高中物理二轮专题4.ppt

专题四 电场及带电粒子在电场中的运动,高考真题体验,D,【例1】 (2011课标全国卷)一带负电荷的质点，在电场力作用下沿曲线abc从a运动到c，已知质点的速率是递减的关于b点电场强度E的方向，下列图示中可能正确的是(虚线是曲线在b点的切线)( ),【解析】 本题考查的是电场强度的概念和曲线运动，意在考查学生对物理基础知识的理解题中质点所带电荷是负电荷，电场方向应与负电荷受到的电场力方向相反，又因为质点的速度是递减的，因此力的方向应与速度方向夹角大于90，故选项D正确,【例2】 (2011重庆高考)如图所示，电荷量为q和q的点电荷分别位于正方体的顶点，正方体范围内电场强度为零的点有( ),A体中心、各面中心和各边中点 B体中心和各边中点 C各面中心和各边中点 D体中心和各面中心,D,【解析】 本题考查的是点电荷的场强及场强叠加，由点电荷的场强公式及电荷的对称分布，可推断出在正方体范围内电场强度为零的点为体中心和各面中心,【例3】 (2011四川高考)质量为m的带正电小球由空中A点无初速度自由下落，在t秒末加上竖直向上、范围足够大的匀强电场，再经过t秒小球又回到A点，不计空气阻力且小球从未落地，则( ),A整个过程中小球电势能变化了3/2 mg2t2 B整个过程中小球动量增量的大小为2mgt C从加电场开始到小球运动到最低点时小球动能变化了mg2t2 D从A点到最低点小球重力势能变化了2/3 mg2t2,BD,【解析】 本题主要考查匀变速直线运动规律、动量、动能、动能定理、动量定理、重力势能、能量守恒定律等内容，意在考查考生综合分析能力和数学计算能力小球运动过程示意图如图所示，在重力作用下，小球由A点运动到B点；加上电场后，小球减速运动到最低点C 然后反向运动返回A点设小球由B到C的时间为t1，由C 到A 的时间为t2，加电场后小球的加速度为a，则tt1t2， gtat1， 1/2 gt21/2at121/2at22 . 联立得a3g，t11/3 t，t22/3 t，,故小球返回A点时的速度vAat22gt，故整个过程中小球的电势能变化了1/2mv22mg2t2，小球动量增量的大小为2mgt.小球从B到C的过程中动能变化了1/2m(gt)21/2mg2t2，A、C间的距离为1/2gt21/2at122/3 gt2，故重力势能变化了2/3 mg2t2.,【例4】 (2011福建高考)反射式速调管是常用的微波器件之一，它利用电子团在电场中的振荡来产生微波，其振荡原理与下述过程类似如图所示，在虚线MN两侧分别存在着方向相反的两个匀强电场，一带电微粒从A点由静止开始，在电场力作用下沿直线在A、B两点间往返运动已知电场强度的大小分别是E12.0103 N/C和E24.0103 N/C，方向如图所示，带电微粒质量m1.01020 kg，带电量q1.0109 C，A点距虚线MN的距离d11.0 cm，不计带电微粒的重力，忽略相对论效应求：,(1)B点距虚线MN的距离d2； (2)带电微粒从A点运动到B点所经历的时间t.,考点考情分析,核心知识回顾,一、带电粒子在电场中的运动 1带电粒子在电场中加速的处理方法有 (1)在匀强电场中加速可根据牛顿第二定律和运动学公式结合求解,(2)在非匀强电场中的加速运动一般受变力作用，可根据动能定理、电场力做功和运动学公式结合求解,基本方程:,基本方程：,2带电粒子在匀强电场中偏转的处理方法：类似于平抛运动的分析处理，即应用运动的合成和分解的方法 (1)带电粒子在匀强电场中偏转的规律 如图所示，带电粒子从极板的中线以速度v0飞入匀强电场时，受到恒定的与初速度方向垂直的电场力作用而做匀变速曲线运动,沿初速度方向为匀速直线运动：运动分速度vxv0，运动分位移xv0t，运动时间tL/v0.,沿电场力方向为初速度为零的匀加速直线运动：加速度aF/mqE/mqU/（md），运动分速度vyat，离开电场时的偏移量y1/2at2 ，侧移距离也可表示为：yL/2 tan,(带电粒子从极板的中线射入匀强电场，其出射时速度方向的反向延长线交于入射线的中点)，离开电场时的偏转角tanvy/v0 .,(2)带电粒子离开偏转电场后做匀速直线运动(如图所示),二、电场中功能关系的理解和应用 1电场力做功的特点：电荷在电场中运动，电场力做的功取决于初、末位置的电势差，与路径无关 2如果只有电场力做功，动能(Ek)和电势能(Ep)的总和守恒，则： (1)EpEk. (2)电场力做正功，电势能减小，动能增加 (3)电场力做负功，电势能增加，动能减小,3除电场力之外其他力做正功，动能和电势能之和变 大；除电场力之外其他力做负功，动能和电势能之和变小 4如果只有电场力和重力做功，则电势能和机械能之和保持不变 5如果用能量转化和守恒分析问题，则要分清哪几种形式的能量在变化，是增加还是减少，列方程的形式有两种： (1)利用初、末状态的能量总和保持不变 (2)利用一种形式能量的增加量等于另一种形式能量的减少量,三、平行板电容器的动态问题分析 1动态变化的两种基本情况 (1)电容器两极板间电势差U保持不变(与恒压电源连接)，改变板间距离d和正对面积S. (2)电容器的带电荷量Q保持不变(与电源断开，无放电回路)，改变板间距离d和正对面积S.,2讨论的依据 (1)平行板电容器的电容的公式C (2)平行板电容器内部是匀强电场 EU/d. (3)电容器所带电荷量 QCU.,关键一点,方法技巧提升,一、电场力做功的正、负判断和大小计算方法 1正、负判断方法 (1)用力学方法判断：即用电场力F和位移x的夹角来判断 (2)用电势能的变化来判断,2大小计算方法 (1)由公式WFxcos计算此公式只适合于匀强电场，可变形为WqExE，式中xE为电荷初、末位置在电场方向上的位移 (2)应用公式WqU进行计算使用此式时，式中各量取绝对值代入计算功的正负另行判断,(3)根据能量转化来计算电场力做功，电荷的电势能发生变化：电场力做正功，电荷的电势能减少转化为其他形式的能；电场力做负功，电荷的电势能增加，其他形式的能转化为电势能电场力做多少功就对应着多少能的转化这是能的转化和守恒的具体体现这里一定要分清是电势能和什么形式的能发生相互转化 WE其他，使用这个公式时一般W、E其他都取绝对值 (4)由动能定理计算W电场力W其他力Ek.,二、处理带电体在电场中的运动问题的两种思路 1运动学观点 (1)运动学观点是指用匀变速运动的公式来解决实际问题，一般有两种情况：带电粒子初速度方向与电场线共线，则粒子做匀变速直线运动；带电粒子的初速度方向垂直电场线，则粒子做匀变速曲线运动(类平抛运动) (2)当带电粒子在电场中做匀变速曲线运动时，一般要采取类似平抛运动的解决方法,2功能观点 首先对带电体受力分析，再分析运动形式，然后再根据具体情况选用公式计算 (1)若选用动能定理，则要分清有多少个力做功，是恒力做功还是变力做功，同时要明确初、末状态及运动过程中的动能的增量 (2)若选用能量守恒定律，则要分清带电体在运动中共有多少种能量参与转化，哪些能量是增加的，哪些能量是减少的,(1)带电粒子在电场中运动时，首先要弄清电场的特点，根据电场的特点判断带电粒子的受力情况若为匀强电场，电场力为恒力；若为非匀强电场，则电场力为变力 (2)在分析带电粒子的运动情景时，要采取动态观点，抓住特殊状态建立方程,高频考点突破,考点一 对电场基本概念的理解 【例1】 (2010山东卷)某电场的电场线分布如图所示，以下说法正确的是( ),Ac点场强大于b点场强 Ba点电势高于b点电势 C若将一试探电荷q由a点释放，它将沿电场线运动到b点 D若在d点再固定一点电荷Q，将一试探电荷q由a移至b的过程中，电势能减小,【答案】 BD,【解析】 电场线越密的地方电场强度越大，故A错；沿着电场线的方向，电势是逐渐降低的，B对；电场线不是带电粒子的运动轨迹，故C错；在原电场中，将一试探电荷q由a移至b的过程中，电场力做正功在d点再固定一点电荷Q，将一试探电荷q由a移至b的过程中，电场力也做正功，所以在复合场中，将一试探电荷q由a移至b的过程中，根据电场力做功和电势能的关系可知：电势能将减小，D正确,变式训练1 如图所示，一簇电场线的分布关于y轴对称，O是坐标原点，M、N、P、Q是以O为圆心的一个圆周上的四个点，其中M、N在y轴上，Q点在x轴上，则( ),AM点的电势比P点的电势高 BOM间的电势差小于NO间的电势差 C一正电荷在O点时的电势能小于在Q点时的电势能 D将一负电荷由M点移到P点，电场力做正功,答案：BD,解析：过M、P、Q、N、O各点作出等势面，由沿电场线方向电势降低可知，NOQPM，因ON间电场强度较大，故UOMUNO，A错误，B正确；由于UMP0.所以WMPUMP(q)0，故D正确；又由UOQ0，所以WOQUOQq0，可知EPOEPQ，C错误,考点二 电容器动态问题分析 【例2】 (2