命题热点(6) 带电粒子在电场中运动的综合问题 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“带电粒子在电场中运动的综合问题”核心考点，涵盖示波管原理及带电粒子在交变电场中的运动两大命题热点。依据高考评价体系，结合2026浙江1月选考、2025温州三模等真题案例，分析类平抛运动、直线加速、曲线运动等常考题型的考点权重，构建系统的知识梳理框架，体现高考备考的针对性和实用性。 课件亮点在于“真题深度解析+科学思维建模”的复习策略，如以2026浙江选考示波管问题为典型，通过分解电子在偏转电场中的类平抛运动，推导速度偏转角正切值公式，培养学生模型建构与科学推理素养。针对交变电场运动，提供分段运动分析方法及临界条件判断技巧，帮助学生掌握答题规律，教师可依托课件实施精准专题教学，助力学生高效冲刺高考。

命题热点(六) 带电粒子在电场中运动的综合问题 热点一　示波管的原理 1.构造 示波管是示波器的核心部分,外部是一个抽成真空的玻璃壳,内部主要由电子枪(由发射电子的灯丝、加速电极组成)、偏转电极(由一对XX'偏转电极板和一对YY'偏转电极板组成)和荧光屏组成,如图所示。 2.原理 经过电子枪加速发射的电子流在偏转电压的作用下发生偏转,根据偏转原理可知,电子打在荧光屏上在XX'、YY'方向发生的偏移量与偏转电压成正比。 典例　(2026浙江1月选考)如图所示,示波管由电子枪竖直方向偏转电极YY'、水平方向偏转电极XX'和荧光屏组成。电极XX'的长度为l、间距为d、极板间电压为U,YY'极板间电压为零,电子枪加速电压为10U。电子刚离开金属丝的速度为零,从电子枪射出后沿OO'方向进入偏转电极。已知电子电荷量为e,质量为m,则电子(　　) A.在XX'极板间的加速度大小为 B.打在荧光屏时,动能大小为11eU C.在XX'极板间受到电场力的冲量大小为 D.打在荧光屏时,其速度方向与OO'连线夹角α的正切tan α= D 解析 在XX'极板间的加速度大小ax=,A错误;电子在加速电场中有e·10U=,在电极XX'间运动时,有vx=axt,t=,电子离开电极XX'时的动能为Ek=m()=eU(10+),电子离开电极XX'后做匀速直线运动,所以打在荧光屏时,动能大小为eU,B错误;在XX'极板间受到电场力的冲量大小Ix=mvx=,C错误;打在荧光屏时,其速度方向与OO'连线夹角α的正切tan α=,D正确。。 热点二　带电粒子在交变电场中的运动 1.常见的交变电场类型 电压波形:正弦波、方形波、锯齿波等。 2.交变电场中常见的运动类型 (1)粒子做单向直线运动(一般对整段或分段研究用牛顿运动定律结合运动学公式求解)。 (2)粒子做往返运动(一般分段研究,应用牛顿运动定律结合运动学公式或者动能定理等求解)。 (3)粒子做偏转运动(一般根据交变电场特点分段研究,应用牛顿运动定律结合运动学公式或者动能定理等求解)。 3.分析思路 (1)注重全面分析(分析受力特点和运动规律):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临界条件。 (2)适时选用动力学观点、能量观点或动量观点分析。 (3)利用速度—时间图像分析带电粒子的运动过程时,必须注意带电粒子进入电场的时刻。对运动很复杂、不容易画出速度图像的问题,还应逐段分析求解。 考向1　带电粒子在交变电场中的直线运动 典例1　(2025浙江温州三模)粒子直线加速器原理图如图甲所示,它由多个横截面积相同的同轴金属圆筒依次组成,序号为奇数的圆筒与序号为偶数的圆筒分别和交变电源相连,交变电源两极间的电势差的变化规律如图乙所示。在t=0时,奇数圆筒比偶数圆筒电势高,此时和偶数圆筒相连的金属圆板(序号为0)的中央有一自由电子由静止开始在各间隙中不断加速。若电子的质量为m,电荷量为e,交变电源的电压为U,周期为T。不考虑电子的重力和相对论效应,忽略电子通过圆筒间隙的时间。下列说法正确的是(　　) 甲 乙 A.电子在圆筒中做加速直线运动 B.电子离开圆筒1时的速度大小为2 C.第n个圆筒的长度应满足Ln=T D.保持加速器筒长不变,若要加速比荷更大的粒子,则要调大交变电源的周期 答案 C　 解析 由于金属圆筒处于静电平衡状态,圆筒内部电场强度为零,则电子在金属圆筒中做匀速直线运动,故A错误;电子离开圆筒1时,由动能定理得eU=mv2,得电子离开圆筒1时的速度大小为v=,故B错误;电子从金属圆筒出来后要继续做加速运动,在金属圆筒中的运动时间为交变电源周期的一半,即,电子在圆筒中做匀速直线运动,则第n个圆筒长度为Ln=vn·=T,故C正确;由C可知,保持加速器筒长不变,若要加速比荷更大的粒子,则要调小交变电源的周期,故D错误。 考向2　带电粒子在交变电场中的曲线运动 解题思路 (1)带电粒子在运动过程中考虑重力时,在电场与重力场复合交变场中运动时,交变电场分段分析,再根据运动的分解与合成进行分析。 (2)带电粒子在运动过程中考虑重力时,一般粒子做类抛体运动,可以分段分解为匀速直线运动和匀变速直线运动。 典例2　如图甲所示,静电除尘装置中有一长为L、宽为b、高为d的矩形通道,其前、后面板使用绝缘材料,上、下面板使用金属材料。图乙是装置的截面图,上、下两板与电压恒定的高压直流电源相连。质量为m、电荷量为-q、分布均匀的尘埃以水平速度v0进入矩形通道,当带负电的尘埃碰到下板后其所带电荷被中和,同时被收集。通过调整两板间距d可以改变收集效率η。当d=d0时,η为81%(即离下板0.81d0范围内的尘埃能够被收集)。不计尘埃的重力及尘埃之间的相互作用。 (1)求收集效率为100%时,两板间距最大值dm; (2)求收集率η与两板间距d的函数关系; (3)若单位体积内的尘埃数为n,求稳定工作时单位时间下板收集的尘埃质量与两板间距d的函数关系,并绘出图像。 答案 (1)0.9d0 (2)当d≤0.9d0时,收集效率η为100%;当d>0.9d0时,收集率η=0.81 (3)=0.81nmbv0　图见解析 解析 (1)收集效率η为81%,即离下板0.81d0的尘埃恰好到达下板的右端边缘,设高压电源的电压为U,在水平方向有L=v0t 在竖直方向有0.81d0=at2 其中a= 当减少两板间距时,能够增大电场强度,提高装置对尘埃的收集效率。收集效率恰好为100%时,两板间距为dm。如果进一步减少d,收集效率仍为100%。因此,在水平方向有L=v0t 在竖直方向有dm=a't2 其中a'= 联立可得dm=0.9d0。 (2)通过前面的求解可知,当d≤0.9d0时,收集效率η为100%,当d>0.9d0时,设距下板x处的尘埃恰好到达下板的右端边缘,有x= 根据题意,收集效率为η= 解得η=0.81。 (3)稳定工作时单位时间下板收集的尘埃质量=ηnmbdv0 当d≤0.9d0时,η=1,因此=nmbdv0 当d>0.9d0时,η=0.81,因此=0.81nmbv0。 绘出的图像如下。 $