《2019年高考物理 考前沖刺30天 第五講 必考計算題 帶電粒子在電場中運動的綜合問題課件.ppt》由會員分享，可在線閱讀，更多相關《2019年高考物理 考前沖刺30天 第五講 必考計算題 帶電粒子在電場中運動的綜合問題課件.ppt（42頁珍藏版）》請在裝配圖網上搜索。

第五講 必考計算題5帶電粒子在電場中運動的綜合問題 帶電粒子在電場中運動的綜合問題 內容索引 課時訓練 帶電粒子在電場中運動的綜合問題 命題點一交變電場中的偏轉 例1 2018 奉化市調研 如圖1甲所示 熱電子由陰極飛出時的初速度忽略不計 電子發(fā)射裝置的加速電壓為U0 電容器板長和板間距離均為L 10cm 下極板接地 電容器右端到熒光屏的距離也是L 10cm 在電容器兩極板間接一交變電壓 上極板的電勢隨時間變化的圖象如圖乙所示 每個電子穿過平行板的時間都極短 可以認為電子穿過平行板的過程中電壓是不變的 求 圖1 解析答案 圖1 1 在t 0 06s時刻 電子打在熒光屏上的何處 解析答案 答案O點上方13 5cm處 2 熒光屏上有電子打到的區(qū)間有多長 答案30cm 解析由題知電子偏移量y的最大值為 所以當偏轉電壓超過2U0時 電子就打不到熒光屏上了 所以熒光屏上電子能打到的區(qū)間長為3L 30cm 方法感悟 解析答案 方法感悟 分析交變電場問題的技巧1 思考兩個關系 1 力和運動的關系 2 功能關系 2 注意全面分析 分析受力特點和運動規(guī)律 抓住粒子的運動具有周期性和在空間上具有對稱性的特征 確定與物理過程相關的邊界條件 題組階梯突破 1 電容器板長為L 電容器兩端的電壓變化規(guī)律如圖2所示 電壓絕對值為U0 電子 質量為m 電荷量為e 沿電容器中線射入時的初速度為v0 為使電子剛好由O2點沿中線水平射出 電壓變化周期T和板間距離d各應滿足什么條件 用L U0 m e v0表示 圖2 解析答案 解析電子從O2點射出 在豎直方向的位移為零 豎直分速度也必須為零 所以電子穿過電容器的時間必須是電壓變化周期的整數倍 解析答案 即t nT 得T n 1 2 3 答案見解析 例2 2019 沈陽期末 如圖3所示 在豎直向下的勻強電場中有一絕緣的光滑離心軌道 一個帶負電的小球從斜軌道上的A點由靜止釋放 沿軌道滑下 已知小球的質量為m 電量為 q 勻強電場的場強大小為E 斜軌道的傾角為 小球的重力大于所受的電場力 命題點二電場中的力電綜合問題 圖3 解析答案 1 求小球沿斜軌道下滑的加速度的大小 解析根據牛頓第二定律 mg qE sin ma 解得 a 答案 2 若使小球通過圓軌道頂端的B點 求A點距水平地面的高度h至少應為多大 解析答案 解析若小球剛好通過B點不下落 根據牛頓第二定律有 mg qE m 答案2 5R 式聯立 得h 2 5R 小球由A到B 據動能定理 mg qE h 2R mv2 0 3 若小球從斜軌道h 5R處由靜止釋放 假設其能夠通過B點 求在此過程中小球機械能的改變量 解析小球從靜止開始沿軌道運動到B點的過程中 由功能關系知 機械能的變化量為 E機 W電 W電 3EqR 故 E機 3EqR 答案 3EqR 方法感悟 解析答案 方法感悟 分析力電綜合問題的兩種思路1 動力學的觀點 1 由于勻強電場中帶電粒子所受電場力和重力都是恒力 可用正交分解法 2 綜合運用牛頓運動定律和勻變速直線運動公式 注意受力分析要全面 特別注意重力是否需要考慮的問題 2 能量的觀點 1 運用動能定理 注意過程分析要全面 準確求出過程中的所有力做的功 判斷選用分過程還是全過程使用動能定理 2 運用能量守恒定律 注意題目中有哪些形式的能量出現 2 如圖4所示 長為l的絕緣細線一端懸于O點 另一端系一質量為m 電荷量為q的小球 現將此裝置放在水平向右的勻強電場中 小球靜止在A點 此時細線與豎直方向成37 角 重力加速度為g sin37 0 6 cos37 0 8 題組階梯突破 2 3 圖4 1 判斷小球的帶電性質 解析答案 解析小球在A點靜止 其受力情況如圖所示 小球帶負電 答案負電 2 3 2 求該勻強電場的電場強度E的大小 解析答案 解析根據共點力平衡條件有mgtan37 qE解得E 答案 2 3 3 若將小球向左拉起至與O點處于同一水平高度且細線剛好張緊 將小球由靜止釋放 求小球運動到最低點時的速度大小 解析答案 解析設小球到達最低點時的速度為v 小球從水平位置運動到最低點的過程中 根據動能定理有mgl qEl mv2 答案 2 3 解得v 3 如圖5所示 水平光滑絕緣軌道MN的左端有一個固定擋板 軌道所在空間存在E 4 0 102N C 水平向左的勻強電場 一個質量m 0 10kg 帶電荷量q 5 0 10 5C的滑塊 可視為質點 從軌道上與擋板相距x1 0 20m的P點由靜止釋放 滑塊在電場力作用下向左做勻加速直線運動 當滑塊與擋板碰撞后滑塊沿軌道向右做勻減速直線運動 運動到與擋板相距x2 0 10m的Q點 滑塊第一次速度減為零 若滑塊在運動過程中 電荷量始終保持不變 求 2 3 圖5 1 滑塊沿軌道向左做勻加速直線運動的加速度的大小 解析答案 2 3 解析設滑塊沿軌道向左做勻加速直線運動的加速度為a 此過程滑塊所受合外力F qE 2 0 10 2N 答案0 20m s2 根據牛頓第二定律F ma 解得a 0 20m s2 2 滑塊從P點運動到擋板處的過程中 電場力所做的功 2 3 解析滑塊從P點運動到擋板處的過程中 電場力所做的功W1 qEx1 4 0 10 3J 答案4 0 10 3J 3 滑塊第一次與擋板碰撞過程中損失的機械能 解析滑塊第一次與擋板碰撞過程中損失的機械能等于滑塊由P點運動到Q點過程中電場力所做的功 即 E qE x1 x2 2 0 10 3J 答案2 0 10 3J 解析答案 返回 課時訓練 1 制備納米薄膜裝置的工作電極可簡化為真空中間距為d的兩平行極板 如圖1甲所示 加在極板A B間的電壓UAB做周期性變化 其正向電壓為U0 反向電壓為 kU0 k 1 電壓變化的周期為2 如圖乙所示 在t 0時 極板B附近的一個電子 質量為m 電荷量為e 受電場力作用由靜止開始運動 若整個運動過程中 電子未碰到極板A 且不考慮重力作用 若k 電子在0 2 時間內不能到達極板A 求d應滿足的條件 1 2 3 4 5 6 解析答案 圖1 解析電子在0 時間內做勻加速運動加速度的大小a1 在 2 時間內先做勻減速運動 后反向做勻加速運動加速度的大小a2 答案d 1 2 3 4 5 6 位移x1 a1 2 初速度的大小v1 a1 由題知d x1 x2 解得d 勻減速運動階段的位移x2 2 兩塊水平平行放置的導體板如圖2甲所示 大量電子 質量為m 電荷量為e 由靜止開始 經電壓為U0的電場加速后 連續(xù)不斷地沿平行板的方向從兩板正中間射入兩板之間 當兩板均不帶電時 這些電子通過兩板之間的時間為3t0 當在兩板間加如圖乙所示的周期為2t0 最大值恒為U0的周期性電壓時 恰好能使所有電子均從兩板間通過 不計電子重力 問 1 2 3 4 5 6 圖2 1 這些電子通過兩板之間后 側向位移 垂直于入射速度方向上的位移 的最大值和最小值分別是多少 解析答案 1 2 3 4 5 6 由圖a可得電子的最大側向位移為xymax 2 v1yt0 v1yt0 3v1yt0 而xymax 解得d t0 解析答案 解析以電場力的方向為y軸正方向 畫出電子在t 0時和t t0時進入電場后沿電場力方向的速度vy隨時間t變化的vy t圖象分別如圖a和圖b所示 設兩平行板之間的距離為d 1 2 3 4 5 6 圖中 v1y t0 v2y 2t0 1 2 3 4 5 6 答案 2 側向位移分別為最大值和最小值的情況下 電子在剛穿出兩板之間時的動能之比為多少 解析答案 1 2 3 4 5 6 答案 3 長為L的絕緣細線下系一帶正電的小球 其帶電荷量為Q 懸于O點 如圖3所示 當在O點另外固定一個正電荷時 如果球靜止在A處 則細線拉力是重力mg的兩倍 現將小球拉至圖中B處 60 放開小球讓它擺動 問 1 2 3 4 5 6 圖3 1 固定在O處的正電荷的帶電荷量為多少 解析答案 解析小球靜止在A處受三個力作用 重力mg 靜電力F和細線拉力F拉 由受力平衡和庫侖定律列式 F拉 F mg F k F拉 2mg 答案 1 2 3 4 5 6 聯立解得 q 2 球擺回到A處時懸線拉力為多大 解析答案 解析小球擺回的過程只有重力做功 所以機械能守恒 規(guī)定最低點重力勢能等于零 有 mgL 1 cos60 mv2 F拉 mg F m 由 1 知靜電力F mg 解上述三個方程得 F拉 3mg 1 2 3 4 5 6 答案3mg 4 如圖4所示 傾角為 37 的光滑絕緣斜面與粗糙絕緣水平面平滑連接于B點 整個空間有水平向右的勻強電場 現一電荷量為q 質量為m 帶正電的小物塊 可視為質點 從A點開始以速度v0沿斜面向下勻速運動 已知水平面與小物塊間的動摩擦因數為 重力加速度為g sin37 0 6 cos37 0 8 求 1 2 3 4 5 6 圖4 1 勻強電場的場強大小 解析小物塊在斜面上向下勻速運動 由共點力平衡有 qE mgtan 答案 解析答案 代入數據解得 E 2 小物塊在水平面上向左運動的最大距離 解析答案 解析小物塊在水平面上做勻減速運動 由牛頓第二定律有 qE Ff ma 設小物塊在水平面向左運動的最大距離為L 由運動公式有 0 v 2aL 答案 1 2 3 4 5 6 又 Ff mg 代入數據解得 L 5 如圖5所示為一個從上向下看的俯視圖 在光滑絕緣的水平桌面上 固定放置一條光滑絕緣的擋板軌道ABCD AB段為直線 BCD段是半徑為R的一部分圓弧 兩部分相切于B點 擋板處于場強為E的勻強電場中 電場方向與圓的直徑MN平行 現使一帶電量為 q 質量為m的小球由靜止從斜擋板內側上某點釋放 為使小球能沿擋板內側運動 最后從D點拋出 試求 1 2 3 4 5 6 圖5 1 小球從釋放點到N點沿電場強度方向的最小距離 解析答案 解析根據題意分析可知 小球過M點對擋板恰好無壓力時 s最小 根據牛頓第二定律有 qE m 1 2 3 4 5 6 答案 由動能定理得 qE s 2R 聯立解得 s R 2 在 1 的條件下小球經過N點時對擋板的壓力大小 解析答案 答案6qE 解析小球過N點時 根據牛頓第二定律有 FN qE m 由動能定理得 qEs 1 2 3 4 5 6 聯立解得 FN 6qE 6 如圖6所示 在豎直平面內 AB為水平放置的絕緣粗糙軌道 CD為豎直放置的足夠長絕緣粗糙軌道 AB與CD通過四分之一絕緣光滑圓弧形軌道平滑連接 圓弧的圓心為O 半徑R 0 50m 軌道所在空間存在水平向右的勻強電場 電場強度的大小E 1 0 104N C 現有質量m 0 20kg 電荷量q 8 0 10 4C的帶電體 可視為質點 從A點由靜止開始運動 已知xAB 1 0m 帶電體與軌道AB CD間的動摩擦因數均為0 5 假定帶電體與軌道之間的最大靜摩擦力和滑動摩擦力相等 取g 10m s2 求 1 2 3 4 5 6 圖6 1 帶電體運動到圓弧形軌道C點時的速度 解析答案 解析設帶電體到達C點時的速度為v 從A到C由動能定理得qE xAB R mgxAB mgR mv2 答案10m s 方向豎直向上 1 2 3 4 5 6 解得v 10m s 2 帶電體最終停在何處 1 2 3 4 5 6 解析設帶電體沿豎直軌道CD上升的最大高度為h 由動能定理得 mgh qEh 0 mv2 在最高點 帶電體受到的最大靜摩擦力Ffmax qE 4N 答案C點上方與C點的豎直距離為m處 解析答案 解得h m 重力G mg 2N Ffmax 所以 帶電體最終靜止在C點上方與C點的豎直距離為m處 返回