初速度冲上斜面，已知在金属块上滑过程中动能减小了15J，金属块克服摩擦力做功10J，克服重力做功25J，则有()A．金属块带负电B．金属块电势能减小了20JC．金属块机械能增加10JD．金属块重力势能增加了20J跟踪训练137/46解析：金属块受重力、电场力和摩擦力作用，由动能定理知W电＋Wf＋WG＝ΔEk，代入数值得W电＝20J，即电场力做正功，金属块带正电，其电势能减小20J，A错，B对；由功效关系知ΔE机＝W电＋Wf＝10J，即金属块机械能增加10J，C对；金属块重力势能增加量等于克服重力所做功，大小为25J，D错．答案：BC38/46 如图所表示，在竖直平面内有一匀强电场，其方向与水平方向成α＝30°斜向右上方，在电场中有一质量为m、电荷量为q带电小球，用长为L不可伸长绝缘细线悬挂于O点，当小球静止于M点时，细线恰好水平．现用外力将小球拉到最低点P，然后无初速度释放，则以下判断正确是()例2易错点2寻找等效场最“高”与最“低”点时易犯错

39/4640/46【错后感悟】小球受重力、静电力、绳子拉力三力作用，属于复合场问题，