2025年《高中物理总复习》专题强化八　带电粒子在电场中运动的综合问题.pptx

专题强化八

带电粒子在电场中运动的综合问题;

1.会用力与运动的关系、功能关系分析带电粒子在交变电场中的运动．

2．会用动力学观点、能量观点和动量观点分析带电粒子运动的力电综合问题．;;考点一;考点一带电粒子在交变电场中的运动

1．两条分析思路

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(机械能守恒、动能定理、能量守恒)．

2．两个运动特征

分析受力特点和运动规律，抓住粒子的运动具有周期性和空间上具有对称性的特征，求解粒子运动过程中的速度、位移等，并确定与物理过程相关的边界关系．;例1(多选)一个带正电的微粒放在电场中，场强的大小和方向随时间变化的规律如图所示．带电微粒只在电场力的作用下(不计微粒重力)，由静止开始运动，则下列说法中正确的是()

A．微粒将沿着一条直线运动

B．微粒在第2s末的速度为零

C．微粒在第1s内的加速度与第2s内的加速度相同

D．微粒在第1s内的位移与第2s内的位移相同;

解析：由题图可知，奇数秒和偶数秒的电场强度大小相等、方向相反，所以微粒奇数秒内和偶数秒内的加速度大小相等、方向相反，根据运动的对称性可知在2s末的速度恰好是0，即微粒第1s做加速运动，第2s做减速运动，然后再加速，再减速，一直持续下去，微粒将沿着一条直线运动，故A、B正确，C错误；由对称性可知，微粒在第1s内的位移与第2s内的位移相同，故D正确．;?;?;?;?;;考点二;考点二电场中功能关系的综合问题

1．若只有静电力做功，电势能与动能之和保持不变．

2．若只有静电力和重力做功，电势能、重力势能、动能之和保持不变．

3．除重力之外，其他各力对物体做的功等于物体机械能的变化量．

4．所有外力对物体所做的总功等于物体动能的变化量．;例3[2024·山东模拟预测]如图所示，在竖直向下的匀强电场中，两个质量相同、带电量分别为－q和＋q的小球a、b固定于绝缘轻杆的两端，轻杆可绕中点O处的固定轴在竖直面内无摩擦转动．已知O点电势为0，不考虑带电小球间的相互作用力，杆从静止开始由水平位置顺时针转动180°的过程中()

A．小球a、b总动能???直增加

B．小球a、b系统机械能始终不变

C．小球a、b系统电势能始终不变

D．小球a、b任一时刻的电势能相等;解析：电场力对a球先做正功再做负功，对b球也是先做正功再做负功，所以杆从静止开始由水平位置顺时针转动90°的过程中小球a、b与轻杆组成的系统电势能先减小，总动能增加，机械能增加；杆从90°转到180°的过程中，系统电势能增大，总动能减小，机械能减小，最后与初始位置的电势能相等，机械能也相等，总动能为零，故A、B、C错误；

由于O点处电势为零，由W电＝0－Ep

在匀强电场中W电＝Eqx

因为两小球运动过程中竖直方向上的位移大小任一时刻都相等，所以小球a、b任一时刻的电势能相等，D正确．故选D.;例4(多选)如图甲所示，绝缘、光滑水平面上方，有水平向右的匀强电场，电场强度大小为E.在水平面右端固定一轻弹簧，一带电物块(可视为质点)质量为m，电量为＋q，将带电物块由静止释放，以物块出发点为坐标原点，水平向右为x轴正方向，建立坐标系，物块动能Ek与它通过的距离x之间的关系如图乙，其中坐标x1处为弹簧原长位置，O～x1段为直线，坐标x2处动能最大，坐标x4处动能为零．;?;?;考点三;考点三电场中的力、电综合问题

解决电场中的力、电综合问题，常用的力学观点：

(1)动力学的观点

①由于匀强电场中带电粒子(体)所受电场力和重力都是恒力，可用正交分解法．

②综合运用牛顿运动定律和运动学公式，注意受力分析和运动分析，特别注意重力是否需要考虑的问题．

;(2)能量的观点

①运用动能定理，注意过程分析要全面，准确求出过程中的所有力做的功，判断是对分过程还是对全过程使用动能定理．

②运用能量守恒定律，注意题目中有哪些形式的能量出现．

(3)动量的观点

运用动量定理、动量守恒定律，要注意动量定理、动量守恒定律的表达式是矢量式，在一维情况下，各个矢量必须选同一个正方向．;例5[2024·四川雅安模拟预测]如图所示，空间中在一矩形区域Ⅰ内有场强大小E1＝1×102N/C、方向水平向右的匀强电场；一条长L＝0.8m且不可伸长的轻绳一端固定在区域Ⅰ的左上角O点，另一端系一质量m1＝0.5kg、带电荷量q＝－0.1C的绝缘带电小球a；在紧靠区域Ⅰ的右下角C点竖直放置一足够长、半径R＝1m的光滑绝缘圆筒，圆筒上端截面水平，CD是圆筒上表面的一条直径且与区域Ⅰ的下边界共线，直径MN与直径CD垂直，圆筒内左半边MNC-HJK区域Ⅱ中存在大小E2＝20N/C、方向垂直纸面向里的匀强电场．;把小球a拉至A点(轻绳绷直且水平)静止释放，当小