電場性質(zhì)及帶電粒子在電場中的運(yùn)動(dòng)

專題三電場和磁場第6講電場性質(zhì)及帶電粒子

在電場中的運(yùn)動(dòng)-3-專題知識(shí)脈絡(luò)能力目標(biāo)解讀-4-專題知識(shí)脈絡(luò)能力目標(biāo)解讀-5-命題熱點(diǎn)一命題熱點(diǎn)二命題熱點(diǎn)三命題熱點(diǎn)四命題熱點(diǎn)一

對(duì)電場基本性質(zhì)的考查-6-命題熱點(diǎn)一命題熱點(diǎn)二命題熱點(diǎn)三命題熱點(diǎn)四-7-命題熱點(diǎn)一命題熱點(diǎn)二命題熱點(diǎn)三命題熱點(diǎn)四典例剖析【例1】

(不定項(xiàng))(2015·四川理綜,6)如圖所示,半圓槽光滑、絕緣、固定,圓心是O,最低點(diǎn)是P,直徑MN水平。a、b是兩個(gè)完全相同的帶正電小球(視為點(diǎn)電荷),b固定在M點(diǎn),a從N點(diǎn)靜止釋放,沿半圓槽運(yùn)動(dòng)經(jīng)過P點(diǎn)到達(dá)某點(diǎn)Q(圖中未畫出)時(shí)速度為零。則小球a(

)A.從N到Q的過程中,重力與庫侖力的合力①先增大后減小B.從N到P的過程中,速率先增大后減小C.從N到Q的過程中,電勢(shì)能一直增加②D.從P到Q的過程中,動(dòng)能減少量小于電勢(shì)能增加量答案解析解析關(guān)閉從N到Q的過程中,由三角形法則可判斷重力和庫侖力的合力一直增大,選項(xiàng)A錯(cuò)誤。小球a從N到Q的過程中,在N點(diǎn)速度和在Q點(diǎn)速度都為零,而合力為零的點(diǎn)在N、P之間,所以從N到P的過程中小球a的速度先增大后減小,選項(xiàng)B正確。由于從N到Q的過程中庫侖力方向與a球速度方向的夾角一直大于90°,故庫侖力一直做負(fù)功,電勢(shì)能一直增加,選項(xiàng)C正確。從P到Q的過程中,動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電勢(shì)能和重力勢(shì)能,選項(xiàng)D錯(cuò)誤。答案解析關(guān)閉BC-8-命題熱點(diǎn)一命題熱點(diǎn)二命題熱點(diǎn)三命題熱點(diǎn)四分析推理①你能畫出重力、庫侖力、重力與庫侖力的合力三者的關(guān)系圖示嗎?

②如何判定電勢(shì)能的變化?

分析結(jié)論:如圖:

分析結(jié)論:通過電場力做功與電勢(shì)能變化的關(guān)系。-9-命題熱點(diǎn)一命題熱點(diǎn)二命題熱點(diǎn)三命題熱點(diǎn)四以題說法本題考查電場的基本性質(zhì)。對(duì)本類問題的分析,要注意以下幾點(diǎn):(1)點(diǎn)電荷間庫侖力的大小通過庫侖定律分析,其他情況的電場力可用F=qE計(jì)算;(2)要熟練掌握電勢(shì)能的多種分析途徑,本題“從電場力做功與電勢(shì)能的變化”角度分析即可;(3)如果研究對(duì)象只涉及重力和電場力做功,則根據(jù)能量守恒定律可知:此種情況下,研究對(duì)象的動(dòng)能、重力勢(shì)能、電勢(shì)能三者之和保持不變。-10-命題熱點(diǎn)一命題熱點(diǎn)二命題熱點(diǎn)三命題熱點(diǎn)四遷移訓(xùn)練1-1.(2015·浙江理綜,16)如圖為靜電力演示儀,兩金屬極板分別固定于絕緣支架上,且正對(duì)平行放置。工作時(shí)兩板分別接高壓直流電源的正負(fù)極,表面鍍鋁的乒乓球用絕緣細(xì)線懸掛在兩金屬極板中間,則(

)A.乒乓球的左側(cè)感應(yīng)出負(fù)電荷B.乒乓球受到擾動(dòng)后,會(huì)被吸在左極板上C.乒乓球共受到電場力、重力和庫侖力三個(gè)力的作用D.用絕緣棒將乒乓球撥到與右極板接觸,放開后乒乓球會(huì)在兩極板間來回碰撞答案解析解析關(guān)閉乒乓球的左側(cè)感應(yīng)出正電荷,A項(xiàng)錯(cuò)誤;因乒乓球整體不帶電,故受重力和繩拉力兩個(gè)力的作用,C項(xiàng)錯(cuò)誤;若乒乓球與右極板接觸,會(huì)帶上正電荷,乒乓球和右極板因帶同種電荷而相互排斥,帶正電的乒乓球在電場力作用下向左運(yùn)動(dòng)而撞到左極板上,從而帶上負(fù)電荷,再被彈開向右運(yùn)動(dòng)撞到右極板,乒乓球再帶上正電荷,如此在兩極板間來回碰撞,故D項(xiàng)正確,B項(xiàng)錯(cuò)誤。答案解析關(guān)閉D-11-命題熱點(diǎn)一命題熱點(diǎn)二命題熱點(diǎn)三命題熱點(diǎn)四

答案解析解析關(guān)閉

答案解析關(guān)閉B-12-命題熱點(diǎn)一命題熱點(diǎn)二命題熱點(diǎn)三命題熱點(diǎn)四

-13-命題熱點(diǎn)一命題熱點(diǎn)二命題熱點(diǎn)三命題熱點(diǎn)四

-14-命題熱點(diǎn)一命題熱點(diǎn)二命題熱點(diǎn)三命題熱點(diǎn)四

典例剖析【例2】

(不定項(xiàng))(2015·天津理綜,7)如圖所示,氕核、氘核、氚核①三種粒子從同一位置無初速地飄入電場線水平向右的加速電場E1,之后進(jìn)入電場線豎直向下的勻強(qiáng)電場E2發(fā)生偏轉(zhuǎn),最后打在屏上②。整個(gè)裝置處于真空中,不計(jì)粒子重力及其相互作用,那么(

)A.偏轉(zhuǎn)電場E2對(duì)三種粒子做功一樣多B.三種粒子打到屏上時(shí)的速度一樣大C.三種粒子運(yùn)動(dòng)到屏上所用時(shí)間相同D.三種粒子一定打到屏上的同一位置答案解析解析關(guān)閉

答案解析關(guān)閉AD-15-命題熱點(diǎn)一命題熱點(diǎn)二命題熱點(diǎn)三命題熱點(diǎn)四分析推理①三種粒子電性如何?

②三種粒子經(jīng)歷怎樣的運(yùn)動(dòng)過程?

分析結(jié)論:均帶正電。

分析結(jié)論:初速度為零的勻加速運(yùn)動(dòng)——類平拋運(yùn)動(dòng)——?jiǎng)蛩僦本€運(yùn)動(dòng)。以題說法本題同時(shí)考查帶電粒子在電場中的加速和偏轉(zhuǎn),屬于同類典型問題。解答此類問題要注意以下幾點(diǎn):(1)準(zhǔn)確分析帶電粒子的受力和運(yùn)動(dòng)情況,選用適用規(guī)律建立定量關(guān)系;(2)注意動(dòng)力學(xué)觀點(diǎn)和能量觀點(diǎn)的綜合應(yīng)用;(3)記住一些常見問題的結(jié)論,例如本題所述情景可以總結(jié)為:由靜止開始經(jīng)同一加速電場加速后進(jìn)入同一偏轉(zhuǎn)電場的帶同種電荷的帶電粒子運(yùn)動(dòng)軌跡相同。本題的分析若根據(jù)此結(jié)論直接入手,會(huì)使問題變得很簡單。-16-命題熱點(diǎn)一命題熱點(diǎn)二命題熱點(diǎn)三命題熱點(diǎn)四

答案解析解析關(guān)閉

答案解析關(guān)閉D-17-命題熱點(diǎn)一命題熱點(diǎn)二命題熱點(diǎn)三命題熱點(diǎn)四

答案解析解析關(guān)閉

答案解析關(guān)閉A-18-命題熱點(diǎn)一命題熱點(diǎn)二命題熱點(diǎn)三命題熱點(diǎn)四命題熱點(diǎn)三

帶電粒子在電場中的運(yùn)動(dòng)-19-命題熱點(diǎn)一命題熱點(diǎn)二命題熱點(diǎn)三命題熱點(diǎn)四-20-命題熱點(diǎn)一命題熱點(diǎn)二命題熱點(diǎn)三命題熱點(diǎn)四典例剖析【例3】(2015·安徽理綜,23)在xOy平面內(nèi),有沿y軸負(fù)方向的勻強(qiáng)電場,電場強(qiáng)度大小為E(圖中未畫出),由A點(diǎn)斜射出一質(zhì)量為m、帶的電荷量為+q的粒子,B和C是粒子運(yùn)動(dòng)軌跡上的兩點(diǎn),如圖所示,其中l(wèi)0為常數(shù),粒子所受重力忽略不計(jì)。求:(1)粒子從A到C過程中電場力對(duì)它做的功①;(2)粒子從A到C過程②所經(jīng)歷的時(shí)間;(3)粒子經(jīng)過C點(diǎn)時(shí)的速率。-21-命題熱點(diǎn)一命題熱點(diǎn)二命題熱點(diǎn)三命題熱點(diǎn)四分析推理①電場力做功有何特點(diǎn)?

②粒子從A到C過程運(yùn)動(dòng)性質(zhì)如何?分析結(jié)論:電場力做功與路徑無關(guān)。分析結(jié)論:粒子從A到C做勻變速曲線運(yùn)動(dòng)。-22-命題熱點(diǎn)一命題熱點(diǎn)二命題熱點(diǎn)三命題熱點(diǎn)四規(guī)范解答-23-命題熱點(diǎn)一命題熱點(diǎn)二命題熱點(diǎn)三命題熱點(diǎn)四-24-命題熱點(diǎn)一命題熱點(diǎn)二命題熱點(diǎn)三命題熱點(diǎn)四以題說法本題為帶電粒子在電場中的運(yùn)動(dòng)問題,對(duì)此類問題的分析主要包括以下幾種情形:1.對(duì)于直線運(yùn)動(dòng)問題,可根據(jù)對(duì)粒子的受力分析與運(yùn)動(dòng)分析,重點(diǎn)掌握以下三種情況:(1)如果電場力為恒力,可由牛頓第二定律求出加速度,結(jié)合運(yùn)動(dòng)學(xué)公式確定帶電體的速度、位移等。(2)如果是非勻強(qiáng)電場中的直線運(yùn)動(dòng),一般利用動(dòng)能定理或能量守恒研究帶電體的速度、位移等。(3)對(duì)于帶電粒子在交變電場中的直線運(yùn)動(dòng),一般多以加速、減速交替出現(xiàn)的多運(yùn)動(dòng)過程的情境出現(xiàn)。解決的方法:①根據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)或動(dòng)力學(xué)認(rèn)真分析其中一個(gè)變化周期內(nèi)相關(guān)物理量的變化規(guī)律。②借助運(yùn)動(dòng)圖象進(jìn)行運(yùn)動(dòng)過程分析,找出每一運(yùn)動(dòng)過程或每一運(yùn)動(dòng)階段中相關(guān)物理量間的關(guān)系,進(jìn)行歸納、總結(jié)、推理,尋找?guī)щ娏Ｗ拥倪\(yùn)動(dòng)規(guī)律。-25-命題熱點(diǎn)一命題熱點(diǎn)二命題熱點(diǎn)三命題熱點(diǎn)四2.對(duì)于曲線運(yùn)動(dòng)問題,可根據(jù)對(duì)粒子的受力分析與運(yùn)動(dòng)分析,重點(diǎn)掌握以下三種情況:(1)一般是類平拋運(yùn)動(dòng)模型,通常采用運(yùn)動(dòng)的合成與分解方法處理。通過對(duì)帶電粒子的受力分析和運(yùn)動(dòng)規(guī)律分析,借助運(yùn)動(dòng)的合成與分解,尋找兩個(gè)分運(yùn)動(dòng),再應(yīng)用牛頓運(yùn)動(dòng)定律或運(yùn)動(dòng)學(xué)方程求解。(2)粒子做加速圓周運(yùn)動(dòng),注意電場力做功等于電場力與在電場力方向上位移的乘積。(3)對(duì)于帶電粒子在交變電場中的曲線運(yùn)動(dòng),解決的方法仍然是應(yīng)用運(yùn)動(dòng)的合成與分解的方法,把曲線運(yùn)動(dòng)分解為兩個(gè)直線運(yùn)動(dòng),然后分別應(yīng)用直線運(yùn)動(dòng)規(guī)律加以解決。-26-命題熱點(diǎn)一命題熱點(diǎn)二命題熱點(diǎn)三命題熱點(diǎn)四遷移訓(xùn)練3-1.(2015·安徽理綜,14)如圖是α粒子(氦原子核)被重金屬原子核散射的運(yùn)動(dòng)軌跡,M、N、P、Q是軌跡上的四點(diǎn),在散射過程中可以認(rèn)為重金屬原子核靜止不動(dòng)。圖中所標(biāo)出的α粒子在各點(diǎn)處的加速度方向正確的是(

)A.M點(diǎn) B.N點(diǎn) C.P點(diǎn) D.Q點(diǎn)答案解析解析關(guān)閉α粒子在某點(diǎn)時(shí)的加速度方向,應(yīng)沿該點(diǎn)和重金屬原子核所在位置的連線,且指向軌跡的內(nèi)側(cè),選項(xiàng)C正確。答案解析關(guān)閉C-27-命題熱點(diǎn)一命題熱點(diǎn)二命題熱點(diǎn)三命題熱點(diǎn)四3-2.(2015·全國理綜Ⅱ,24)如圖,一質(zhì)量為m、電荷量為q(q>0)的粒子在勻強(qiáng)電場中運(yùn)動(dòng),A、B為其運(yùn)動(dòng)軌跡上的兩點(diǎn)。已知該粒子在A點(diǎn)的速度大小為v0,方向與電場方向的夾角為60°;它運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)時(shí)速度方向與電場方向的夾角為30°。不計(jì)重力。求A、B兩點(diǎn)間的電勢(shì)差。答案解析解析關(guān)閉

答案解析關(guān)閉

-28-命題熱點(diǎn)一命題熱點(diǎn)二命題熱點(diǎn)三命題熱點(diǎn)四命題熱點(diǎn)四

帶電粒子在電場、重力場構(gòu)成的復(fù)合場中的運(yùn)動(dòng)1.兩種場比較-29-命題熱點(diǎn)一命題熱點(diǎn)二命題熱點(diǎn)三命題熱點(diǎn)四2.帶電粒子在電場、重力場構(gòu)成的復(fù)合場中運(yùn)動(dòng)問題分類(1)帶電物體在重力場、電場組合場中的運(yùn)動(dòng)對(duì)于此類問題只需要單獨(dú)研究清楚帶電體在重力場和電場中的運(yùn)動(dòng),圍繞其受力情況、運(yùn)動(dòng)情況和場力做功及能量轉(zhuǎn)化情況列出關(guān)系式,聯(lián)立求解。(2)帶電物體在重力場、電場疊加場中的運(yùn)動(dòng),主要是兩種處理方法:其一,首先計(jì)算出重力和電場力的合力(即等效場力),然后研究帶電體在等效場力作用下的運(yùn)動(dòng),此方法通常側(cè)重于動(dòng)力學(xué)分析;其二,單獨(dú)分析重力和電場力各自對(duì)帶電體的做功情況,然后應(yīng)用動(dòng)能定理或能量守恒定律求解。-30-命題熱點(diǎn)一命題熱點(diǎn)二命題熱點(diǎn)三命題熱點(diǎn)四典例剖析【例4】

(2015·四川理綜,10)如圖所示,粗糙、絕緣的直軌道OB固定在水平桌面上,B端與桌面邊緣對(duì)齊,A是軌道上一點(diǎn),過A點(diǎn)并垂直于軌道的豎直面右側(cè)有大小E=1.5×106N/C,方向水平向右的勻強(qiáng)電場。帶負(fù)電的小物體P電荷量是2.0×10-6C,質(zhì)量m=0.25kg,與軌道間動(dòng)摩擦因數(shù)μ=0.4。P從O點(diǎn)由靜止開始向右運(yùn)動(dòng),經(jīng)過0.55s到達(dá)A點(diǎn),到達(dá)B點(diǎn)時(shí)速度是5m/s,到達(dá)空間D點(diǎn)時(shí)速度與豎直方向的夾角為α,且tanα=1.2。P在整個(gè)運(yùn)動(dòng)過程中始終受到水平向右的某外力F作用,F大小與P的速率v的關(guān)系如表所示。P視為質(zhì)點(diǎn),電荷量保持不變,忽略空氣阻力,g取10m/s2。求:-31-命題熱點(diǎn)一命題熱點(diǎn)二命題熱點(diǎn)三命題熱點(diǎn)四(1)小物體P從開始運(yùn)動(dòng)至速率為2m/s所用的時(shí)間①;(2)小物體P從A運(yùn)動(dòng)至D的過程②,電場力做的功。分析推理①小物體P從開始運(yùn)動(dòng)至速率為2

m/s的過程受力如何?小物體P運(yùn)動(dòng)性質(zhì)如何?

②小物體滑出軌道右端B點(diǎn)后受力情況如何?分析結(jié)論:小物體P的速率從0至2m/s,受外力

F1=2N,小物體P做初速度為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng)。分析結(jié)論:重力、水平外力、電場力。-32-命題熱點(diǎn)一命題熱點(diǎn)二命題熱點(diǎn)三命題熱點(diǎn)四規(guī)范解答-33-命題熱點(diǎn)一命題熱點(diǎn)二命題熱點(diǎn)三命題熱點(diǎn)四-34-命題熱點(diǎn)一命題熱點(diǎn)二命題熱點(diǎn)三命題熱點(diǎn)四以題說法本題為帶電粒子在電場、重力場構(gòu)成的復(fù)合場中運(yùn)動(dòng)問題,對(duì)此類問題的分析要特別注意解題思路的科學(xué)性,因此需要掌握好兩種基本思維方法:分析法和綜合法。1.分析法:分析法的特點(diǎn)是從待求量出發(fā),結(jié)合題目所給的已知量追尋待求量公式中每一個(gè)量的表達(dá)式,直至求出未知量。這是一種最常用的方法。2.綜合法:綜合法就是“集零為整”的思維方法,即將各個(gè)局部(簡單的部分)的關(guān)系明確以后,將各局部信息進(jìn)行整合而得以解決問題的方法。上面例題的分析主要側(cè)重于綜合法的應(yīng)用。實(shí)際上,“分析法”和“綜合法”是密不可分、相輔相成的,在解題時(shí)經(jīng)常交叉使用。-35-命題熱點(diǎn)一命題熱點(diǎn)二命題熱點(diǎn)三命題熱點(diǎn)四遷移訓(xùn)練4-1.(不定項(xiàng))(2015·江蘇單科,7)一帶正電的小球向右水平拋入范圍足夠大的勻強(qiáng)電場,電場方向水平向左。不計(jì)空氣阻力,則小球(

)

A.做直線運(yùn)動(dòng)

B.做曲線運(yùn)動(dòng)C.速率先減小后增大 D.速率先增大后減小答案解析解析關(guān)閉答案解析關(guān)閉-36-命題熱點(diǎn)一命題熱點(diǎn)二命題熱點(diǎn)三命題熱點(diǎn)四

-37-命題熱點(diǎn)一命題熱點(diǎn)二命題熱點(diǎn)三命題熱點(diǎn)四

答案解析解析關(guān)閉

答案解析關(guān)閉BC-38-123451.(2015·江蘇單科,2改編)靜電現(xiàn)象在自然界中普遍存在,我國早在西漢末年已有對(duì)靜電現(xiàn)象的記載。下列不屬于靜電現(xiàn)象的是(

)A.梳過頭發(fā)的塑料梳子吸起紙屑B.帶電小球移至不帶電金屬球附近,兩者相互吸引C.小線圈接近通電線圈過程中,小線圈中產(chǎn)生電流D.從干燥的地毯上走過,手碰到金屬把手時(shí)有被電擊的感覺答案解析解析關(guān)閉C選項(xiàng)“小線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電流”屬于電磁感應(yīng)現(xiàn)象。答案解析關(guān)閉C-39-12345

答案解析解析關(guān)閉

答案解析關(guān)閉B-40-123453.(2015·全國理綜Ⅰ,15)如圖,直線a、b和c、d是處于勻強(qiáng)電場中的兩組平行線,M、N、P、Q是它們的交點(diǎn),四點(diǎn)處的電勢(shì)分別為φM、φN、φP、φQ,一電子由M點(diǎn)分別運(yùn)動(dòng)到N點(diǎn)和P點(diǎn)的過程中,電場力所做的負(fù)功相等,則(

)A.直線a位于某一等勢(shì)面內(nèi),φM>φQB.直線c位于某一等勢(shì)面內(nèi),φM>φNC.若電子由M點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到Q點(diǎn),電場力做正功D.若電子由P點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到Q點(diǎn),電場力做負(fù)功答案解析解析關(guān)閉根據(jù)題意知φN=φP,且φM>φN,故直線c、d分別位于兩不同的等勢(shì)面上