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市赛课公开课一等奖省名师优质课获奖PPT课件.pptx

热点专题热点专题8 带电粒子在电场中综合问题分析带电粒子在电场中综合问题分析1/46栏栏 目目 导导 航航1234抓知识点抓重难点课时跟踪检测抓易错点2/46抓知识点抓知识点 专心研读专心研读 领悟细微深处领悟细微深处13/46一、带电粒子在电场中综合问题分析方法一、带电粒子在电场中综合问题分析方法1分分析析方方法法和和力力学学分分析析方方法法基基本本相相同同：先先分分析析受受力力情情况况，再再分分析析运运动动状状态态和和运运动动过过程程(平平衡衡、加加速速或或减减速速，轨轨迹迹是是直直线线还还是是曲曲线线)；然然后后选选取取恰恰当当力力学学规规律律如如牛牛顿顿运动定律、运动学公式、动能定理、能量守恒定律解题运动定律、运动学公式、动能定理、能量守恒定律解题2带带电电粒粒子子受受力力特特点点：在在讨讨论论带带电电粒粒子子或或其其它它带带电电体体静静止止与与运运动动问问题题时时，重重力力是是否否要要考考虑虑，关关键键看看重重力力与与其其它它力力相相比比较较是是否否能能忽忽略略普普通通来来说说，除除显显著著暗暗示示外外，带带电电小小球球、液液滴滴重重力力不不能能忽忽略略，电电子子、质质子子等等带带电电粒粒子子重重力力能能够够忽忽略略，普普通通可可依依据据微粒运动状态判断是否考虑重力作用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二、用正交分解法处理带电粒子复杂运动这这里里所所说说复复杂杂运运动动，区区分分于于类类平平抛抛运运动动带带电电粒粒子子偏偏转转，它它轨轨迹迹常常是是更更复复杂杂曲曲线线，但但处处理理这这种种运运动动基基本本思思想想与与处处理理偏偏转转运运动动是是类类似似也也就就是是说说，能能够够将将此此复复杂杂运运动动分分解解为为两两个个相相互互正正交交比比较较简简单单直直线线运运动动，而而这这两两个个直直线线运运动动规规律律我我们们是是能能够够掌掌握握，然然后再按运动合成观点求出复杂运动相关物理量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三、用能量观点处理带电体在电场中运动对对于于受受变变力力作作用用带带电电体体运运动动，必必须须借借助助于于能能量量观观点点来来处处理理即即使使都都是是恒恒力力作作用用问题，用能量观点处理经常显得简练详细方法常有两种：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；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；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、末状态搞清所研究过程始、末状态(主要指动能主要指动能)；(4)依据依据WEk列出方程求解列出方程求解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：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、末状态能量相等从初、末状态能量相等(即即E1E2)列方程；列方程；(2)从一些能量降低等于另一些能量增加从一些能量降低等于另一些能量增加(即即EE)列方程列方程7/46抓重难点抓重难点 动手演练动手演练 掌握提分技巧掌握提分技巧28/461直线运动直线运动带电粒子初速度与点电荷电场平行带电粒子初速度与点电荷电场平行2圆周运动圆周运动带电粒子初速度与点电荷电场垂直带电粒子初速度与点电荷电场垂直3曲线运动曲线运动带电粒子初速度与点电荷电场有夹角带电粒子初速度与点电荷电场有夹角重难点重难点 1带电粒子在点电荷电场中运动三种情形带电粒子在点电荷电场中运动三种情形 9/46如如右右图图所所表表示示，在在点点电电荷荷Q电电场场中中有有A、B两两点点，将将质质子子和和粒粒子子(带带电电荷荷量量是是质质子子2倍倍，质质量量是是质质子子4倍倍)分分别别从从A点点由由静静止止释释放放抵抵达达B点点时时，它它们们速速度度大大小小之比为多少？之比为多少？例例 110/46不不计计重重力力带带电电粒粒子子在在非非匀匀强强电电场场中中运运动动，不不能能用用牛牛顿顿运运动动定定律律求求解解，只只能能用用动动能能定定理理求求解解带带电电粒粒子子在在匀匀强强电电场场中中运运动动动动力力学学问问题题，如如包包括括加加速速度度、时时间间，需需采采取牛顿运动定律求解，不然优先用动能定理求解取牛顿运动定律求解，不然优先用动能定理求解提分秘笈提分秘笈11/46已已知知氢氢原原子子中中质质子子和和电电子子所所带带电电荷荷量量都都是是e，电电子子质质量量为为m，电电子子绕绕核核做匀速圆周运动，轨道半径为做匀速圆周运动，轨道半径为r，试确定电子做匀速圆周运动，试确定电子做匀速圆周运动v、T等物理量等物理量例例 212/46(多多项项选选择择)如如右右图图所所表表示示，虚虚线线a、b和和c是是某某静静电电场场中中三三个个等等势势面面，它它们们电电势势分分别别为为a、b和和c，且且abc，一一带带正正电电粒粒子子射射入入电电场场中中，其其运运动动轨轨迹迹如如实实线线KLMN所表示由图可知所表示由图可知()A粒子从粒子从K到到L过程中，电场力做负功过程中，电场力做负功B粒子从粒子从L到到M过程中，电场力做负功过程中，电场力做负功C粒子从粒子从K到到L过程中，电势能增加过程中，电势能增加D粒子从粒子从L到到M过程中，动能降低过程中，动能降低例例 313/46【解解析析】由由题题目目条条件件可可知知，a、b、c是是孤孤立立点点电电荷荷激激发发电电场场中中三三个个等等势势面面，因因为为运运动动粒粒子子带带正正电电，且且沿沿KLMN运运动动，所所以以受受到到是是静静电电斥斥力力，能能够够判判断断场场源源电电荷必为正电荷，电场力做功情况便确定下来荷必为正电荷，电场力做功情况便确定下来因因为为KNML，所所以以由由K到到L过过程程中中电电场场力力做做负负功功，电电势势能能增增大大，A、C项项正正确确；由由L到到M过过程程中中，电电场场力力先先做做负负功功后后做做正正功功，电电势势能能先先增增大大后后减减小小，动动能能先先减减小后增大，小后增大，B、D项错误项错误【答案】【答案】AC14/46带电粒子在周期性改变电场中运动分析方法带电粒子在周期性改变电场中运动分析方法1明确电场明确电场(E、U等等)改变规律改变规律2做做好好两两个个分分析析(受受力力分分析析和和运运动动分分析析)，抓抓住住粒粒子子运运动动含含有有周周期期性性、空空间间上上有有含含有有对对称称性性特特征征，求求解解粒粒子子运运动动过过程程中中速速度度、位位移移等等，并并确确定定与与物物理理过过程程相相关关边边界界条件条件3分分析析时时从从两两条条思思绪绪出出发发：一一是是力力和和运运动动关关系系，依依据据牛牛顿顿第第二二定定律律及及运运动动学学公公式分析；二是功效关系式分析；二是功效关系4这类题型普通有三种情况：这类题型普通有三种情况：粒子做单向直线运动粒子做单向直线运动(普通用牛顿运动定律求解普通用牛顿运动定律求解)；粒子做往返运动粒子做往返运动(普通分段研究普通分段研究)；粒子做偏转运动粒子做偏转运动(普通依据交变电场特点分段研究普通依据交变电场特点分段研究)重难点重难点 2带电粒子在周期性改变电场中运动带电粒子在周期性改变电场中运动 15/46将将如如右右图图所所表表示示交交变变电电压压加加在在平平行行板板电电容容器器A、B两两极极板板上上，开开始始B板板电电势势比比A板板电电势势高高，这这时时有有一一个个原原来来静静止止电电子子正正处处于于两两板板中中间间，它它在在电电场场力力作作用用下下开开始始运动，设运动，设A、B两极板距离足够大，以下说法正确是两极板距离足够大，以下说法正确是()A电子一直向着电子一直向着A板运动板运动B电子一直向着电子一直向着B板运动板运动C电子先向电子先向A运动，然后返回向运动，然后返回向B板运动，之后在板运动，之后在A、B两板间做周期性往复运动两板间做周期性往复运动D电子先向电子先向B运动，然后返回向运动，然后返回向A板运动，之后在板运动，之后在A、B两板间做周期性往复运动两板间做周期性往复运动例例 416/4617/46处处理理本本题题关关键键首首先先是是明明确确电电压压改改变变规规律律，从从而而明明确确电电子子受受力力特特点点，结结合合牛牛顿顿第第二定律深入分析二定律深入分析a、v改变情况，结合改变情况，结合at图象、图象、vt图象分析往往能快捷解题图象分析往往能快捷解题提分秘笈提分秘笈18/46一一匀匀强强电电场场电电场场强强度度E随随时时间间t改改变变图图象象以以下下列列图图所所表表示示，在在该该匀匀强强电电场场中中，有有一一个个带带电电粒粒子子于于t0时时刻刻由由静静止止释释放放，若若带带电电粒粒子子只只受受电电场场力力作作用用，则则以下说法中正确是以下说法中正确是()A带电粒子只向一个方向运动带电粒子只向一个方向运动B02 s内，电场力功等于内，电场力功等于0C4 s末带电粒子回到原出发点末带电粒子回到原出发点D2.54 s，电场力做功等于，电场力做功等于0跟踪训练跟踪训练 119/46解解析析：画画出出带带电电粒粒子子速速度度v随随时时间间t改改变变图图象象如如图图所所表表示示，vt图图线线与与时时间间轴轴所所围围“面面积积”表表示示位位移移，可可见见带带电电粒粒子子不不是是只只向向一一个个方方向向运运动动，4 s末末带带电电粒粒子子不不能能回回到到原原出出发发点点，A、C错错误误；2 s末末速速度度不不为为0，可可见见02 s内内电电场场力力功功不不等等于于0，B错错误误；2.5 s和和4 s末，速度大小方向都相同，电场力做功等于末，速度大小方向都相同，电场力做功等于0，所以，所以D正确正确答案：答案：D20/461方法技巧方法技巧功功效效关关系系在在电电学学中中应应用用题题目目，普普经经过过程程复复杂杂且且包包括括各各种种性性质质不不一一样样力力所所以以，经经过过审审题题，抓抓住住受受力力分分析析和和运运动动过过程程分分析析是是关关键键，然然后后依依据据不不一一样样运运动动过过程程中中各各力力做做功功特特点点来来选选择择对对应应规规律律求求解解动动能能定定理理和和能能量量守守恒恒定定律律在在处处理理电电场场中中能能量量问问题题时时仍是首选仍是首选重难点重难点 3电场中力能综合问题电场中力能综合问题 21/462解题流程解题流程22/46在在以以下下列列图图所所表表示示竖竖直直平平面面内内，物物体体A和和带带正正电电物物体体B用用跨跨过过定定滑滑轮轮绝绝缘缘轻轻绳绳连连接接，分分别别静静止止于于倾倾角角37光光滑滑斜斜面面上上M点点和和粗粗糙糙绝绝缘缘水水平平面面上上，轻轻绳绳与与对对应应平平面面平平行行劲劲度度系系数数k5 N/m轻轻弹弹簧簧一一端端固固定定在在O点点，一一端端用用另另一一轻轻绳绳穿穿过过固固定定光光滑滑小小环环D与与A相相连连弹弹簧簧处处于于原原长长，轻轻绳绳恰恰好好拉拉直直，DM垂垂直直于于斜斜面面水水平平面面处处于于场场强强E5104 N/C，方方向向水水平平向向右右匀匀强强电电场场中中已已知知A、B质质量量分分别别为为mA0.1 kg和和mB0.2 kg，B所所带带电电荷荷量量q4106C.设设两两物物体体均均视视为为质质点点，不不计计滑滑轮轮质质量量和和摩摩擦擦，绳绳不不可可伸伸长长，弹弹簧簧一一直直在在弹弹性性程程度度内内，B电电荷荷量量不不变变取取g10 m/s2，sin370.6，cos370.8.例例 523/46(1)求求B所受静摩擦力大小；所受静摩擦力大小；(2)现现对对A施施加加沿沿斜斜面面向向下下拉拉力力F，使使A以以加加速速度度a0.6 m/s2开开始始做做匀匀加加速速直直线线运运动动A从从M到到N过过程程中中，B电电势势能能增增加加了了Ep0.06 J已已知知DN沿沿竖竖直直方方向向，B与与水水平平面间动摩擦因数面间动摩擦因数0.4.求求A抵达抵达N点时拉力点时拉力F瞬时功率瞬时功率24/46【解析】【解析】(1)依据题意静止时由平衡条件得依据题意静止时由平衡条件得对对A有有mAgsinFT，对对B有有qEf0FT，代入数据得，代入数据得f00.4 N.(2)依据题意从依据题意从A到到N点时受力分析如图所表示：点时受力分析如图所表示：25/4626/4627/46如如图图所所表表示示，有有三三根根长长度度皆皆为为l1.00 m不不可可伸伸长长绝绝缘缘轻轻线线，其其中中两两根根一一端端固固定定在在天天花花板板上上O点点，另另一一端端分分别别挂挂有有质质量量皆皆为为m1.00102 kg带带电电小小球球A和和B，它它们们电电荷荷量量分分别别为为q和和q，q1.00107 C，A、B之之间间用用第第三三根根线线连连接接起起来来空空间间中中存存在在大大小小为为E1.00106 N/C匀匀强强电电场场，场场强强方方向向水水平平向向右右，平平衡衡时时A、B两两球球位位置置如如图图所所表表示示现现将将O、B之之间间线线烧烧断断，因因为为空空气气阻阻力力，A、B两两球球最最终终会会抵抵达达新新平平衡衡位位置置，则则最最终终两两球球机机械械能能与与电电势势能能总总和和与与烧烧断断前前相相比比改改变变了了多多少少？(不不计计两两带电小球间相互作用静电力带电小球间相互作用静电力)跟踪训练跟踪训练 228/46解解析析：将将O、B之之间间线线烧烧断断后后，A、B两两球球最最终终会会到到达达新新平平衡衡位位置置(处处于于静静止止状状态态)对对于于A、B整整体体，其其受受力力情情况况如如图图甲甲所所表表示示：重重力力2mg，竖竖直直向向下下；两两个个电电场场力力qE，一一个个水水平平向向左左，一一个个水水平平向向右右，相相互互平平衡衡，所所以以线线OA拉拉力力应应竖竖直直向向上上，即即OA展展现现竖直状态对于竖直状态对于B球，其受力情况如图乙所表示：球，其受力情况如图乙所表示：29/46重重力力mg，竖竖直直向向下下；电电场场力力qE，水水平平向向右右，设设线线BA拉拉力力T2与与竖竖直直方方向向成成角角，由由平平衡衡条条件件得得T2sinqE，T2cosmg.解解得得45.由由此此可可知知，A、B两两球球重重新新到到达达平平衡位置如图乙所表示与原来位置相比，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：球重力势能降低了：EpAmgL(1sin60)；B球重力势能降低了：球重力势能降低了：EpBmgL(1sin60cos45)；A球电势能增加了：球电势能增加了：EAqELcos60；30/46B球电势能降低了：球电势能降低了：EBqEL(sin45sin30)；两种势能总和降低了：两种势能总和降低了：EEBEAEpAEpB6.8102 J.答案：答案：降低了降低了6.8102 J31/46抓易错点抓易错点 亲身体会亲身体会 击破微弱步骤击破微弱步骤332/46如如图图所所表表示示，竖竖直直平平面面内内有有一一固固定定光光滑滑椭椭圆圆大大环环，其其长长轴轴长长BD4L、短短轴轴长长AC2L.劲劲度度系系数数为为k轻轻弹弹簧簧上上端端固固定定在在大大环环中中心心O，下下端端连连接接一一个个质质量量为为m、电电荷荷量量为为q、可可视视为为质质点点小小环环，小小环环刚刚好好套套在在大大环环上上且且与与大大环环及及弹弹簧簧绝绝缘缘，整整个个装装置置处处于于水水平平向向右右匀匀强强电电场场中中将将小小环环从从A点点由由静静止止释释放放，小小环环运运动动到到B点点时时速速度度恰恰好好为为0.已知小环在已知小环在A，B两点时弹簧形变量大小相等则两点时弹簧形变量大小相等则()例例 1易错点易错点 1带电粒子在电场中功效关系判断带电粒子在电场中功效关系判断 33/4634/4635/46【错错后后感感悟悟】整整个个过过程程中中没没有有其其它它能能量量产产生生与与损损耗耗，故故弹弹性性势势能能、电电势势能能、动动能能三三者者之之和和守守恒恒，判判断断一一个个能能量量改改变变时时除除了了能能够够看看对对应应力力做做功功情情况况外外，还还能能够够看看另外两种能改变情况另外两种能改变情况36/46(多多项项选选择择)如如图图所所表表示示，水水平平向向右右匀匀强强电电场场中中有有一一绝绝缘缘斜斜面面，一一带带电电金金属属块块以以一一定定初初速速度度冲冲上上斜斜面面，已已知知在在金金属属块块上上滑滑过过程程中中动动能能减减小小了了15 J，金金属属块克服摩擦力做功块克服摩擦力做功10 J，克服重力做功，克服重力做功25 J，则有，则有()A金属块带负电金属块带负电B金属块电势能减小了金属块电势能减小了20 JC金属块机械能增加金属块机械能增加10 JD金属块重力势能增加了金属块重力势能增加了20 J跟踪训练跟踪训练 137/46解解析析：金金属属块块受受重重力力、电电场场力力和和摩摩擦擦力力作作用用，由由动动能能定定理理知知W电电WfWGEk，代代入入数数值值得得W电电20 J，即即电电场场力力做做正正功功，金金属属块块带带正正电电，其其电电势势能能减减小小20 J，A错错，B对对；由由功功效效关关系系知知E机机W电电Wf10 J，即即金金属属块块机机械械能能增增加加10 J，C对对；金金属属块块重力势能增加量等于克服重力所做功，大小为重力势能增加量等于克服重力所做功，大小为25 J，D错错答案：答案：BC38/46如如图图所所表表示示，在在竖竖直直平平面面内内有有一一匀匀强强电电场场，其其方方向向与与水水平平方方向向成成30斜斜向向右右上上方方，在在电电场场中中有有一一质质量量为为m、电电荷荷量量为为q带带电电小小球球，用用长长为为L不不可可伸伸长长绝绝缘缘细细线线悬悬挂挂于于O点点，当当小小球球静静止止于于M点点时时，细细线线恰恰好好水水平平现现用用外外力力将将小小球球拉拉到到最最低低点点P，然后无初速度释放，则以下判断正确是，然后无初速度释放，则以下判断正确是()例例 2易错点易错点 2寻找等效场最寻找等效场最“高高”与最与最“低低”点时易犯点时易犯错错 39/4640/46【错错后后感感悟悟】小小球球受受重重力力、静静电电力力、绳绳子子拉拉力力三三力力作作用用，属属于于复复合合场场问问题题，应该找到等效复合场，以及对应等效最高点、最低点，转化为圆周运动来处理应该找到等效复合场，以及对应等效最高点、最低点，转化为圆周运动来处理41/46一一条条长长为为L绝绝缘缘细细线线上上端端固固定定在在O点点，下下端端系系一一个个质质量量为为m、带带电电荷荷量量为为q小小球球，将将它它置置于于一一个个水水平平向向右右匀匀强强电电场场中中，且且qEmg.在在O点点给给小小球球以以初初速度速度v0，使小球恰好在竖直平面内做顺时针方向上完整圆周，求：，使小球恰好在竖直平面内做顺时针方向上完整圆周，求：(1)运动过程中最运动过程中最“高高”点位置坐标；点位置坐标；(2)运动过程中最小速度和最大速度大小；运动过程中最小速度和最大速度大小；(3)初速度初速度v0大小大小跟踪训练跟踪训练 242/4643/4644/4645/46Thank you for watching 46/46