高中物理 第2章 电场与示波器章末整合课件 沪科版选修31.ppt

章末整合 知识网络 专题归纳 电场的性质 力的性质和能的性质 是通过放入其中的带电体而体现出来的 所以分析的主要对象是带电体 解题时要做好以下几个方面 第一 做好受力分析 1 质点的重力是否忽略 对于像电子 质子 原子核等基本粒子 因一般情况下电场力远大于重力 所以常忽略重力 而对液滴 尘埃 小球 颗粒等常需考虑重力 电场力做功与电势能的综合应用 2 质点带正电还是带负电 正电荷所受电场力的方向沿电场线的切线方向 负电荷所受电场力的方向与电场线的切线方向相反 3 电场力是恒力还是变力 在匀强电场中 电荷受电场力的大小 方向都不变 是恒力 第二 做好运动分析 要明确带电体的运动过程 运动性质及运动轨迹等 第三 要明确电场力做功与电势能变化的关系 1 电场力做的功 wab quab适用于任何电场 要注意q wab uab各量正负号意义的不同 w qe d适用于匀强电场 其中d为沿电场线方向运动的距离 特点 只与初末位置有关 与经过的路径无关 对比重力做功 2 电势能 epa q a 注意q a epa各量正负号意义的不同 3 电场力做的功与电势能变化的关系 wab epa epb ep 电场力做正功 电势能减少 电场力做负功 电势能增加 且电场力所做的功等于电势能的变化 对比重力做功与重力势能的变化关系 例1 有三根长度皆为l 1 00m的不可伸长的绝缘轻线 其中两根的一端都固定在天花板上的o点 另一端分别拴有质量皆为m 1 00 10 1kg的带电小球a和b 它们的电荷量分别为 q和 q q 1 00 10 7c a b之间用第三根线连接起来 空间中存在大小为e 1 00 107n c的匀强电场 场强方 图2 1 向水平向右 平衡时a b的位置如图2 1所示 现将o b之间的连线烧断 由于有空气阻力 a b两球最后会达到新的平衡位置 求最后两球的机械能与电势能的总和与烧断前相比改变了多少 不计两带电小球间相互作用的静电力 解析 重新达到平衡时 设细线oa ab与竖直方向的夹角分别为 受力分析 如图甲所示 水平方向对a球有qe f1sin f2sin 对b球有f2sin qe f2cos mg 解得 0 45 所以两球最终的平衡位置如图乙所示 甲乙 a球的重力势能减少量epa mgl 1 sin60 b球的重力势能减少量epb mgl 1 cos45 sin60 a球向右移动 电场力做负功 电势能增加 电势能的增加量等于电场力做功的值wa qelcos60 电场力对b球做正功 b球电势能减少wb qel sin45 sin30 所以两球重力势能与电势能的总和减少 e ea eb wb wa 代入数值得 e 6 82 10 1j 答案 6 82 10 1j 带电粒子在电场中的运动 例2 一束质量为m 电荷量为q的带电粒子以平行于两极板的速度v0进入匀强电场 如图2 2所示 如果两极板间电压为u 两极板间的距离为d 板长为l 设粒子束不会击中极板 则粒子从进入电场到飞出电场时电势能的变化量为 粒子的重力忽略不计 图2 2 解析 带电粒子在水平方向做匀速直线运动 在竖直方向做匀加速直线运动 电场力做功导致电势能的改变 电场力与牛顿定律的结合 是静电学中常常出现的题目 特别是电场力与重力的结合 是经常遇到的题目 对于物体受到的电场力和重力的情况 常规方法当然可以解决 如果能利用上静电力与重力的特点 采用等效场思想 则是一条捷径 当带电小球在绳或杆的牵引力下做圆周运动时 要注意等效最高点和最低点的寻找 等效最高 最低点所受的合力方向一定指向圆心 带电粒子在电场中的周围运动 图2 3 1 珠子所能获得的最大动能是多大 2 珠子对环的最大压力是多大 解析 珠子只能沿光滑绝缘圆环做圆周运动 运动过程中除受圆环的弹力外 还受竖直向下的重力和水平向右的电场力 一定从a点开始沿逆时针方向做圆周运动 重力做负功 电场力做正功 当两个力做的总功最多时 动能最大 同时在这点所受圆环的支持力也最大 问题的关键是找出哪点动能最大 珠子在运动过程中 受重力和电场力的大小 方向都不发生变化 则重力和电场力的合力大小 方向也不变 这样就可以用合力来代替重力和电场力 当珠子沿合力方向位移最大时 合力做功最多 动能最大 带电的物体在电场中具有一定的电势能 同时还可能具有动能和重力势能等机械能 用能量观点处理问题是一种简捷的方法 处理有关能量的问题要注意以下几点 1 只要外力做功不为零 物体的动能就要改变 动能定理 2 重力只要做功 物体的重力势能就要改变 且重力的功等于重力势能的减少量 wg ep1 ep2 如果只有重力做功 物体动能和重力势能之和不变 机械能守恒 有关电场中的能量问题 3 静电力只要做功 物体的电势能就要改变 且静电力的功等于电势能的减少量 w电 ep1 ep2 如果只有静电力做功 物体的动能和电势能之间相互转化 总量不变 类似机械能守恒 4 如果除了重力和静电力之外 无其他力做功 则物体的动能 重力势能和电势能三者之和不变 例4 如图2 4