高考物理专题复习课件 带电粒子在匀强电场中的运动

带电粒子在匀强电场中的运动要点·疑点·考点课前热身能力·思维·方法延伸·拓展要点·疑点·考点带电粒子在电场中的运动问题就是电场中的力学问题，研究方法与力学中相同.只是要注意以下几点：1.带电粒子受力特点(1)重力：①有些粒子(如电子、质子、α粒子、正负离子等)，在电场中运动时均不考虑重力；②宏观带电体，如液滴、小球等一般要考虑重力；要点·疑点·考点③未明确说明“带电粒子”的重力是否考虑时，可用两种方法进行判断：一是比较电场力qE与重力mg，若qE>mg则忽略重力，反之要考虑重力；二是题中是否有暗示(如涉及竖直方向)或结合粒子的运动过程、运动性质进行判断.要点·疑点·考点(2)电场力：一切带电粒子在电场中都要受到电场力F=qE，与粒子的运动状态无关；电场力的大小、方向取决于电场(E的大小、方向)和电荷的正负，匀强电场中电场力为恒力，非匀强电场中电场力为变力.要点·疑点·考点2.带电粒子的运动过程分析方法(1)运动性质有：平衡(静止或匀速直线运动)和变速运动(常见的为匀变速)，运动轨迹有直线和曲线(偏转).(2)对于平衡问题，结合受力图根据共点力的平衡条件可求解.要点·疑点·考点对于直线运动问题可用匀变速直线运动的运动学公式和牛顿第二定律、动量定理、动量守恒定律求解，对于匀变速曲线运动问题，可考虑将其分解为两个方向的直线运动，对有关量进行分解、合成来求解.无论哪一类运动，都可以从功和能的角度用动能定理或能的转化与守恒定律来求解，其中电场力做功除一般计算功的公式外，还有W=qU可用，这一公式对匀强和非匀强电场都适用，而且与运动路线无关.课前热身1.判断粒子的运动轨迹和运动性质的根据是什么?若只受电场力作用，带电粒子垂直于电场方向进入匀强电场属于什么性质的运动?【答案】①判断运动轨迹是否为直线，是根据合力方向与初速方向是否共线；②判断粒子是否为匀变速运动，是根据粒子受合力是否恒定；③属于匀变速曲线(抛物线)运动.课前热身2.动能定理内容是什么?粒子带电q，在电势差为U的两点之间运动时速度由v0变为v，列出的动能定理方程是什么?(不考虑其他力做功)这里要不要考虑电势能的变化?【答案】所有力对物体做功的总和等于物体动能的增加qU=1/2mv2-1/2mv02电场力做功和电势能的变化不可同时考虑.能力·思维·方法【例1】在图9-4-1(a)中，虚线表示真空里一点电荷Q的电场中的两个等势面，实线表示一个带负电q的粒子运动的路径，不考虑粒子的重力，请判定图9-4-1能力·思维·方法(1)Q是什么电荷.(2)ABC三点电势的大小关系.(3)ABC三点场强的大小关系.(4)该粒子在ABC三点动能的大小关系.能力·思维·方法【解析】(1)设粒子在A点射入，则A点的轨迹切线方向就是粒子q的初速v0的方向，由于粒子q向远离Q的方向偏转，因此粒子q受到Q的作用力是排斥力，如图9-4-1(b)所示,故Q与q的电性相同，即Q带负电.图9-4-1能力·思维·方法(2)因负电荷Q的电场线是由无穷远指向Q的，因此A=C＞B(3)由电场线的疏密分布得E

A=EC＜EB(4)因粒子从AB电场力做负功，由动能定理可知EkB＜EkA；因A=C由WAC=qUAC知WAC=0，因此由动能定理得EkA=EkC故EkA=EkC＞EkB.能力·思维·方法【例2】如图9-4-2所示，电子在电势差为U1的加速电场中由静止开始运动，然后射入电势差为U2的两块平行极板间的电场中，在满足电子能射出平行板区的条件下，下述四种情况下一定能使电子的偏转角θ变大的是(B)1变大、U2变大

1变小、U2变大

1变大、U2变小

1变小、U2变小能力·思维·方法【解析】设电子被加速后获得初速为v0，则由动能定理得：U1q=1/2mv20①又设极板长为l，则电子在电场中偏转所用时间t=l/v0②又设电子在平行板间受电场力作用产生加速度为a，由牛顿第二定律得a=E2q/m=U2q/(dm)③能力·思维·方法电子射出偏转电场时，平行于电场方向的速度vy=a·t④由①、②、③、④可得vy=U2q·l/(dmv0)又tan=vy/v0=U2ql/(dmv02)=U2ql/2dq·U1=U2l/(2dU1)故U2变大或U1变小都可能使偏转角变大，故选项B正确.能力·思维·方法【解题回顾】带电粒子垂直进入电场时做匀变速曲线运动，分解为两个方向的直线运动，分别用公式分析、求解运算，是这类问题的最基本解法.能力·思维·方法【例4】图9-4-6中，一个质量为m，电量为-q的小物体，可在水平轨道x上运动，O端有一与轨道垂直的固定墙.轨道处在场强大小为E，方向沿Ox轴正向的匀强电场中，小物体以初速度v0从x0点沿Ox轨道运动，运动中受到大小不变的摩擦力f作用，且f＜qE小物体与墙碰撞时不损失机械能，求它在停止前所通过的总路程.能力·思维·方法【解析】首先要认真分析小物体的运动状态，建立物理图景.开始时，设物体从x0点以v0向右运动，它受到四个力的作用，除重力和支持力平衡外，还有向左的电场力qE和摩擦力f，因此物体向右做匀减速直线运动，直到停止.然后，物体受向左的电场力和向右的摩擦力作用，因为qE＞f，合力向左，物体向左做初速为0的匀加速直线运动，直到以一定速度与墙碰撞.碰后物体的速度与碰前速度大小相等，方向相反.再然后物体将多次重复以上过程.能力·思维·方法由于摩擦力总是做负功，物体机械能不断损失，所以物体通过同一位置时的速度将不断减小，直到最后停止运动.物体停止时，必须满足两个条件：速度为0和物体所受合力为0，物体只有停在O点才能满足以上条件.能力·思维·方法因为电场力的功只跟起点位置和终点位置有关，而跟路径无关，所以整个过程中电场力做功WE=qEx0根据动能定理W总=△Ek，得：qEx0-fs=0-mv20/2，所以s=(2qEx0+mv02)/2f或用能量守恒列式：电势能减少了qEx0，动能减少了mv02/2，内能增加了fs.则fs=qEx0+mv02/2，s=(2qEx0+mv02)/2f延伸·拓展【例6】滚筒式静电分选器由料斗A、导板B、导体滚筒C、刮板D、料槽E、F和放电针G等部件组成.C及G分别接于直流高压电源的正、负极，并令C接地，如图9-4-8所示，电源电压很高，足以使放电针G附近的空气发生电离而产生大量离子.图9-4-8延伸·拓展现有导电性能不同的两种物质粉粒a、b的混合物从料斗A下落，沿导板B到达转动着的滚筒C，粉粒a具有良好的导电性，粉料b具有良好的绝缘性.(1)试说明分选器的主要工作原理，即它是如何实现对不同粉料a、b进行分选的.(2)粉粒a、b经分选后分别掉落在哪个料槽中?(3)刮板D的作用是什么?(4)若让放电针G接地而滚筒C不接地，再在C与G间接上高压电，这样连接是否允许?为什么?延伸·拓展【解析】(1)放电针附近的空气，受高压电场作用而电离，电离出的的正离子被吸引到负极G上而中和掉.大量的电子或负离子在电场力作用下，向正极C运动的过程中被喷附在粉粒a、b上，使a、b带负电.带负电的物质粉粒a，因具有良好导电性，所以在与带正电的滚筒C接触后，其上的负电被C上的正电中和后并带上正电.带了正电的粉粒a一方面随滚筒转动，一方面受到C上正电的静电斥力而离开滚筒，最后落于料槽F.延伸·拓展绝缘性能良好的粉粒b，其所带负电不容易传给滚筒C.在C的静电引力作用下，b附着于C的表面并随C转动.最后，b中粉粒较大者在重力作用下掉入料槽E，粉粒较小者由刮板D将其刮入料槽E.(2)a粉粒落入斜槽F，b粉粒落入料槽E.延伸·拓展(3)粉粒b中较小者，因其重力较小，不能借助重力落入E中，它们随着滚筒表面转至D处，由刮板D将其刮入料槽E.(4)若C不接地而放电针G接地，从工作原理上说，这也是允许的，但此时滚筒C相对于地处于高电势，从安全角度看，这是绝对不允许的.因为此时在与C相连接的机器和地之间将有很高电压，从而给操作人员的人身安全造成高度危险.延伸·拓展【解题回顾】对于生产生活实际中的物理问题一定要大胆联系所学的有关知识理解认识其本质原理，而不要被其陌生的面孔所吓倒.物体做曲线运动的条件运动的合成与分解要点·疑点·考点课前热身能力·思维·方法延伸·拓展要点·疑点·考点一、物体做曲线运动的条件1.曲线运动的条件：质点受合外力的方向(或加速度方向)跟它的速度方向不在同一直线上.2.曲线运动的特点：曲线运动的速度方向一定改变，所以是变速运动.3.重点掌握的两种情况：一是加速度大小、方向都不变的曲线运动，叫匀变速曲线运动，如平抛运动；另一是加速度大小不变、方向时刻改变的曲线运动，如匀速圆周运动.要点·疑点·考点二、运动的合成与分解1.从已知的分运动来求合运动，叫做运动的合成.包括位移、速度和加速度的合成，由于它们都是矢量，所以遵循平行四边形定则.2.求一个已知运动的分运动，叫运动的分解，解题时应按实际“效果”分解，或正交分解.要点·疑点·考点3.合运动与分运动的特征：(1)等时性：合运动所需时间和对应的每个分运动所需时间相等.(2)独立性：一个物体可以同时参与几个不同的分运动，各个分运动独立进行，互不影响.4.处理复杂运动时，一定要搞清楚初状态与研究对象的受力情况，弄清是直线运动还是曲线运动，从而运用相应知识求解.课前热身1.下列关于曲线运动的描述中，正确的是(ABC)课前热身2.关于运动的合成与分解，下列说法正确的是(BD)课前热身3升降机以加速度a竖直向上做匀加速运动，升降机内的天花板上有一只螺帽突然松动，脱离天花板，这时螺帽相对于地面的加速度是(D)A.g-aB.g+a课前热身1、F2、F3、…、Fn共同作用下做匀速直线运动，若突然撤去F2，则该物体(AB)2方向做直线运动2反方向做匀减速直线运动能力·思维·方法【例1】一质点在某段时间内做曲线运动，则在这段时间内(B)A.速度一定在不断改变，加速度也一定不断地改变B.速度一定在不断地改变，加速度可以不变C.速度可以不变，加速度一定不断地改变D.速度可以不变，加速度也可以不变能力·思维·方法【解析】从要点我们知道曲线运动的速度方向总沿轨迹的切线方向，曲线运动速度方向一定变化(不然就是直线运动了)，但是大小可能不变，也可以变化.而速度是一矢量，所以曲线运动的速度一定变化.由于曲线运动速度一定变化，所以曲线运动一定具有加速度，曲线运动的加速度方向一定与速度不在同一直线上，但是大小可以不变(如平抛)、方向可以变化(如匀速圆周运动).正确答案是B.能力·思维·方法【例2】关于互成角度的两个初速度不为0的匀变速直线运动的合运动，下述说法正确的是(C)C.可能是直线运动，也可能是抛物线运动能力·思维·方法【解析】两个运动的初速度合成、加速度合成如图4-1-1所示，当合加速度a和合速度v共线时，物体做直线运动；当a与v不共线时，物体做抛物线运动(不是平抛).而此题没有给出两个分运动的具体数值，上面两种情况都有可能，所以正确答案是C.能力·思维·方法【例3】河宽300m，水流速度为3m/s，小船在静水中的速度为5m/s，问(1)以最短时间渡河，时间为多少?可达对岸的什么位置?(2)以最短航程渡河，船头应向何处?渡河时间又为多少?能力·思维·方法【解析】(1)当船头对准对岸行驶时(并不是到达正对岸)，时间最短，船的轨迹如图4-1-2所示，最短时间：t=d/v1=300/5=60s到达对岸，在出发点下游：s1=dcos=dv2/v1=180m.图4-1-2能力·思维·方法(2)由于v1＞v2，所以船可以垂直到正对岸，速度矢量图如图4-1-3.设船头与河岸夹角为，则有:Cosa=v2/v1=3/5，a＝arccos(3/5).渡河时间：t′=d/v=d/(v1sina)=75s.图4-1-3能力·思维·方法【解题回顾】不少同学认为(2)问的时间是最短的.而此时通过具体的数据证明，(1)问中的航行方向时间才是最短的.延伸·拓展【例4】如图4-1-4，圆桶底面半径为R，在顶部有个入口A，在A的正下方h处有个出口B，在A处沿切线方向有一个光滑斜槽，一个小球恰能沿水平方向进入入口A后，沿光滑桶壁运动.要使小球由自由出口B飞出桶外，则小球进入A的速度v必须满足什么条件?图4-1-4延伸·拓展【解析】由于桶内壁光滑，小球沿水平方向进入A后，只受到重力和桶壁对它的弹力作用，于是小球在水平方向做匀速圆周运动，在竖直方向做自由落体运动.小球从入口