高考物理一轮复习第六章静电场专题七带电粒子在电场中运动的综合问题教案.doc

- 1 - / 12【2019【2019 最新最新】精选高考物理一轮复习第六章静电场专题七带精选高考物理一轮复习第六章静电场专题七带电粒子在电场中运动的综合问题教案电粒子在电场中运动的综合问题教案突破 电场中“三类”典型图象问题考向 1 电场中的 v­t 图象当带电粒子只在电场中作用下运动时，如果给出了粒子运动的速度图象，则从速度图象上能确定粒子运动的加速度方向、加速度大小变化情况，进而可将粒子运动中经历的各点的场强方向、场强大小、电势高低及电势能的变化等情况判定出来典例 1 (多选)如图甲所示，有一绝缘圆环，圆环上均匀分布着正电荷，圆环平面与竖直平面重合一光滑细杆沿垂直圆环平面的轴线穿过圆环，细杆上套有一个质量为 m10 g 的带正电的小球，小球所带电荷量 q5.0×104 C小球从 C 点由静止释放，其沿细杆由 C 经 B 向 A 运动的 v­t 图象如图乙所示小球运动到 B 点时，速度图象的切线斜率最大(图中标出了该切线)则下列说法正确的是( )甲 乙 A在 O 点右侧杆上，B 点场强最大，场强大小为 E1.2 V/mB由 C 到 A 的过程中，小球的电势能先减小后变大C由 C 到 A 电势逐渐降低DC、B 两点间的电势差 UCB0.9 V解题指导 v­t 图线上切线的斜率表示加速度，根据牛顿第二定律可求加速度解析 由题图乙可知，小球在 B 点的加速度最大，故受力最大，加速度由电场力提供，故 B 点的电场强度最大，a，解得 E1.2 - 2 - / 12V/m，选项 A 正确；从 C 到 A 电场力一直做正功，故电势能一直减小，选项 B 错误，C 正确；由 C 到 B 电场力做功为 Wmv0，C、B 间电势差为 UCB0.9 V，选项 D 正确答案 ACD考向 2 电场中的 E­x 图象(1)反映了电场强度随位置变化的规律(2)E>0 表示场强沿 x 轴正方向；E0)，同时加一匀强电场，场强方向与OAB 所在平面平行现从 O 点以同样的初动能沿某一方向抛出此带电小球，该小球通过了 A 点，到达 A 点时的动能是初动能的 3 倍；若该小球从 O 点以同样的初动能沿另一方向抛出，恰好通过 B 点，且到达 B 点时的动能为初动能的 6 倍，重力加速度大小为 g.求：(1)无电场时，小球到达 A 点时的动能与初动能的比值；(2)电场强度的大小和方向解题指导第一步：抓关键点关键点 获取信息小球做平抛运动平抛运动过A点时的水平、竖直位移可确定有重力做功和电场力做功，其中电场力做的功等于电势能的变化量重力不能忽略第二步：找突破口(1)要确定小球到达 A 点时的动能与初动能比值，可由平抛运动规律求解；写出水平、竖直方向的位移关系(2)要确定电场强度的方向，根据到 A、B 两点的动能变化可确定- 8 - / 12两个个过程电势能的变化，可先找出两个等势点(在 OB 线上找出与 A等势的点，并确定其具体位置)解析 (1)设小球的初速度为 v0，初动能为 Ek0，从 O 点运动到 A 点的时间为 t，令 OAd，则 OBd，根据平抛运动的规律有dsin 60°v0t dcos 60°gt2 又 Ek0mv 由式得 Ek0mgd 设小球到达 A 点时的动能为 EkA，则EkAEk0mgd 由式得. (2)加电场后，小球从 O 点到 A 点和 B 点，高度分别降低了和，设电势能分别减小 EpA 和 EpB，由能量守恒及式得EpA3Ek0Ek0mgdEk0 EpB6Ek0Ek0mgdEk0 在匀强电场中，沿任一直线，电势的降落是均匀的设直线 OB上的 M 点与 A 点等电势，M 与 O 点的距离为 x，如图所示，则有 x 3 2d解得 xd.MA 为等势线，电场必与其垂线 OC 方向平行设电场方向与竖直向下的方向的夹角为 ，由几何关系可得 30° 即电场方向与竖直向下的方向的夹角为 30°斜向右下方设场强的大小为 E，有qEdcos 30°EpA 由式得 E. - 9 - / 12答案 (1) (2) 与竖直向下的方向的夹角为 30°斜向右下方变式 2 (2017·江西吉安模拟)如图所示，一条长为 L 的细线上端固定，下端拴一个质量为 m 的电荷量为 q 的小球，将它置于方向水平向右的匀强电场中，使细线竖直拉直时将小球从 A 点静止释放，当细线离开竖直位置偏角 60°时，小球速度为 0.(1)求小球带电性质及电场强度 E；(2)若小球恰好完成竖直圆周运动，求从 A 点释放小球时应有的初速度 vA 的大小(可含根式)答案：见解析 解析：(1)根据电场方向和小球受力分析可知小球带正电小球由 A 点释放到速度等于零，由动能定理有0EqLsin mgL(1cos )解得 E.(2)将小球的重力和电场力的合力作为小球的等效重力 G，则Gmg，方向与竖直方向成 30°角偏向右下方若小球恰能做完整的圆周运动，在等效最高点mmgmv2mvmgL(1cos 30°)1 2联立解得 vA.1对 ­x 图象的理解某静电场中的一条电场线与 x 轴重合，其电势的变化规律如图所示在 O 点由静止释放一电子，电子仅受电场力的作用，则在x0x0 区间内( )A该静电场是匀强电场B该静电场是非匀强电场C电子将沿 x 轴正方向运动，加速度逐渐减小- 10 - / 12D电子将沿 x 轴正方向运动，加速度逐渐增大答案：A 解析：图线斜率的大小等于电场线上各点的电场强度的大小，故该条电场线上各点的场强大小相等，又沿着电场线的方向电势降低，可知静电场方向沿 x 轴负方向，故该静电场为匀强电场，A 正确，B 错误；电子受到沿 x 轴正方向的电场力，且电场力为恒力，所以电子将沿 x 轴正方向运动，C、D 错误2对 E­x 图象的理解空间中有一沿 x 轴对称分布的电场，其电场强度 E 随 x 变化的图象如图所示，x1 和x1 为 x 轴上对称的两点下列说法正确的是( )Ax1 处场强大于x1 处场强B若电子从 x1 处由静止释放后向 x 轴负方向运动，到达x1 点时速度为零C电子在 x1 处的电势能大于在x1 处的电势能Dx1 点的电势比x1 点的电势高答案：B 解析：由图可知，x1 处场强与x1 处场强大小相等，则 A 错误；因图线与横轴所围面积表示电势差，设 O 点处电势为零，则由图可知 x1 与x1 处电势相等，电势差为零，C、D 错误；由动能定理有 qUEk，可知 B 选项正确3力电综合问题如图所示，在竖直向上的匀强电场中，一根不可伸长的绝缘细绳的一端系着一个带电小球，另一端固定于 O 点，小球在竖直平面内做匀速圆周运动，最高点为 a，最低点为 b.不计空气阻力，则下列说法正确的是( )A小球带负电B电场力跟重力平衡C小球在从 a 点运动到 b 点的过程中，电势能减少- 11 - / 12D小球在运动过程中机械能守恒答案：B 解析：由于小球在竖直平面内做匀速圆周运动，速率不变化，由动能定理可知，外力做功为零，绳子拉力不做功，电场力和重力做的总功为零，所以电场力和重力的合力为零，电场力跟重力平衡，B 正确；由于电场力的方向与重力方向相反，电场方向向上，所以小球带正电，A 错误；小球在从 a 点运动到 b 点的过程中，电场力做负功，由功能关系得，电势能增加，C 错误；在整个运动过程中，除重力做功外，还有电场力做功，小球在运动过程中机械能不守恒，D 错误4力电综合问题如图所示，空间有与水平方向成 角的匀强电场，一个质量为 m 的带电小球，用长 L 的绝缘细线悬挂于 O 点，当小球静止时，细线恰好处于水平位置现用一个外力将小球沿圆弧缓慢地拉到最低点，此过程小球的电荷量不变，则该外力做的功为( )AmgL B. CmgLtan D.mgL cos 答案：B 解析：对小球受力分析如图所示，则重力与电场力的合力 F 合mg tan 由动能定理可知 WFWF 合·L.5带电粒子在交变电场中运动如图甲所示，两平行金属板MN、PQ 的板长和板间距离相等，板间存在如图乙所示的随时间周期性变化的电场，电场方向与两板垂直在 t0 时刻，一不计重力的带电粒子沿板间中线垂直电场方向射入电场，粒子射入电场时的速度为v0，tT 时刻粒子刚好沿 MN 板右边缘射出电场则( )甲 乙A该粒子射出电场时的速度方向一定沿垂直电场方向B在 t时刻，该粒子的速度大小为 2v0- 12 - / 12C若该粒子在时刻以速度 v0 进入电场，则粒子会打在板上D若该粒子的入射速度变为 2v0，则该粒子仍在 tT 时刻射出电场答案：A 解析：由题设条件可知，粒子在 0内做类平抛运动，在T 内做类斜抛运动，因粒子在电场中所受的电场力大小相等，根据运动的对称性，粒子射出电场时的速度方向一定是沿垂直电场方向的，如图所示，选项 A 正确；前后两段运动的时间相等，时将速度分解，设板长为 l，由类平抛运动规律可得 lv0T，lvT，则 vv0，则时刻该粒子的速度为 v0，选项 B 错误；若该粒子在时刻以速度 v0进入电场，粒子将先向下做类平抛运动，后做类斜抛运动，而从 PQ板右边缘射出电场，选项 C 错误；若该粒子的入射速度变为 2v0，粒子在场中运动的时间 t，选项 D 错误