核心素养13 带电粒子力电综合问题 课件 -2027届高考物理一轮复习

该高中物理高考复习课件聚焦“带电粒子力电综合问题”核心考点，依据高考评价体系梳理了力与运动、能量观点两大处理方法，覆盖直线运动、曲线运动、大量粒子运动等常考角度，通过真题分析明确各题型权重，归纳多选、计算、实验典型考法，体现备考针对性。 课件亮点在于高考真题训练与科学思维培养，如结合2025广东卷曲线运动题，用动量守恒、动能定理等科学推理方法解析，构建“受力分析-过程建模-能量转化”解题链条，帮助学生掌握得分技巧，教师可据此精准突破考点，提升复习效率。

核心素养13 带电粒子力电综合问题 1.用力和运动方法处理带电体的运动 (1)带电体运动过程中受到恒力作用,可以选用牛顿运动定律、运动学公式求解,对恒力作用下的曲线运动,可以用分解的方法,用直线运动的力与运动方法解决曲线运动。 (2)受力特点:在讨论带电粒子或其他带电体的静止与运动问题时,重力是否要考虑,关键看重力与其他力相比较是否能忽略。一般来说,除明显暗示外,带电小球、液滴的重力不能忽略,电子、质子等带电粒子的重力可以忽略,一般可根据微粒的运动状态判断是否考虑重力作用。 2.用能量观点处理带电体的运动 对于受变力作用的带电体的运动,必须借助能量观点来处理。即使都是恒力作用的问题,用能量观点处理也常常更简捷。 (1)用动能定理解题思维顺序 ①弄清研究对象,明确所研究的物理过程。 ②分析物体在所研究过程中的受力情况,弄清哪些力做功,做正功还是负功。 ③弄清所研究过程的初、末状态(主要指动能)。 ④根据W=ΔEk列出方程求解。 (2)用包括电势能和内能在内的能量守恒定律处理 列式的方法常有两种: ①利用初、末状态的能量相等(即E1=E2)列方程。 ②利用减少的能量等于增加的能量列方程。 (3)两个结论 ①若带电粒子只在静电力作用下运动,其动能和电势能之和保持不变。 ②若带电粒子只在重力和静电力作用下运动,其机械能和电势能之和保持不变。 角度1　带电体在电场中的直线运动 针对练 (多选)如图所示,绝缘座放在光滑水平面上,间距为d的平行板电容器竖直固定在绝缘座上,A板有小孔O,水平绝缘光滑杆穿过O固定在B板上,电容器、底座和绝缘杆的总质量为m0。给电容器充电后,一质量为m的带正电环P套在杆上,以某一速度v0,对准O向左运动,在电容器中P距B板最近的位置为S,OS=。若A、B板外侧无电场,P过孔O时与板无接触,不计P对A、B板间电场的影响。则(　　) A.P在S处的速度为0 B.P从O至S的过程中,绝缘座的位移大小为 C.P从O至S的过程中,绝缘座的位移大小为 D.P从O至S的过程中,整个系统电势能的增加量为 BD 解析 带电圆环进入电场后,在静电力的作用下,做匀减速直线运动,而电容器则在静电力的作用下做匀加速直线运动,当它们速度相等时,带电圆环与电容器的左极板相距最近,取向左为正方向,由系统动量守恒有mv0=(m+m0)v,可得v=,则P在S处的速度不为0,A错误;该过程电容器(绝缘座)向左做匀加速直线运动,有x=t,环向左做匀减速直线运动,有x'=t,由题意可知x'-x=,解得x'=,C错误,B正确;P从O至S的过程中,带电环减速,动能减少,电容器动能增加,系统动能减少,电势能增加,增加的电势能为系统动能减小量,D正确。 角度2　带电粒子在电场中的曲线运动 针对练 (2025广东卷)如图所示是研究颗粒碰撞荷电特性装置的简化图。两块水平绝缘平板与两块竖直的平行金属平板相接,金属平板之间接高压电源产生匀强电场。一带电颗粒从上方绝缘平板左端A点处,由静止开始向右下方运动,与下方绝缘平板在B点处碰撞,碰撞时电荷量改变。反弹后离开下方绝缘平板瞬间,颗粒的速度与所受合力垂直,且水平分速度与碰前瞬间相同,竖直分速度大小变为碰前瞬间的k倍(k<1)。已知颗粒质量为m,两绝缘平板间的距离为h,两金属平板间的距离为d,B点与左平板的距离为l,电源电压为U,重力加速度为g。忽略空气阻力和电场的边缘效应。求: (1)颗粒碰撞前的电荷量q; (2)颗粒在B点碰撞后的电荷量Q; (3)颗粒从A点开始运动到第二次碰撞过程中,电场力对它做的功W。 答案 (1) (2) (3)mg+kmgh+4k2mg 解析 (1)由题意可知匀强电场的电场强度E= 对颗粒进行受力分析如图甲所示,则可得 故q=。 甲 (2)对颗粒第一次碰撞前的状态进行分析可得 =2gh =2al a= 解得水平分速度vx=,方向向右 竖直分速度vy=,方向向下 颗粒第一次碰撞后的水平分速度vx'=vx,方向向右 竖直分速度vy'=kvy=k,方向向上 此时对颗粒进行受力分析如图乙所示,合力为F2,方向与此时颗粒的速度v垂直 故tan θ= 因此Q=。 乙 (3)由题意可知,颗粒由于竖直分速度减小,无法打到上方的绝缘平板,只能打在下方的绝缘平板或右侧的金属平板上 若颗粒打在下方的绝缘平板 从B点开始计时,设运动时间为t 竖直方向可得vy'=g· 水平方向可得x=vx't+a't2 其中a'= 解得x=4kl+ 故当4kl+≤d-l时颗粒会打在下方绝缘平板, 此时电场力对它做的功W=Eq·l+EQ·x=+4k2mg 当4kl+>d-l时颗粒会打在右侧金属平板, 此时电场力对它做的功W=Eql+EQ(d-l)=mg+kmgh。 角度3　大量带电粒子在电场中的运动 针对练 密立根油滴实验的原理示意图如图所示,两个水平放置、相距为d的金属极板,上极板中央有一小孔。用喷雾器将细小的油滴喷入密闭空间,这些油滴由于摩擦而带了负电。油滴通过上极板的小孔进入到观察室中。当两极板电压为U时,某一油滴恰好悬浮在两极板间静止。将油滴视为半径为r的球体,已知油滴的密度为ρ,重力加速度为g。 (1)求该油滴所带的电荷量q; (2)由于油滴的半径r太小,无法直接测量。密立根让油滴在电场中悬浮,然后撤去电场,油滴开始做加速运动;由于空气阻力的存在,油滴很快做近似匀速运动,测出油滴在时间t内匀速下落的距离为h。已知球形油滴受到的空气阻力大小为F阻=6πηrv,其中η为空气的粘滞系数,v为油滴运动的速率。不计空气浮力。请推导半径r的表达式(用η、h、t、ρ和g表示); (3)实验发现,对于质量为m的油滴,如果改变它所带的电荷量q,则能够使油滴达到平衡的电压必须是某些特定值Un,研究这些电压变化的规律可发现它们都满足方程Un==nU0,式中n=±1,±2,…。此现象说明了什么? 答案 (1)　(2)r=　(3)见解析 解析 (1)由平衡可知q=mg,m=πr3ρ,解得q=。 (2)由题意可知F阻=mg,其中F阻=6πηrv,v=,解得r=。 (3)研究这些电压变化的规律可发现它们都满足方程Un==nU0,式中n=±1,±2,… 即·nq=mg,此现象说明了油滴所带电荷量都是某一值的整数倍。 $