電場性質及帶電粒子在電場中的運動

專題三電場和磁場第6講電場性質及帶電粒子

在電場中的運動-3-專題知識脈絡能力目標解讀-4-專題知識脈絡能力目標解讀-5-命題熱點一命題熱點二命題熱點三命題熱點四命題熱點一

對電場基本性質的考查-6-命題熱點一命題熱點二命題熱點三命題熱點四-7-命題熱點一命題熱點二命題熱點三命題熱點四典例剖析【例1】

(不定項)(2015·四川理綜,6)如圖所示,半圓槽光滑、絕緣、固定,圓心是O,最低點是P,直徑MN水平。a、b是兩個完全相同的帶正電小球(視為點電荷),b固定在M點,a從N點靜止釋放,沿半圓槽運動經過P點到達某點Q(圖中未畫出)時速度為零。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,電勢能一直增加②D.從P到Q的過程中,動能減少量小于電勢能增加量答案解析解析關閉從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A錯誤。小球a從N到Q的過程中,在N點速度和在Q點速度都為零,而合力為零的點在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°,故庫侖力一直做負功,電勢能一直增加,選項C正確。從P到Q的過程中,動能轉化為電勢能和重力勢能,選項D錯誤。答案解析關閉BC-8-命題熱點一命題熱點二命題熱點三命題熱點四分析推理①你能畫出重力、庫侖力、重力與庫侖力的合力三者的關系圖示嗎?

②如何判定電勢能的變化?

分析結論:如圖:

分析結論:通過電場力做功與電勢能變化的關系。-9-命題熱點一命題熱點二命題熱點三命題熱點四以題說法本題考查電場的基本性質。對本類問題的分析,要注意以下幾點:(1)點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計算;(2)要熟練掌握電勢能的多種分析途徑,本題“從電場力做功與電勢能的變化”角度分析即可;(3)如果研究對象只涉及重力和電場力做功,則根據能量守恒定律可知:此種情況下,研究對象的動能、重力勢能、電勢能三者之和保持不變。-10-命題熱點一命題熱點二命題熱點三命題熱點四遷移訓練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,且正對平行放置。工作時兩板分別接高壓直流電源的正負極,表面鍍鋁的乒乓球用絕緣細線懸掛在兩金屬極板中間,則(

)A.乒乓球的左側感應出負電荷B.乒乓球受到擾動后,會被吸在左極板上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,放開后乒乓球會在兩極板間來回碰撞答案解析解析關閉乒乓球的左側感應出正電荷,A項錯誤;因乒乓球整體不帶電,故受重力和繩拉力兩個力的作用,C項錯誤;若乒乓球與右極板接觸,會帶上正電荷,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動而撞到左極板上,從而帶上負電荷,再被彈開向右運動撞到右極板,乒乓球再帶上正電荷,如此在兩極板間來回碰撞,故D項正確,B項錯誤。答案解析關閉D-11-命題熱點一命題熱點二命題熱點三命題熱點四

答案解析解析關閉

答案解析關閉B-12-命題熱點一命題熱點二命題熱點三命題熱點四

-13-命題熱點一命題熱點二命題熱點三命題熱點四

-14-命題熱點一命題熱點二命題熱點三命題熱點四

典例剖析【例2】

(不定項)(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,之后進入電場線豎直向下的勻強電場E2發(fā)生偏轉,最后打在屏上②。整個裝置處于真空中,不計粒子重力及其相互作用,那么(

)A.偏轉電場E2對三種粒子做功一樣多B.三種粒子打到屏上時的速度一樣大C.三種粒子運動到屏上所用時間相同D.三種粒子一定打到屏上的同一位置答案解析解析關閉

答案解析關閉AD-15-命題熱點一命題熱點二命題熱點三命題熱點四分析推理①三種粒子電性如何?

②三種粒子經歷怎樣的運動過程?

分析結論:均帶正電。

分析結論:初速度為零的勻加速運動——類平拋運動——勻速直線運動。以題說法本題同時考查帶電粒子在電場中的加速和偏轉,屬于同類典型問題。解答此類問題要注意以下幾點:(1)準確分析帶電粒子的受力和運動情況,選用適用規(guī)律建立定量關系;(2)注意動力學觀點和能量觀點的綜合應用;(3)記住一些常見問題的結論,例如本題所述情景可以總結為:由靜止開始經同一加速電場加速后進入同一偏轉電場的帶同種電荷的帶電粒子運動軌跡相同。本題的分析若根據此結論直接入手,會使問題變得很簡單。-16-命題熱點一命題熱點二命題熱點三命題熱點四

答案解析解析關閉

答案解析關閉D-17-命題熱點一命題熱點二命題熱點三命題熱點四

答案解析解析關閉

答案解析關閉A-18-命題熱點一命題熱點二命題熱點三命題熱點四命題熱點三

帶電粒子在電場中的運動-19-命題熱點一命題熱點二命題熱點三命題熱點四-20-命題熱點一命題熱點二命題熱點三命題熱點四典例剖析【例3】(2015·安徽理綜,23)在xOy平面內,有沿y軸負方向的勻強電場,電場強度大小為E(圖中未畫出),由A點斜射出一質量為m、帶的電荷量為+q的粒子,B和C是粒子運動軌跡上的兩點,如圖所示,其中l(wèi)0為常數,粒子所受重力忽略不計。求:(1)粒子從A到C過程中電場力對它做的功①;(2)粒子從A到C過程②所經歷的時間;(3)粒子經過C點時的速率。-21-命題熱點一命題熱點二命題熱點三命題熱點四分析推理①電場力做功有何特點?

②粒子從A到C過程運動性質如何?分析結論:電場力做功與路徑無關。分析結論:粒子從A到C做勻變速曲線運動。-22-命題熱點一命題熱點二命題熱點三命題熱點四規(guī)范解答-23-命題熱點一命題熱點二命題熱點三命題熱點四-24-命題熱點一命題熱點二命題熱點三命題熱點四以題說法本題為帶電粒子在電場中的運動問題,對此類問題的分析主要包括以下幾種情形:1.對于直線運動問題,可根據對粒子的受力分析與運動分析,重點掌握以下三種情況:(1)如果電場力為恒力,可由牛頓第二定律求出加速度,結合運動學公式確定帶電體的速度、位移等。(2)如果是非勻強電場中的直線運動,一般利用動能定理或能量守恒研究帶電體的速度、位移等。(3)對于帶電粒子在交變電場中的直線運動,一般多以加速、減速交替出現的多運動過程的情境出現。解決的方法:①根據運動學或動力學認真分析其中一個變化周期內相關物理量的變化規(guī)律。②借助運動圖象進行運動過程分析,找出每一運動過程或每一運動階段中相關物理量間的關系,進行歸納、總結、推理,尋找?guī)щ娏Ｗ拥倪\動規(guī)律。-25-命題熱點一命題熱點二命題熱點三命題熱點四2.對于曲線運動問題,可根據對粒子的受力分析與運動分析,重點掌握以下三種情況:(1)一般是類平拋運動模型,通常采用運動的合成與分解方法處理。通過對帶電粒子的受力分析和運動規(guī)律分析,借助運動的合成與分解,尋找兩個分運動,再應用牛頓運動定律或運動學方程求解。(2)粒子做加速圓周運動,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)對于帶電粒子在交變電場中的曲線運動,解決的方法仍然是應用運動的合成與分解的方法,把曲線運動分解為兩個直線運動,然后分別應用直線運動規(guī)律加以解決。-26-命題熱點一命題熱點二命題熱點三命題熱點四遷移訓練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動軌跡,M、N、P、Q是軌跡上的四點,在散射過程中可以認為重金屬原子核靜止不動。圖中所標出的α粒子在各點處的加速度方向正確的是(

)A.M點 B.N點 C.P點 D.Q點答案解析解析關閉α粒子在某點時的加速度方向,應沿該點和重金屬原子核所在位置的連線,且指向軌跡的內側,選項C正確。答案解析關閉C-27-命題熱點一命題熱點二命題熱點三命題熱點四3-2.(2015·全國理綜Ⅱ,24)如圖,一質量為m、電荷量為q(q>0)的粒子在勻強電場中運動,A、B為其運動軌跡上的兩點。已知該粒子在A點的速度大小為v0,方向與電場方向的夾角為60°;它運動到B點時速度方向與電場方向的夾角為30°。不計重力。求A、B兩點間的電勢差。答案解析解析關閉

答案解析關閉

-28-命題熱點一命題熱點二命題熱點三命題熱點四命題熱點四

帶電粒子在電場、重力場構成的復合場中的運動1.兩種場比較-29-命題熱點一命題熱點二命題熱點三命題熱點四2.帶電粒子在電場、重力場構成的復合場中運動問題分類(1)帶電物體在重力場、電場組合場中的運動對于此類問題只需要單獨研究清楚帶電體在重力場和電場中的運動,圍繞其受力情況、運動情況和場力做功及能量轉化情況列出關系式,聯立求解。(2)帶電物體在重力場、電場疊加場中的運動,主要是兩種處理方法:其一,首先計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動,此方法通常側重于動力學分析;其二,單獨分析重力和電場力各自對帶電體的做功情況,然后應用動能定理或能量守恒定律求解。-30-命題熱點一命題熱點二命題熱點三命題熱點四典例剖析【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端與桌面邊緣對齊,A是軌道上一點,過A點并垂直于軌道的豎直面右側有大小E=1.5×106N/C,方向水平向右的勻強電場。帶負電的小物體P電荷量是2.0×10-6C,質量m=0.25kg,與軌道間動摩擦因數μ=0.4。P從O點由靜止開始向右運動,經過0.55s到達A點,到達B點時速度是5m/s,到達空間D點時速度與豎直方向的夾角為α,且tanα=1.2。P在整個運動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的關系如表所示。P視為質點,電荷量保持不變,忽略空氣阻力,g取10m/s2。求:-31-命題熱點一命題熱點二命題熱點三命題熱點四(1)小物體P從開始運動至速率為2m/s所用的時間①;(2)小物體P從A運動至D的過程②,電場力做的功。分析推理①小物體P從開始運動至速率為2

m/s的過程受力如何?小物體P運動性質如何?

②小物體滑出軌道右端B點后受力情況如何?分析結論: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動。分析結論:重力、水平外力、電場力。-32-命題熱點一命題熱點二命題熱點三命題熱點四規(guī)范解答-33-命題熱點一命題熱點二命題熱點三命題熱點四-34-命題熱點一命題熱點二命題熱點三命題熱點四以題說法本題為帶電粒子在電場、重力場構成的復合場中運動問題,對此類問題的分析要特別注意解題思路的科學性,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:分析法的特點是從待求量出發(fā),結合題目所給的已知量追尋待求量公式中每一個量的表達式,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,即將各個局部(簡單的部分)的關系明確以后,將各局部信息進行整合而得以解決問題的方法。上面例題的分析主要側重于綜合法的應用。實際上,“分析法”和“綜合法”是密不可分、相輔相成的,在解題時經常交叉使用。-35-命題熱點一命題熱點二命題熱點三命題熱點四遷移訓練4-1.(不定項)(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電場,電場方向水平向左。不計空氣阻力,則小球(

)

A.做直線運動

B.做曲線運動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閉答案解析關閉-36-命題熱點一命題熱點二命題熱點三命題熱點四

-37-命題熱點一命題熱點二命題熱點三命題熱點四

答案解析解析關閉

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

)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,小線圈中產生電流D.從干燥的地毯上走過,手碰到金屬把手時有被電擊的感覺答案解析解析關閉C選項“小線圈中產生感應電流”屬于電磁感應現象。答案解析關閉C-39-12345

答案解析解析關閉

答案解析關閉B-40-123453.(2015·全國理綜Ⅰ,15)如圖,直線a、b和c、d是處于勻強電場中的兩組平行線,M、N、P、Q是它們的交點,四點處的電勢分別為φM、φN、φP、φQ,一電子由M點分別運動到N點和P點的過程中,電場力所做的負功相等,則(

)A.直線a位于某一等勢面內,φM>φQB.直線c位于某一等勢面內,φM>φNC.若電子由M點運動到Q點,電場力做正功D.若電子由P點運動到Q點,電場力做負功答案解析解析關閉根據題意知φN=φP,且φM>φN,故直線c、d分別位于兩不同的等勢面上