2024版新教材高考物理全程一轮总复习第九章静电场及其应用静电场中的能量专题强化八带电粒子在电场中运动的综合问题课件

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【素养目标】　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．
题型一　带电粒子在电场中的运动1．三种常见题型(1)粒子做单向直线运动(一般用牛顿运动定律求解)．(2)粒子做往返运动(一般分段研究)．(3)粒子做偏转运动(一般根据交变电场的特点分段研究)．2．两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)．3．两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条件．
针 对 训 练1.图甲为两水平金属板，在两板间加上周期为T的交变电压u，电压u随时间t变化的图线如图乙所示．质量为m、重力不计的带电粒子以初速度v0沿中线射入两板间，经时间T从两板间飞出．
2．(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2 s末的速度为零C．微粒在第1 s内的加速度与第2 s内的加速度相同D．微粒在第1 s内的位移与第2 s内的位移相同
题型二　电场中的力、电综合问题解决电场中的力、电综合问题，常用以下几种分析解答：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，要注意动量定理的表达式是矢量式，在一维情况下，各个矢量必须选同一个正方向．
例2 在如图所示的竖直平面内，物体A和带正电的物体B用跨过定滑轮的绝缘轻绳连接，分别静止于倾角θ＝37°的光滑斜面上的M点和粗糙绝缘水平面上，轻绳与对应平面平行．劲度系数k＝5 N/m的轻弹簧一端固定在O点，一端用另一轻绳穿过固定的光滑小环D与A相连，弹簧处于原长，轻绳恰好拉直，DM垂直于斜面．水平面处于场强E＝5×104 N/C、方向水平向右的匀强电场中．已知物体A、B的质量分别为mA＝0.1 kg和mB＝0.2 kg，物体B所带电荷量q＝＋4×10－6 C．设两物体均视为质点，不计滑轮质量和摩擦，绳不可伸长，弹簧始终在弹性限度内，物体B的带电荷量不变．取g＝10 m/s2，sin 37°＝0.6，cs 37°＝0.8.
(1)求B所受静摩擦力的大小；(2)现对A施加沿斜面向下的拉力F，使A以加速度a＝0.6 m/s2开始做匀加速直线运动．A从M到N的过程中，B的电势能增加了ΔEp＝0.06 J．已知DN沿竖直方向，B与水平面间的动摩擦因数μ＝0.4，求A到达N点时拉力F的瞬时功率．
解析：(1)根据题意静止时，由平衡条件得，对物体A，有mAg sin θ＝FT对物体B，有qE＋Ff＝F′T又FT＝F′T，代入数据解得Ff＝0.4 N.(2)据题意对物体A运动到N点时受力分析如图所示．
例3 [2023·湖北武汉二中模拟预测]如图所示，质量mA＝0.8 kg、带电量q＝－4×10－3 C的A球用长度l＝0.8 m的不可伸长的绝缘轻线悬吊在O点，O点右侧有竖直向下的匀强电场，场强E＝5×103 N/C.质量mB＝0.2 kg不带电的B球静止在光滑水平轨道上，右侧紧贴着压缩并锁定的轻质弹簧，弹簧右端与固定挡板连接，弹性势能为3.6 J．现将A球拉至左边与圆心等高处释放，将弹簧解除锁定，B球离开弹簧后，恰好与第一次运动到最低点的A球相碰，并结合为一整体C，同时撤去水平轨道．A、B、C均可视为质点，线始终未被拉断，g＝10 m/s2，求：
(1)碰撞过程中A球对B球做的功；(2)碰后C第一次离开电场时的速度；(3)C每次离开最高点时，电场立即消失，到达最低点时，电场又重新恢复，不考虑电场瞬间变化产生的影响，求C每次离开电场前瞬间绳子受到的拉力．
针 对 训 练3.[2023·重庆模拟]如图，带电量为q＝＋2×10－3 C、质量为0.1 kg的小球B静置于光滑的水平绝缘板右端，板的右侧空间有范围足够大的、方向水平向左、电场强度E＝103 N/C的匀强电场，与B球形状相同、质量为0.3 kg的绝缘不带电小球A以初速度v0＝10 m/s向B运动，两球发生弹性碰撞后均逆着电场的方向进入电场，在电场中两球又发生多次弹性碰撞，已知每次碰撞时间极短，小球B的电量始终不变，取重力加速度g＝10 m/s2，求：(1)第一次碰撞后瞬间两小球的速度大小；(2)第一次碰撞与第二次碰撞的时间间隔；(3)第二次碰后B的动能．