专题47 带电粒子在力电等效场、交变电场中的运动和电场中的功能问题-【鼎力高考】2024年高考物理一轮大单元综合复习导学练

2024年高考物理一轮大单元综合复习导学练 专题47 带电粒子在力电等效场、交变电场中的运动和电场中的功能问题 导练目标 导练内容 目标1 带电粒子在力电等效场中的圆周运动 目标2 带电粒子在交变电场中的运动 目标3 带电粒子在电场中的能量动量问题 【知识导学与典例导练】 1、 带电粒子在力电等效场中的圆周运动 1.方法概述 等效思维方法是将一个复杂的物理问题,等效为一个熟知的物理模型或问题的方法。对于这类问题,若采用常规方法求解,过程复杂,运算量大。若采用等效法求解,则能避开复杂的运算,过程比较简捷。 2.方法应用 先求出重力与电场力的合力,将这个合力视为一个等效重力,将a=视为等效重力加速度。再将物体在重力场中的运动规律迁移到等效重力场中分析求解即可。 【例1】如图所示，用绝缘细线拴一个带负电的小球，让它在竖直向下的匀强电场中绕O点做竖直平面内的圆周运动，a、b两点分别是圆周的最高点和最低点，则（　　）    A．小球经过a点时，线中的张力一定最小 B．小球经过a点时，电势能一定最大 C．小球经过b点时，电势不是最低 D．小球经过b点时，机械能一定最小 【例2】如图所示，在竖直平面内有水平向左的匀强电场，在匀强电场中有一根长为L的绝缘细线，细线一端固定在O点，另一端系一质量为m的带电小球。小球静止时细线与竖直方向成角，此时让小球获得初速度且恰能绕O点在竖直平面内沿逆时针方向做圆周运动，重力加速度为g。下列说法正确的是（　　） A．匀强电场的电场强度 B．小球动能的最小值为 C．小球的重力势能最小时机械能也最小 D．小球从初始位置开始，在竖直平面内运动一周的过程中，其电势能先增大后减小再增大 2、 带电粒子在交变电场中的运动 1.此类题型一般有三种情况:一是粒子做单向直线运动(一般用牛顿运动定律求解);二是粒子做往返运动(一般分段研究);三是粒子做偏转运动(一般根据交变电场的特点分段研究)。 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.注重全面分析(分析受力特点和运动特点),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。 4.交变电场中的直线运动（方法实操展示） U-t图像 v-t图像 轨迹图 5.交变电场中的偏转（带电粒子重力不计，方法实操展示） U-t图 轨迹图 v0 v0 [来源:Zxxk.Com]v0 v0 v0 vy-t图 t O vy v0 T/2 T 单向直线运动 A B 速度不反向 t O vy v0 往返直线运动 A B 速度反向 T T/2 -v0 【例3】接在平行板电容器的A、B两极板电压随时间变化关系图像如图所示，两板间距足够大，一质量为m、带电量为＋q的粒子（不计重力），开始静止在两极板中央，从某时刻由静止释放，关于带电粒子的运动，下列描述正确的是（　　）    A．若从0时刻由静止释放，粒子向右运动的最大速度 B．若从0时刻由静止释放，粒子先向右后向左做往复性的运动 C．若从时刻由静止释放，粒子时而右，时而左，每个周期都会向左移动一定距离 D．若从时刻由静止释放，粒子时而左，时而右，每个周期都会向右移动一定距离 【例4】如图甲所示，两平行金属板A、B放在真空中，间距为d，为板间水平中线，A、B板间的电势差U随时间t的变化情况如图乙所示。0至时间内，陆续有一群完全相同的质量为m，电荷量为q的带负电的粒子，从O点以的速度水平射入电场，运动时间T后离开电场。其中时刻射入的粒子恰好从A板右边缘射出电场，不计粒子的重力。则下列说法正确的是（　　） A．板间电压 B．板间电压 C．时刻射入的粒子，离开电场的位置距离点 D．时刻射入的粒子，离开电场的位置距离点 3、 带电粒子在电场中的功能问题 1．电场中的功能关系 (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。 (4)所有外力对物体所做的功等于物体动能的变化。 2．电场力做功的计算方法 (1)WAB＝qUAB(普遍适用) (2)W＝qEx cos θ(适用于匀强电场) (3)WAB＝－ΔEp＝EpA－EpB(从能量角度求解) (4)W电＋W非电＝ΔEk(由动能定理求解) 【例5】如图所示，一质量为m的带电小球在方向竖直向下的匀强电场中由静止释放，小球以加速度竖直向下做匀加速度直线运动，不计空气阻力。在小球向下运动距离h的过程中（　　） A．小球的重力势能减少了 B．小球的动能减少了 C．小球的机械能增加