2019年高考物理 雙基突破（二）專題05 帶電粒子在交變電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)精講.doc
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專題05 帶電粒子在交變電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng) 1．常用的思維分析方法 （1）帶電粒子在交變電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)，通常只討論電壓的大小不變、方向做周期性變化（如方波）且不計(jì)粒子重力的情形。在兩個(gè)相互平行的金屬板間加交變電壓時(shí)，在兩板中間便可獲得交變電場(chǎng)。此類電場(chǎng)從空間看是勻強(qiáng)的，即同一時(shí)刻，電場(chǎng)中各個(gè)位置處電場(chǎng)強(qiáng)度的大小、方向都相同；從時(shí)間看是變化的，即電場(chǎng)強(qiáng)度的大小、方向都隨時(shí)間而變化。 ①當(dāng)粒子平行于電場(chǎng)方向射入時(shí)，粒子做直線運(yùn)動(dòng)，其初速度和受力情況決定了粒子的運(yùn)動(dòng)情況，粒子可以做周期性的運(yùn)動(dòng)。 ②當(dāng)粒子垂直于電場(chǎng)方向射入時(shí)，沿初速度方向的分運(yùn)動(dòng)為勻速直線運(yùn)動(dòng)，沿電場(chǎng)方向的分運(yùn)動(dòng)具有周期性。 （2）研究帶電粒子在交變電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)，關(guān)鍵是根據(jù)電場(chǎng)變化的特點(diǎn)，利用牛頓第二定律正確地判斷粒子的運(yùn)動(dòng)情況。根據(jù)電場(chǎng)的變化情況，分段求解帶電粒子運(yùn)動(dòng)的末速度、位移等。由于不同時(shí)間內(nèi)場(chǎng)強(qiáng)不同，使得帶電粒子所受的電場(chǎng)力不同，造成帶電粒子的運(yùn)動(dòng)情況發(fā)生變化。解決這類問題，要分段進(jìn)行分析，根據(jù)題意找出滿足題目要求的條件，從而分析求解。 （3）對(duì)于鋸齒波和正弦波等電壓產(chǎn)生的交變電場(chǎng)，一般來說題中會(huì)直接或間接提到“粒子在其中運(yùn)動(dòng)時(shí)電場(chǎng)為恒定電場(chǎng)”，故帶電粒子穿過電場(chǎng)時(shí)可認(rèn)為是在勻強(qiáng)電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)。 （4）注重全面分析（分析受力特點(diǎn)和運(yùn)動(dòng)規(guī)律）：抓住粒子的運(yùn)動(dòng)具有周期性和在空間上具有對(duì)稱性的特征，求解粒子運(yùn)動(dòng)過程中的速度、位移、做功或確定與物理過程相關(guān)的邊界條件。 （5）從兩條思路出發(fā)：一是力和運(yùn)動(dòng)的關(guān)系，根據(jù)牛頓第二定律及運(yùn)動(dòng)學(xué)規(guī)律分析；二是功能關(guān)系。 （6）注意對(duì)稱性和周期性變化關(guān)系的應(yīng)用。 2．處理帶電粒子在交變電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)問題的兩個(gè)應(yīng)用 帶電粒子在交變電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)涉及力學(xué)和電學(xué)知識(shí)的綜合應(yīng)用，由于不同時(shí)段受力不同，處理起來較為復(fù)雜，實(shí)際仍可按力學(xué)角度解答。該類問題仍需受力分析和分析其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，應(yīng)用力學(xué)和電學(xué)的基本規(guī)律定性、定量分析討論和求解。 （2）利用圖象 帶電粒子在交變電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)，受電場(chǎng)力作用，其加速度、速度等均做周期性變化，借助圖象描述它在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)情況，可直觀展示其物理過程，從而快捷地分析求解。 畫圖象時(shí)應(yīng)注意在v－t圖中，加速度相同的運(yùn)動(dòng)一定是平行的直線，圖象與v－t軸所夾面積表示位移，圖象與t軸的交點(diǎn)表示此時(shí)速度方向。 （2）利用運(yùn)動(dòng)的獨(dú)立性 對(duì)一個(gè)復(fù)雜的合運(yùn)動(dòng)，可以看成是幾個(gè)分運(yùn)動(dòng)合成的。某一方向的分運(yùn)動(dòng)不會(huì)因其他分運(yùn)動(dòng)的存在而受到影響。應(yīng)用這一原理可以分析帶電粒子在交變電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)。根據(jù)各分運(yùn)動(dòng)的情況，再按運(yùn)動(dòng)的合成與分解規(guī)律分析合運(yùn)動(dòng)的情況。 【題1】一電荷量為q（q>0）、質(zhì)量為m的帶電粒子在勻強(qiáng)電場(chǎng)的作用下，在t＝0時(shí)由靜止開始運(yùn)動(dòng)，場(chǎng)強(qiáng)隨時(shí)間變化的規(guī)律如圖所示，不計(jì)重力。求在t＝0到t＝T的時(shí)間間隔內(nèi)， （1）粒子位移的大小和方向； （2）粒子沿初始電場(chǎng)反方向運(yùn)動(dòng)的時(shí)間。 【答案】（1）T2 沿初始電場(chǎng)正方向?。?） a1＝ ① a2＝－2 ② a3＝2 ③ a4＝－ ④ 由此得帶電粒子在0～T時(shí)間間隔內(nèi)運(yùn)動(dòng)的加速度—時(shí)間圖象如圖甲所示，對(duì)應(yīng)的速度—時(shí)間圖象如圖乙所示， 其中v1＝a1＝ ⑤ 由圖乙可知，帶電粒子在t＝0到t＝T時(shí)的位移為s＝v1 ⑥ 由⑤⑥式得s＝T2，其方向沿初始電場(chǎng)正方向。 （2）由圖乙可知，粒子在t＝T到t＝T內(nèi)沿初始電場(chǎng)的反方向運(yùn)動(dòng)，總的運(yùn)動(dòng)時(shí)間t為 t＝T－T＝。 【題3】如圖所示，O、A、B、C為一粗糙絕緣水平面上的四點(diǎn)，不計(jì)空氣阻力，一電荷量為－Q的點(diǎn)電荷固定在O點(diǎn)，現(xiàn)有一質(zhì)量為m、電荷量為－q 的小金屬塊（可視為質(zhì)點(diǎn)），從A點(diǎn)由靜止沿它們的連線向右運(yùn)動(dòng)，到B點(diǎn)時(shí)速度最大，其大小為vm。小金屬塊最后停止在C點(diǎn)。已知小金屬塊與水平面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ、AB間距離為L(zhǎng)、靜電力常量為k，則 A．在點(diǎn)電荷－Q形成的電場(chǎng)中，A、B兩點(diǎn)間的電勢(shì)差為 B．在小金屬塊由A向C運(yùn)動(dòng)的過程中，電勢(shì)能先增大后減小 C．OB間的距離為 D．從B到C的過程中，小金屬塊的動(dòng)能全部轉(zhuǎn)化為電勢(shì)能 【答案】C ＝－，故A錯(cuò)誤。小金屬塊由A點(diǎn)向C點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的過程中，電場(chǎng)力一直做正功，電勢(shì)能一直減小，故B錯(cuò)誤。由題意知，A到B過程，金屬塊做加速運(yùn)動(dòng)，B到C過程做減速運(yùn)動(dòng)，在B點(diǎn)金屬塊所受的滑動(dòng)摩擦力與庫(kù)侖力平衡，則有μmg＝k，得r＝，故C正確。從B到C的過程中，小金屬塊的動(dòng)能和電勢(shì)能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，故D錯(cuò)誤。 （2）粒子做往返運(yùn)動(dòng)（一般分段研究）； 【題4】如圖a，兩平行正對(duì)的金屬板A、B間加有如圖b的交變電壓，一重力可忽略不計(jì)的帶正電粒子被固定在兩板的正中間P處。若在t0時(shí)刻釋放該粒子，粒子會(huì)時(shí)而向A板運(yùn)動(dòng)，時(shí)而向B板運(yùn)動(dòng)，并最終打在A板上。則t0可能屬于的時(shí)間段是 A．0下載提示(請(qǐng)認(rèn)真閱讀)
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