第10章 培优课5 带电粒子在电场中的综合问题（课件PPT）-【状元桥·优质课堂】2023-2024学年新教材高中物理必修第三册（人教版2019）

静电场中的能量 第十章　 培优课五　带电粒子在电场中的综合问题 课堂·深度探究 课末·随堂演练 课后·限时作业 [学习目标]　1.会应用运动和力、功和能的关系分析带电粒子 在复合场中的运动问题（科学思维）.2.会分析带电粒子在交变 电场中的运动问题（科学思维）. 返回目录 物理　必修　第三册 　 课堂·深度探究 考点一　带电粒子在电场（复合场）中的运动 1.分析带电粒子在电场中做变速运动的方法 （1）动力学方法——牛顿运动定律、运动学公式. 当带电粒子所受合力为恒力，且与速度方向共线时，粒子做匀 变速直线运动，若题目涉及运动时间，优先考虑牛顿运动定 律、运动学公式.在重力场和电场叠加场中的匀变速直线运动，亦可以分解为重力方向上、静电力方向上的直线运动来处理. 返回目录 物理　必修　第三册 　 （2）功、能量方法——动能定理、能量守恒定律. 若题中已知量和所求量涉及功和能量，那么应优先考虑动能定 理、能量守恒定律. 返回目录 物理　必修　第三册 　 2.带电粒子在电场中做圆周运动的解题方法 解决电场（复合场）中的圆周运动问题，关键是分析向心力的 来源，向心力的来源有可能是重力和静电力的合力，也有可能 是单独的静电力. 返回目录 物理　必修　第三册 　 【例题1】如图所示，水平放置的平行板电容器的两极板M、N 接直流电源，两极板间的距离为L＝15 cm.上极板M的中央有 一小孔A，在A的正上方h处的B点有一小油滴自由落下.已知小 油滴的电荷量q＝3.5×10－14 C、质量m＝3.0×10－9 kg.当小油 滴即将落到下极板时速度恰好为零.两极板间的电势差U＝ 6×105 V.（不计空气阻力，g取10 m/s2） （1）两极板间的电场强度E的大小为多少？ 思维导引：（1）用平行板电场公式求出电场强度E. 返回目录 物理　必修　第三册 　 答案　（1）4×106 V/m　 解析　（1）由匀强电场的场强与电势差的关系式可得两极板 间的电场强度大小为E＝＝4×106 V/m. 返回目录 物理　必修　第三册 　 （2）设平行板电容器的电容C＝4.0×10－12 F，则该电容器所带电荷量Q是多少？ 答案　（2）2.4×10－6 C　 解析　（2）该电容器所带电荷量为Q＝CU＝2.4×10－6 C. 思维导引： （2）根据Q＝CU求出电容器的电荷量. 返回目录 物理　必修　第三册 　 （3）B点在A点正上方的高度h是多少？ 答案　（3）0.55 m 思维导引： （3）小油滴先做自由落体运动到极板M的A处，然后在电场力和重力的作用下做减速运动，根据功能关系可求出高度h的值. 解析　（3）小油滴自由落下，即将落到下极板 时速度恰好为零，由动能定理可得mg（h＋L）－qU＝0， 则B点在A点正上方的高度是 h＝－L＝ m－15×10－2 m＝0.55 m. 返回目录 物理　必修　第三册 　 【变式1】如图所示，一个竖直放置的半径为R的光滑绝缘环， 置于水平方向的匀强电场中，电场强度为E，有一质量为m、 电荷量为q的带正电荷的空心小球套在环上，并且Eq＝mg.g为 重力加速度. （1）当小球由静止开始从环的顶端A下滑圆弧长到位置B 时，小球的速度为多少？环对小球的压力为多大？ 答案　（1）　5mg　 返回目录 物理　必修　第三册 　 解析　（1）从A到B根据动能定理得 mgR＋qER＝m－0 解得vB＝. 根据牛顿第二定律得FN－qE＝m， 解得FN＝5mg. 根据牛顿第三定律得，环对小球的压力为5mg. 返回目录 物理　必修　第三册 　 （2）小球从环的顶端A滑至底端C的过程中，小球在何处速度 最大？最大速度为多少？ 解析　（2）由于小球所受的静电力与重力都是恒力，它们的合力也是恒力，小球从A处下滑时，静电力与重力的合力先与速度成锐角，做正功，动能增大，速度增大，后与速度成钝角，做负功，动能减小，速度减小，所以当合力与速度垂直时速度最大， 答案　（2）BC圆弧的中点　 返回目录 物理　必修　第三册 　 由于qE＝mg，所以速度最大的位置位于BC圆弧的中点，设为D点. 则从A到D过程，根据动能定理得 mg＋qE·R＝m， 解得vm＝. 返回目录 物理　必修　第三册 　 考点二　带电粒子在交变电场中的运动 带电粒子在交变电场中运动问题的分析方法 1.分段分析：按照时间的先后，分阶段分析粒子在不同电场中 的受力情况和运动情况，然后选择牛顿运动定律、运动学规律 或功能关系求解相关问题. 返回目录 物理　必修　第三册 　 2.v－t图像辅助：带电粒子在交变电场中的运动情况一般比较 复杂，常规的分段分析很麻烦.较好的方法是在分段分析粒子 受力的情况下，画出粒子的v－t图像，画图时，注意加速度相 同的运动图像是平行的直线，图像与坐标