新教材2024屆高考物理一輪復習學案第九章靜電場專題強化十四帶電粒子在電場中的力電綜合問題魯科版

專題強化十四帶電粒子在電場中的力電綜合問題目標要求1.會用等效法分析帶電粒子在電場和重力場中的圓周運動.2.會用動力學、能量和動量觀點分析帶電粒子的力電綜合問題．題型一帶電粒子在重力場和電場中的圓周運動1．等效重力場物體僅在重力場中的運動是最常見、最基本的運動，但是對于處在勻強電場和重力場中物體的運動問題就會變得復雜一些．此時可以將重力場與電場合二為一，用一個全新的“復合場”來代替，可形象稱之為“等效重力場”．2.3．舉例例1(多選)(2023·福建省福州第十五中學質檢)如圖所示，帶電小球(可視為質點)用絕緣細線懸掛在O點，在豎直平面內做完整的變速圓周運動，小球運動到最高點時，細線受到的拉力最大．已知小球運動所在的空間存在豎直向下的勻強電場，電場強度大小為E，小球質量為m、帶電荷量為q，細線長為l，重力加速度為g，則()A．小球帶正電B．電場力大于重力C．小球運動到最低點時速度最大D．小球運動過程最小速度至少為v＝eq\r(\f(qE－mgl,m))聽課記錄：______________________________________________________________________________________________________________________________________例2(多選)(2023·重慶市八中高三檢測)如圖甲所示，空間有一水平向右的勻強電場，電場強度大小為E＝1×104V/m，其中有一個半徑為R＝2m的豎直光滑圓環(huán)軌道，環(huán)內有兩根光滑的弦軌道AB和AC，A點所在的半徑與豎直直徑BC成37°角．質量為m＝0.08kg、電荷量為q＝＋6×10－5C的帶電小環(huán)(視為質點)穿在弦軌道上，從A點由靜止釋放，可分別沿AB和AC到達圓周上的B、C點．現(xiàn)去掉弦軌道AB和AC，如圖乙所示，讓小環(huán)穿在圓環(huán)軌道＝0.8，g取10m/s2)()A．小環(huán)在弦軌道AB和AC上運動時間之比為1∶1B．小環(huán)做圓周運動過程中經(jīng)過C點時動能最大C．小環(huán)做圓周運動過程中動能最小值是1JD．小環(huán)做圓周運動過程中對圓環(huán)軌道的最大壓力是5N聽課記錄：_______________________________________________________________________________________________________________________________________例3如圖所示，現(xiàn)有一個小物塊質量為m＝80g、帶正電荷q＝2×10－4C，與水平軌道之間的動摩擦因數(shù)μ＝0.2，在水平軌道的末端N處連接一個光滑豎直的半圓形軌道，半徑為R＝40cm.整個軌道處在一個方向水平向左、電場強度大小E＝4×103V/m的勻強電場中，取g＝10m/s2.(1)若小物塊恰能運動到軌道的最高點L，那么小物塊應從距N點多遠處的A點釋放？(2)如果小物塊在(1)中的位置A釋放，當它運動到P點(軌道中點)時軌道對它的支持力等于多少？(3)如果小物塊在(1)中的位置A釋放，當它運動到NP間什么位置時動能最大，最大動能是多少？(結果保留兩位有效數(shù)字)________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________題型二電場中的力電綜合問題1．動力學的觀點(1)由于勻強電場中帶電粒子所受電場力和重力都是恒力，可用正交分解法．(2)綜合運用牛頓運動定律和運動學公式，注意受力分析要全面，特別注意重力是否需要考慮的問題．2．能量的觀點(1)運用動能定理，注意過程分析要全面，準確求出過程中的所有力做的功，判斷是對分過程還是對全過程使用動能定理．(2)運用能量守恒定律，注意題目中有哪些形式的能量出現(xiàn)．①若帶電粒子只在電場力作用下運動，其動能和電勢能之和保持不變．②若帶電粒子只在重力和電場力作用下運動，其機械能和電勢能之和保持不變．3．動量的觀點(1)運用動量定理，要注意動量定理的表達式是矢量式，在一維情況下，各個矢量必須選同一個正方向．(2)運用動量守恒定律，除了要注意動量守恒定律的表達式是矢量式，還要注意題目表述是否為某方向上動量守恒．例4(2023·湖南株洲市模擬)如圖，一帶電的平行板電容器固定在絕緣底座上，底座置于光滑水平面上，一光滑絕緣輕桿左端固定在電容器的左極板上，并穿過右極板上的小孔，電容器極板連同底座總質量為2m，底座鎖定在水平面上時，套在桿上質量為m的帶電環(huán)以某一初速度由小孔進入電容器后，最遠能到達距離右極板為d的位置．底座解除鎖定后，將兩極板間距離變?yōu)樵瓉淼?倍，其他條件不變，則帶電環(huán)進入電容器后，最遠能到達的位置距離右極板()A.eq\f(1,2)dB．dC.eq\f(2,3)dD.eq\f(4,3)d聽課記錄：_______________________________________________________________________________________________________________________________________例5如圖所示，不帶電物體A和帶電的物體B用跨過定滑輪的絕緣輕繩連接，A、B的質量分別為2m和m，勁度系數(shù)為k的輕彈簧一端固定在水平面上，另一端與物體A相連，傾角為θ的斜面處于沿斜面向上的勻強電場中，整個系統(tǒng)不計一切摩擦．開始時，物體B在一沿斜面向上的外力F＝3mgsinθ的作用下保持靜止且輕繩恰好伸直，然后撤去外力F，直到物體B獲得最大速度，且彈簧未超過彈性限度(已知彈簧形變量為x時彈性勢能為eq\f(1,2)kx2)，重力加速度為g，則在此過程中()A．物體B帶負電，受到的電場力大小為mgsinθB．物體B的速度最大時，彈簧的伸長量為eq\f(2mgsinθ,k)C．撤去外力F的瞬間，物體B的加速度大小為3gsinθD．物體B的最大速度為gsinθeq\r(\f(3m,k))聽課記錄：_______________________________________________________________________________________________________________________________________例6(2019·全國卷Ⅱ·24)如圖，兩金屬板P、Q水平放置，間距為d.兩金屬板正中間有一水平放置的金屬網(wǎng)G，P、Q、G的尺寸相同．G接地，P、Q的電勢均為φ(φ>0)．質量為m，電荷量為q(q>0)的粒子自G的左端上方距離G為h的位置，以速度v0平行于紙面水平射入電場，重力忽略不計．(1)求粒子第一次穿過G時的動能，以及它從射入電場至此時在水平方向上的位移大??；(2)若