高考物理复习第七章静电场专题强化九带电粒子带电体在电场中运动的综合问题市赛课公开课一等奖省名师优质课.pptx

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,专题强化九,带电粒子,(,带电体,),在电场中运动综合问题,第七章 静电场,1/57,专题解读,1.,本专题是动力学和能量观点在带电粒子,(,带电体,),在电场中运动综合利用，高考常以计算题出现,.,2.,学好本专题，能够加深对动力学和能量知识了解，能灵活应用受力分析、运动分析尤其是曲线运动,(,平抛运动、圆周运动,),方法与技巧，熟练应用能量观点解题,.,3.,用到知识：受力分析、运动分析、能量观点,.,2/57,内容索引,命题点一,示波管工作原理,命题点二,带电粒子在交变电场中运动,课时作业,命题点三,电场中力电综合问题,3/57,1,命题点,一,示波管工作原理,4/57,1.,假如在偏转电极,XX,和,YY,之间都没有加电压，则电子枪射出电子束沿直线运动，打在荧光屏中心，在那里产生一个亮斑,2.,YY,上加是待显示信号电压,XX,上是机器本身产生锯齿形电压，叫做扫描电压，若所加扫描电压和信号电压周期相同，就能够在荧光屏上得到待测信号在一个周期内随时间改变稳定图象,.(,如,图,),5/57,【,例,1】,如图所表示为一真空示波管示意图，电子从灯丝,K,发出,(,初速度可忽略不计,),，经灯丝与,A,板间电压,U,1,加速，从,A,板中心孔沿中心线,KO,射出，然后进入两块平行金属板,M,、,N,形成偏转电场中,(,偏转电场可视为匀强电场,),，电子进入,M,、,N,间电场时速度与电场方向垂直，电子经过电场后打在荧光屏上,P,点已知,M,、,N,两板间电压为,U,2,，两板间距离为,d,，板长为,L,，电子质量为,m,，电荷量为,e,，不计电子受到重力及它们之间相互作用力,(2),求电子从偏转电场射出时侧移量；,答案,答案,(1),求电子穿过,A,板时速度大小；,解析,分析,题眼,题眼,题眼,6/57,(2),减小加速电压,U,1,；增大偏转电压,U,2,.,(3),若要使电子打在荧光屏上,P,点上方，可采取哪些办法？,减小,U,1,或增大,U,2,答案,解析,7/57,题组阶梯突破,1.(,多项选择,),示波管是示波器关键部件，它由电子枪、偏转电极和荧光屏组成，如图所表示,.,假如在荧光屏上,P,点出现亮斑，那么示波管中,A.,极板,X,应带正电,B.,极板,X,应带正电,C.,极板,Y,应带正电,D.,极板,Y,应带正电,答案,分析,题眼,发射电子，带负电,8/57,2.,图,(a),为示波管原理图,.,假如在电极,YY,之间所加电压按图,(b),所表示规律改变，在电极,XX,之间所加电压按图,(c),所表示规律改变，则在荧光屏上会看到图形是,答案,(a),9/57,2,命题点,二,带电粒子在交变电场中运动,10/57,1.,常见交变电场,常见产生交变电场电压波形有方形波、锯齿波、正弦波等,.,2.,常见题目类型,(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,).,3.,思维方法,(1),重视全方面分析,(,分析受力特点和运动规律,),，抓住粒子运动含有周期性和在空间上含有对称性特征，求解粒子运动过程中速度、位移、做功或确定与物理过程相关边界条件,.,11/57,(2),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规律分析；二是功效关系,.,(3),注意对称性和周期性改变关系应用,.,12/57,如图,(a),所表示，两平行正正确金属板,A,、,B,间加有如图,(b),所表示交变电压，一重力可忽略不计带正电粒子被固定在两板正中间,P,处,.,若在,t,0,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,t,0,可能属于时间段是,【,例,2】,答案,解析,13/57,设粒子速度方向、位移方向向右为正,.,依题意知，粒子速度方向时而为正，时而为负，最终打在,A,板上时位移为负，速度方向为负,.,分,别作出,t,0,0,、,时粒子运动速度图象，如图所表示,.,因为速度图线与时间轴所围面积表示粒子经过位移，,则由图象知，,时粒子在,一个周期内总位移大于零，,在一个周期内总位移小于零；,t,0,T,时情况类似,.,因粒子最终打在,A,板上，则要求粒子在每个周期内总位移应小于零，对照各项可知,B,正确,.,14/57,因电场随时间改变，交变电场中带电粒子所受到电场力出现周期性改变，造成运动过程出现多个阶段，分段分析是常见解题思绪,.,若要分析运动每个细节，普通采取牛顿运动定律观点分析，借助速度图象能更全方面直观地把握运动过程，处理起来比较方便,.,方法感悟,15/57,题组阶梯突破,3.(,多项选择,)(,山东理综,20),如图甲，两水平金属板间距为,d,，板间电场强度改变规律如图乙所表示,.,t,0,时刻，质量为,m,带电微粒以初速度,v,0,沿中线射入两板间，,0,时间内微粒匀速运动，,T,时刻微粒恰好经金属板边缘飞出,.,微粒运动过程中未与金属板接触,.,重力加速度大小为,g,.,关于微粒在,0,T,时间内运动描述，正确是,A.,末速度大小为,v,0,B.,末速度沿水平方向,C.,重力势能降低了,mgd,D.,克服电场力做功为,mgd,答案,解析,题眼,抵消重力影响,分析,16/57,17/57,4.,如图甲所表示，,A,和,B,是真空中正对面积很大平行金属板，,O,是一个能够连续产生粒子粒子源，,O,到,A,、,B,距离都是,l,.,现在,A,、,B,之间加上电压，电压,U,AB,随时间改变规律如图乙所表示,.,已知粒子源在交变电压一个周期内能够均匀产生,300,个粒子，粒子质量为,m,、电荷量为,q,.,这种粒子产生后，在电场力作用下从静止开始运动,.,设粒子一旦碰到金属板，它就附在金属板上不再运动，且电荷量同时消失，不影响,A,、,B,板电势,.,不计粒子重力，不考虑粒子之间相互作用力,.,已知,上述物理量,l,0.6 m,，,U,0,1.2,10,3,V,，,T,1.2,10,2,s,，,m,5,10,10,kg,，,q,1.0,10,7,C.,18/57,(1),在,t,0,时刻产生粒子，会在什么时刻抵达哪个极板？,依据图乙可知，从,t,0,时刻开始，,A,板电势高于,B,板电势，,粒子向,A,板运动,.,所以粒子从,t,0,时刻开始，一直加速抵达,A,板,.,设粒子抵达,A,板时间为,t,，,答案,解析,19/57,(2),在,t,0,到,t,这段时间内哪个时刻产生粒子刚好不能抵达,A,板？,4,10,3,s,答案,解析,20/57,(3),在,t,0,到,t,这段时间内产生粒子有多少个可抵达,A,板？,100,个,答案,解析,21/57,3,命题点,三,电场中力电综合问题,22/57,1.,动力学观点,(1),因为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),综合利用牛顿运动定律和匀变速直线运动公式，注意受力分析要全方面，尤其注意重力是否需要考虑问题,.,2.,能量观点,(1),利用动能定理，注意过程分析要全方面，准确求出过程中全部力做功，判断选取分过程还是全过程使用动能定理,.,(2),利用能量守恒定律，注意题目中有哪些形式能量出现,.,23/57,如图所表示，在,E,10,3,V/m,竖直匀强电场中，有一光滑半圆形绝缘轨道,QPN,与一水平绝缘轨道,MN,在,N,点平滑相接，半圆形轨道平面与电场线平行，其半径,R,40 cm,，,N,为半圆形轨道最低点，,P,为,QN,圆弧中点，一带负电,q,10,4,C,小滑块质量,m,10 g,，与水平轨道间动摩擦因数,0.15,，位于,N,点右侧,1.5 m,M,处，,g,取,10 m/s,2,，求：,(1),要使小滑块恰能运动到半圆形轨道最高点,Q,，则,小滑块应以多大初速度,v,0,向左运动？,(2),这么运动小滑块经过,P,点时对轨道压力是多大？,【,例,3】,答案,解析,分析,7 m/s,答案,0.6 N,题眼,题眼,题眼,24/57,(1),设小滑块抵达,Q,点时速度为,v,，,mg,qE,m,小滑块从开始运动至抵达,Q,点过程中，,联立方程组，解得：,v,0,7 m/s.,(2),设小滑块抵达,P,点时速度为,v,，则从开始运动至抵达,P,点过程中，,又在,P,点时，,F,N,m,代入数据，解得：,F,N,0.6 N,由牛顿第三定律得，小滑块经过,P,点时对轨道压力,F,N,F,N,0.6 N.,25/57,题组阶梯突破,5.(,多项选择,),在电场方向水平向右匀强电场中，一带电小球从,A,点竖直向上抛出，其运动轨迹如图所表示，小球运动轨迹上,A,、,B,两点在同一水平线上，,M,为轨迹最高点，小球抛出时动能为,8 J,，在,M,点动能为,6 J,，不计空气阻力，则以下判断正确是,A.,小球水平位移,x,1,与,x,2,比值为,1,3,B.,小球水平位移,x,1,与,x,2,比值为,1,4,C.,小球落到,B,点时动能为,32 J,D.,小球从,A,点运动到,B,点过程中最小动能为,6 J,答案,解析,26/57,小球在水平方向做初速度为零匀加速运动，小球在竖直方向上升和下落时间相同，由匀变速直线运动位移与时间关系可知水平位移,x,1,x,2,1,3,，选项,A,正确，选项,B,错误；,27/57,由题意知，小球受到合外力为重力与电场力协力，为恒力，小球在,A,点时，,F,合,与速度之间夹角为钝角，小球在,M,点时，速度与,F,合,之间夹角为锐角，即,F,合,对小球先做负功再做正功，由动能定理知，小球从,A,到,M,过程中，动能先减小后增大，小球从,M,到,B,过程中，合外力一直做正功，动能一直增大，故小球从,A,运动到,B,过程中最小动能一定小于,6 J,，选项,D,错误,.,28/57,6.,如图所表示，在倾角,37,绝缘斜面所在空间存在着竖直向上匀强电场，场强,E,410,3,N/C,，在斜面底端有一与斜面垂直绝缘弹性挡板,.,质量,m,0.2 kg,带电滑块从斜面顶端由静止开始滑下，滑到斜面底端以与挡板相碰前速率返回,.,已知斜面高度,h,0.24 m,，滑块与斜面间动摩擦因数,0.3,，滑块带电荷量,q,5.010,4,C,，取重力加速度,g,10 m/s,2,，,sin 37,0.6,，,cos 37,0.8.,求：,(1),滑块从斜面最高点滑到斜面底端时速度大小；,答案,解析,2.4 m/s,29/57,滑块沿斜面滑下过程中，,F,f,(,mg,qE,)cos 37,0.96 N,设抵达斜面底端时速度为,v,，,30/57,(2),滑块在斜面上运动总旅程,s,和系统产生热量,Q,.,答案,解析,1 m,0.96 J,滑块最终将静止在斜面底端，,(,mg,qE,),h,F,f,s,解得滑块在斜面上运动总旅程：,s,1 m,Q,F,f,s,0.96 J,31/57,课时作业,4,32/57,1.(,多项选择,),示波管内部结构如图甲所表示,.,假如偏转电极,XX,、,YY,之间都没有加电压，电子束将打在荧光屏中心,.,假如在偏转电极,XX,之间和,YY,之间加上图丙所表示几个电压，荧光屏上可能会出现图乙中,(a),、,(b),所表示两种波形,.,则,甲,1,2,3,4,5,6,7,8,9,33/57,A.,若,XX,和,YY,分别加电压,(3),和,(1),，荧光屏上能够出现图乙中,(a),所表示波形,B.,若,XX,和,YY,分别加电压,(4),和,(1),，荧光屏上能够出现图乙中,(a),所表示波形,C.,若,XX,和,YY,分别加电压,(3),和,(2),，荧光屏上能够出现图乙中,(b),所表示波形,D.,若,XX,和,YY,分别加电压,(4),和,(2),，荧光屏上能够出现图乙中,(b),所表示波形,要使荧光屏上出现图乙中,(a),所表示波形，,XX,加扫描电压,(3),，,YY,加正弦电压,(1),，则,A,正确；要使荧光屏上出现图乙中,(b),所表示波形，,XX,加扫描电压,(3),，,YY,加方波电压,(2),，则,C,正确,.,答案,解析,1,2,3,4,5,6,7,8,9,34/57,2.,如图是示波管原理图,.,它由电子枪、偏转电极,(,XX,和,YY,),、荧光屏组成，管内抽成真空,.,给电子枪通电后，假如在偏转电极,XX,和,YY,上都没有加电压，电子束将打在荧光屏中心,O,点,.,(1),带电粒子在,_,区域是加速，,在,_,区域是偏转,.,(2),若,U,YY,0,，,U,XX,0,，则粒子向,_ _,板偏移，若,U,YY,0,，,U,XX,0,，,则粒子向,_ _,板偏移,.,答案,X,Y,1,2,3,4,5,6,7,8,9,35/57,3.,将如图所表示交变电压加在平行板电容器,A,、,B,两板上，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,两极板间距离足够大，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,板运动，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,板运动，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,答案,解析,1,2,3,4,5,6,7,8,9,36/57,依据交变电压改变规律，作出电子加速度,a,、速度,v,随时间改变图线，如图甲、乙,.,从图中可知，电子在第一个,内做匀加速运动，第二个,内做匀减速运动，在这半周期内，因初始,B,板电势比,A,板电势高，所以电子向,B,板运动，加速度大小为,.,在第三个,内电子做匀加速运动，第四个,内做匀减速运动，但在这半个周期内运动方向与前半个周期相反，向,A,板运动，加速度大小为,.,所以电子在交变电场中将以,t,时刻所在位置为平衡位置做周期性往复运动，综上分析选项,D,正确,.,1,2,3,4,5,6,7,8,9,37/57,4.,一电荷量为,q,(,q,0),、质量为,m,带电粒子在匀强电场作用下，在,t,0,时由静止开始运动，场强随时间改变规律如图所表示,.,不计重力,.,求在,t,0,到,t,T,时间间隔内：,(1),粒子位移大小和方向；,答案,解析,1,2,3,4,5,6,7,8,9,38/57,带电粒子在,时间间隔内做匀变速运动，,设加速度分别为,a,1,、,a,2,、,a,3,、,a,4,，由牛顿第二定律得,1,2,3,4,5,6,7,8,9,39/57,由此得带电粒子在,0,T,时间间隔内运动加速度时间图象如图,(a),所表示，对应速度时间图象如图,(b),所表示，其中,1,2,3,4,5,6,7,8,9,40/57,方向沿初始电场正方向,.,1,2,3,4,5,6,7,8,9,41/57,(2),粒子沿初始电场反方向运动时间,.,答案,解析,1,2,3,4,5,6,7,8,9,42/57,5.,如图甲所表示，两平行金属板间距为,d,，加上如图乙所表示电压，电压最大值为,U,0,，周期为,T,.,现有一离子束，其中每个离子质量为,m,、电荷量为,q,，从与两板等距处沿着与板平行方向连续地射入两板间电场中,.,设离子经过平行板所需时间恰好为,T,(,与电压改变周期相同,),，且全部离子都能经过两板间空间打在右端荧光屏上，求离子击中荧光屏上位置范围,(,不计离子重力,).,答案,解析,1,2,3,4,5,6,7,8,9,43/57,各个离子在板间电场中运动时，水平方向上都做匀速直线运动，所以每个离子经过电场所需时间都是,T,，但因为不一样离子进入电场时刻不一样，两板间电压改变情况不一样，所以它们侧向位移也会不一样,.,假如离子在,t,0,、,T,、,2,T,时刻进入电场，则离子先在两板间做类平抛运动，侧向位移为,y,1,，然后做匀速直线运动，侧向位移为,y,2,，如图甲所表示，这些离子在离开电场时，其侧向位移有最大值,y,max,，,甲,1,2,3,4,5,6,7,8,9,44/57,时刻进入电场，两板间电压为零，离子先在水平方向上做匀速直线运动，运动,后，两板间电压为,U,0,，离子开始偏转，做类平抛运动，侧向位移为,y,1,，如图乙所表示，这些离子离,开电场时侧向位移最小，则,y,min,.,乙,1,2,3,4,5,6,7,8,9,45/57,假如离子不是在上述两种时刻进入电场，那么离子离开电场时侧向位移在,y,min,与,y,max,之间,.,1,2,3,4,5,6,7,8,9,46/57,6.,如图所表示为静电力演示仪，两金属极板分别固定于绝缘支架上，且正对平行放置,.,工作时两板分别接高压直流电源正负极，表面镀铝乒乓球用绝缘细线悬挂在两金属板中间，则,A.,乒乓球左侧感应出负电荷,B.,乒乓球受到扰动后，会被吸在左极板上,C.,乒乓球共受到电场力、重力和库仑力三个力作用,D.,用绝缘棒将乒乓球拨到与右极板接触，放开后乒乓,球会在两极板间往返碰撞,答案,解析,1,2,3,4,5,6,7,8,9,47/57,两极板间电场由正极板指向负极板，镀铝乒乓球内电子向正极板一侧聚集，故乒乓球右侧感应出负电荷，,A,错误；,乒乓球不可能吸在左极板上，,B,错误；,库仑力就是电场力，,C,错误；,乒乓球与右极板接触后带正电，在电场力作用下向负极板运动，碰到负极板正电荷与负极板上负电荷中和后带负电，在电场力作用下又向正极板运动，这么会在两极板间往返碰撞，,D,正确,.,1,2,3,4,5,6,7,8,9,48/57,7.,如图所表示，,O,、,A,、,B,、,C,为一粗糙绝缘水平面上三点，不计空气阻力，一电荷量为,Q,点电荷固定在,O,点，现有一质量为,m,、电荷量为,q,小金属块,(,可视为质点,),，从,A,点由静止沿它们连线向右运动，到,B,点时速度最大，其大小为,v,m,，小金属块最终停顿在,C,点,.,已知小金属块与水平面间动摩擦因数为,，,AB,间距离为,L,，静电力常量为,k,，则,A.,在点电荷,Q,形成电场中，,A,、,B,两点间电势差为,B.,在小金属块由,A,向,C,运动过程中，电势能先增大后减小,C.,OB,间距离为,D.,从,B,到,C,过程中，小金属块动能全部转化为电势能,答案,解析,1,2,3,4,5,6,7,8,9,49/57,小金属块由,A,点向,C,点运动过程中，电场力一直做正功，电势能一直减小，故,B,错误；,加速运动，,B,到,C,过程做减速运动，在,B,点金属块所受滑动摩擦力与库仑力平衡，则有,mg,k,，得,r,，故,C,正确；,从,B,到,C,过程中，小金属块动能全部转化为电势能和内能，故,D,错误,.,1,2,3,4,5,6,7,8,9,50/57,8.,如图所表示，一绝缘,“,”,形杆由两段相互平行足够长水平直杆,PQ,、,MN,和二分之一径为,R,光滑半圆环,MAP,组成，固定在竖直平面内，其中,MN,杆是光滑，,PQ,杆是粗糙,.,现将一质量为,m,带正电荷小环套在,MN,杆上，小环所受电场力为重力,.,(1),若将小环由,D,点静止释放，则刚好能抵达,P,点，,求,DM,间距离；,答案,解析,4,R,小环刚好抵达,P,点时，速度为零，对小环从,D,点到,P,点过程，由动能定理,qEx,2,mgR,0,0,，又由题意得,qE,mg,，,联立解得,x,4,R,.,1,2,3,4,5,6,7,8,9,51/57,(2),若将小环由,M,点右侧,5,R,处静止释放，设小环与,PQ,杆间动摩擦因数为,，小环所受最大静摩擦力与滑动摩擦力大小相等，求小环在整个运动过程中克服摩擦力所做功,.,答案,解析,1,2,3,4,5,6,7,8,9,52/57,若,，则,mg,qE,，设小环抵达,P,点右侧,x,1,时静止，由动能定理得,qE,(5,R,x,1,),mg,2,R,F,f,x,1,0,，又,F,f,mg,，,若,，则,mg,qE,，小环经过屡次往复运动，最终在,P,点速度为,0,，,依据动,能,定理可知,qE,5,R,mg,2,R,W,2,0,0,，,克服摩擦力做功,W,2,mgR,.,1,2,3,4,5,6,7,8,9,53/57,9.,如图所表示，匀强电场方向与水平线间夹角,30,，方向斜向右上方，电场强度为,E,，质量为,m,小球带负电，以初速度,v,0,开始运动，初速度方向与电场方向一致,.,(1),若小球带电荷量为,q,，为使小球能做匀,速直线运动，应对小球施加恒力,F,1,大小和方,向各怎样？,答案,解析,1,2,3,4,5,6,7,8,9,54/57,如图甲所表示，为使小球做匀速直线运动，必使其合外力为,0,，设对小球施加力,F,1,与水平方向夹角为,，则,F,1,cos,qE,cos,F,1,sin,mg,qE,sin,代入数据解得,60,，,F,1,mg,即恒力,F,1,与水平线成,60,角斜向右上方,.,1,2,3,4,5,6,7,8,9,55/57,(2),若小球带电荷量为,q,，为使小球能做直线运动，应对小球施加最小恒力,F,2,大小和方向各怎样？,答案,解析,1,2,3,4,5,6,7,8,9,56/57,为使小球能做直线运动，则小球所受协力方向必和运动方向在一条直线上，故要使力,F,2,和,mg,协力和电场力在一条直线上,.,如图乙，当,F,2,取最小值时，,F,2,垂直于,F,.,故,F,2,mg,sin 60,mg,.,方向与水平线成,60,角斜向左上方,.,1,2,3,4,5,6,7,8,9,57/57,