高考物理大一轮复习 7.4（小专题）电场中的功能关系及带电粒子在交变电场中的运动　课件.ppt

第4课时 小专题 电场中的功能关系及带电粒子在交变电场中的运动 突破一电场中的功能关系1 求电场力做功的几种方法 1 由公式w fscos 计算 此公式只适用于匀强电场 可变形为w eqscos 2 由wab quab计算 此公式适用于任何电场 3 由电势能的变化计算 wab epa epb 4 由动能定理计算 w电场力 w其他力 ek 2 电场中的功能关系 1 若只有电场力做功 电势能与动能之和保持不变 2 若只有电场力和重力做功 电势能 重力势能 动能之和保持不变 3 除重力 弹簧弹力之外 其他各力对物体做的功等于物体机械能的变化 4 所有外力对物体所做的功等于物体动能的变化 图1 1 无电场时 小球到达a点时的动能与初动能的比值 2 电场强度的大小和方向 变式训练 1 2014 天津卷 4 如图2所示 平行金属板a b水平正对放置 分别带等量异号电荷 一带电微粒水平射入板间 在重力和电场力共同作用下运动 轨迹如图中虚线所示 那么 图2 a 若微粒带正电荷 则a板一定带正电荷b 微粒从m点运动到n点电势能一定增加c 微粒从m点运动到n点动能一定增加d 微粒从m点运动到n点机械能一定增加解析微粒同时受到重力和电场力作用 由题中条件仅可判断出重力与电场力合力向下 无法确定电场力的大小和方向 故只能确定合力对微粒做正功 其动能增大 其他结论均无法确定 选c 答案c 突破二带电粒子在交变电场中的运动问题1 常见的交变电场常见的产生交变电场的电压波形有方形波 锯齿波 正弦波等 2 常见的试题类型此类题型一般有三种情况 1 粒子做单向直线运动 一般用牛顿运动定律求解 2 粒子做往返运动 一般分段研究 3 粒子做偏转运动 一般根据交变电场特点分段研究 3 解答带电粒子在交变电场中运动的思维方法 1 注重全面分析 分析受力特点和运动规律 抓住粒子的运动具有周期性和在空间上具有对称性的特征 求解粒子运动过程中的速度 位移 做功或确定与物理过程相关的边界条件 2 分析时从两条思路出发 一是力和运动的关系 根据牛顿第二定律及运动学规律分析 二是功能关系 3 注意对称性和周期性变化关系的应用 典例2 如图3甲所示 离子源产生的正离子由离子源飞出时的速度可忽略不计 离子离开离子源后进入一加速电压为u0的加速电场 偏转电场极板间的距离为d 极板长为l 2d 偏转电场的下极板接地 偏转电场极板右端到竖直放置的足够大的荧光屏之间的距离也为l 现在偏转电场的两极板间接一周期为t的交变电压 上极板的电势随时间变化的图象如图乙所示 设正离子的电荷量为q 质量为m 大量离子从偏转电场中央持续射入 穿过平行板的时间都极短 可以认为离子在穿过平行板的过程中电压是不变的 图3 1 试计算离子刚进入偏转电场时的速度v0的大小 2 在电势变化的过程中发现荧光屏有 黑屏 现象 即无正离子到达荧光屏 试计算每个周期内荧光屏黑屏的时间t 3 离子打到荧光屏上的区间的长度x 解决此题关键要把握住以下几点 1 粒子在穿过偏转电场的过程中两偏转极板的电势差始终保持不变 这样就可以将变化电压问题简化为电压恒定的问题进行处理 2 所谓 黑屏 即为带电粒子不能射出偏转电场 因此只要算出粒子恰好不能射出偏转电场的电压 即可根据电压与时间的关系找出 黑屏 的时间 3 粒子在荧光屏上达到最远距离时对应带电粒子刚好从偏转电场极板边缘射出时的偏转情况 突破三应用力学 三大观点 解决力电综合问题1 方法技巧功能关系在电学中应用的题目 一般过程复杂且涉及多种性质不同的力 因此 通过审题 抓住受力分析和运动过程分析是关键 然后根据不同的运动过程中各力做功的特点来选择相应规律求解 动能定理和能量守恒定律在处理电场中能量问题时仍是首选 2 解题思路 典例3 2013 四川卷 10 在如图5所示的竖直平面内 物体a和带正电的物体b用跨过定滑轮的绝缘轻绳连接 分别静止于倾角 37 的光滑斜面上的m点和粗糙绝缘水平面上 轻绳与对应平面平行 劲度系数k 5n m的轻弹簧一端固定在o点 一端用另一轻绳穿过固定的光滑小环d与a相连 弹簧处于原长 轻绳恰好拉直 dm垂直于斜面 水平面处于场强e 5 104n c 方向水平向右的匀强电场中 已知a b的质量分别为ma 0 1kg和mb 0 2kg b所带电荷量q 4 10 6c 设两物体均视为质点 不计滑轮质量和摩擦 绳不可伸长 弹簧始终在弹性限度内 b电荷量不变 取g 10m s2 sin37 0 6 cos37 0 8 图5 1 求b所受静摩擦力的大小 2 现对a施加沿斜面向下的拉力f 使a以加速度a 0 6m s2开始做匀加速直线运动 a从m到n的过程中 b的电势能增加了 ep 0 06j 已知dn沿竖直方向 b与水平面间的动摩擦因数 0 4 求a到达n点时拉力f的瞬时功率 第一步 抓住关键点 获取信息 第二步 抓好过程分析 理清解题思路 规范解答a b处于静止状态时 对于a b根据共点力的平衡条件解决问题 当a b做匀加速直线运动时 根据运动学公式 牛顿第二定律和功能关系解决问题 1 f作用之前 a b均处于静止状态 设b所受静摩擦力大小为f0 a b间绳中张力为ft0 有对a ft0 magsin 对b ft0 qe f0 联立 式 代入数据解得f0 0 4n 2 物体a从m点到n点的过程中 a b两物体的位移均为s a b间绳子张力为ft 有qes ep ft mbg qe mba 设a在n点时速度为v 受弹簧拉力为f弹 弹簧的伸长量为 x 有v2 2as f弹 k x f magsin f弹sin ft maa 变式训练 3 2014 惠州市高三第三次调研考试 如图6所示 长l 2m的水平绝缘台面bc处于竖直向上的匀强电场中 a b是两个形状相同的金属小滑块 b滑块的质量是a滑块质量的5倍 b滑块不带电 放在水平台面的右边缘c处 台面左端b平滑地连接半径为r 0 32m的光滑半圆环ab 光滑半圆环处在匀强电场之外 已知a滑块带正电荷 与台面间的动摩擦因数为 0 45 开始时给a滑块一个水平向右的初速度 大小为v0 10m s 滑块恰好能在台面上做匀速