2024年高考物理第一轮复习课件：第八章 专题突破9　带电粒子(带电体)在电场中运动的综合问题

这是一份2024年高考物理第一轮复习课件：第八章 专题突破9　带电粒子(带电体)在电场中运动的综合问题，共60页。PPT课件主要包含了答案B，答案D，思维流程等内容，欢迎下载使用。

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。
带电粒子在交变电场中的运动
3．注重全面分析(分析受力特点和运动特点)，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的速度、位移、做功或确定与物理过程相关的边界条件。
【例1】　(2022·湖北荆门调研)如图(a)所示，A、B表示真空中水平放置的相距为d的平行金属板，板长为L，两板加电压后板间的电场可视为匀强电场。现在A、B两板间加上如图(b)所示的周期性的交变电压，在t＝0时恰有一质量为m、电荷量为q的粒子在板间中央沿水平方向以速度v0射入电场，忽略粒子的重力，则下列关于粒子运动情况的表述中正确的是(　　)
A．粒子在垂直于板的方向上的分运动可能是往复运动B．粒子在垂直于板的方向上的分运动是单向运动C．无论周期T和电压U0的值满足什么条件，粒子都不可能沿与板平行的方向飞出D．粒子不可能沿与板平行的方向飞出
[解析]　如果板间距离足够大，粒子在垂直于板的方向上的分运动在前半个周期做匀加速，后半个周期做匀减速，如此循环，向同一方向运动，如果周期T和电压U0的值满足一定条件，粒子就可在到达极板之前飞出极板，当粒子飞出时垂直于板的速度恰好为零时，将沿与板平行的方向飞出，故选项B正确。
【例2】　如图(a)所示，两平行正对的金属板A、B间加有如图(b)所示的交变电压，一重力可忽略不计的带正电粒子被固定在两板的正中间P处。若在t0时刻释放该粒子，粒子会时而向A板运动，时而向B板运动，并最终打在A板上，则t0可能属于的时间段是(　　)
1．(带电粒子在交变场中的直线运动)(2022·广东湛江调研)如图甲所示，A板电势为0，A板中间有一小孔，B板的电势变化情况如图乙所示，一质量为m、电荷量为q的带负电粒子在t＝时刻以初速度为0从A板上的小孔处进入两极板间，仅在静电力作用下开始运动，恰好到达B板，则(　　)
2．(带电粒子在交变场中的偏转运动)(2022·山东潍坊模拟)如图甲所示，长为8d、间距为d的平行金属板水平放置，O点有一粒子源，能持续水平向右发射初速度为v0、电荷量为q(q>0)、质量为m的粒子。在两板间存在如图乙所示的交变电场，取竖直向下为正方向，不计粒子重力，以下判断正确的是(　　)
1．方法概述等效思维方法是将一个复杂的物理问题，等效为一个熟知的物理模型或问题的方法。对于这类问题，若采用常规方法求解，过程复杂，运算量大。若采用等效法求解，则能避开复杂的运算，过程比较简捷。
　“等效法”在电场中的应用
【例3】　(2022·江苏如皋中学模拟)如图所示，内表面光滑绝缘的半径为1.2 m的圆形轨道处于竖直平面内，有竖直向下的匀强电场，场强大小为3×106 V/m。有一质量为0.12 kg、电荷量为1.6×10－6 C带负电的小球，小球在圆轨道内壁做圆周运动，当运动到最低点A时，小球与轨道压力恰好为零，g取10 m/s2，求：(1)小球在A点处的速度大小；(2)小球运动到最高点B时对轨道的压力。
[答案]　(1)6 m/s　(2)21.6 N
把握三点，合理利用“等效法”解决问题 (1)把电场力和重力合成一个等效力，称为等效重力。(2)等效重力的反向延长线与圆轨迹的交点为带电体在等效重力场中运动的最高点。(3)类比“绳球”“杆球”模型临界值的情况进行分析解答。　
4．(带电体在“等效重力场”中的圆周运动)(2022·福建龙岩期末)如图所示，在竖直平面内固定的圆形绝缘轨道的圆心为O、半径为r、内壁光滑，A、B两点分别是圆轨道的最低点和最高点。该区间存在方向水平向右的匀强电场，一质量为m的带电小球(可视为质点)恰好能静止在C点。若在C点给小球一个初速度使它在轨道内侧恰好能做完整的圆周运动(小球的电荷量不变)。已知C、O、D在同一直线上，它们的连线与竖直方向的夹角θ＝60°，重力加速度为g。求：
(1)小球所受的静电力F的大小；(2)小球做圆周运动，在D点的速度大小及在A点对轨道压力的大小。
答案：(1) mg　(2)　 9mg
(1)带电小球从A 点开始运动时的初速度v0的大小；(2)带电小球从轨道最高点C经过一段时间运动到光滑绝缘水平面上D点(图中未标出)，B 点与D 点的水平距离。
　电场中的力电综合问题
2．解题技巧要善于把电学问题转化为力学问题，建立带电粒子在电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及功能关系两条途径进行分析与研究。
【例4】　一有界匀强电场如图所示，场强方向为水平方向(虚线为电场线)，一带负电微粒以某一角度θ从电场的a点斜向上射入，沿直线运动到b点，则可知(　　)
A．电场中a点的电势低于b点的电势B．微粒在a点时的动能与电势能之和与在b点时的动能与电势能之和相等C．微粒在a点时的动能小于在b点时的动能，在a点时的电势能大于在b点时的电势能D．微粒在a点时的动能大于在b点时的动能，在a点时的电势能小于在b点时的电势能
[解析]　微粒沿直线运动到b点，微粒的合力方向与速度方向在同一直线上，重力方向竖直向下，则受到的静电力方向水平向左，电场方向水平向右，则a点的电势高于b点的电势，故A错误；根据能量守恒，微粒的重力势能、动能、电势能总量不变，微粒从a点运动到b点重力势能增大，则动能与电势能之和减小，故B错误；微粒从a点到b点，静电力、重力均做负功，动能减小，电势能增大，故C错误，D正确。
【例5】　如图所示，在水平向右的匀强电场中，质量为m的带电小球，以初速度v从M点竖直向上运动，通过N点时，速度大小为2v，方向与电场方向相反，则小球从M点运动到N点的过程(　　)
6．(带电体在匀强电场中的力电问题)如图所示，相距为2d的两个点电荷分别固定于竖直线上的A、B两点，电荷量分别为＋Q和－Q。MN是竖直放置的光滑绝缘细杆，与AB连线间的距离为d，C、D是细杆上与A、B等高的两点，O点是CD中点。一个质量为m、电荷量为＋q的带电小球P(可视为点电荷，放入电场后不影响电场的分布)穿过细杆，由C点静止开始释放，向下运动到O点时速度大小为v。已知静电力常量为k，重力加速度为g，则(　　)
7．(带电体在匀强电场中的力电问题)(2022·福建厦门期中)如图所示，空间分布着匀强电场，竖直方向的实线为其等势面，一质量为m，带电荷量为＋q的小球从O点由静止开始恰能沿直线OP运动，且到达P点时的速度大小为v，重力加速度为g(规定O点的电势为零)。下列说法正确的是(　　)
8.(2022·广东六校联考)如图所示，AB为水平绝缘粗糙轨道，动摩擦因数μ＝0.2，AB距离为5 m；BC为半径r＝1 m的竖直光滑绝缘半圆轨道；BC的右侧存在竖直向上的匀强电场，电场强度E＝500 N/C。一质量m＝1 kg，电荷量q＝1.0×10－2 C的带负电小球，在功率P恒为20 W的水平向右拉力作用下由静止开始运动，到B点时撤去拉力。已知到达B点之前已经做匀速运动(g取10 m/s2)，求：
(1)小球匀速运动的速度大小；(2)小球从A点运动到B点所用的时间；(3)请计算分析小球是否可以到达C点，若可以，求轨道对小球的弹力大小。
答案：(1)10 m/s　(2)3 s　(3)可以　25 N