2022年高考物理 考前30天之備戰(zhàn)沖刺押題系列Ⅱ 專題9 帶電粒子在電場中的運(yùn)動

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1、2022年高考物理 考前30天之備戰(zhàn)沖刺押題系列 專題9 帶電粒子在電場中的運(yùn)動一、重要地位：二、突破策略：帶電微粒在電場中運(yùn)動是電場知識和力學(xué)知識的結(jié)合，分析方法和力學(xué)的分析方法是基本相同的：先受力分析，再分析運(yùn)動過程，選擇恰當(dāng)物理規(guī)律解題。處理問題所需的知識都在電場和力學(xué)中學(xué)習(xí)過了，關(guān)鍵是怎樣把學(xué)過的知識有機(jī)地組織起來，這就需要有較強(qiáng)的分析與綜合的能力，為有效突破難點，學(xué)習(xí)中應(yīng)重視以下幾方面：電子在不很強(qiáng)的勻強(qiáng)電場中，它所受的電場力也遠(yuǎn)大于它所受的重力qEmeg。所以在處理微觀帶電粒子在勻強(qiáng)電場中運(yùn)動的問題時，一般都可忽略重力的影響。但是要特別注意：有時研究的問題不是微觀帶電粒子，而是宏觀

2、帶電物體，那就不允許忽略重力影響了。例如：一個質(zhì)量為1毫克的宏觀顆粒，變換單位后是110-6千克，它所受的重力約為mg=110-610=110-5（牛），有可能比它所受的電場力還大，因此就不能再忽略重力的影響了。2加強(qiáng)力學(xué)知識與規(guī)律公式的基礎(chǔ)教學(xué)，循序漸進(jìn)的引入到帶電粒子在電場中的運(yùn)動，注意揭示相關(guān)知識的區(qū)別和聯(lián)系。3注重帶電粒子在電場中運(yùn)動的過程分析與運(yùn)動性質(zhì)分析（平衡、加速或減速、軌跡是直線還是曲線），注意從力學(xué)思路和能量思路考慮問題，且兩條思路并重；同時選擇好解決問題的物理知識和規(guī)律。4強(qiáng)化物理條件意識，運(yùn)用數(shù)學(xué)工具（如，拋物線方程、直線方程、反比例函數(shù)等）加以分析求解。（一）帶電粒子的

3、加速1.運(yùn)動狀態(tài)分析帶電粒子沿與電場線平行的方向進(jìn)入勻強(qiáng)電場，受到的電場力與運(yùn)動方向在同一直線上，做加速（或減速）直線運(yùn)動。【審題】本題是帶電粒子在勻強(qiáng)電場中的加速問題，物理過程是電場力做正功，電勢能減少，動能增加，利用動能定理便可解決?！窘馕觥繋щ娏Ｗ釉谶\(yùn)動過程中，電場力所做的功W=qU。設(shè)帶電粒子到達(dá)負(fù)極板時的動能EK=mv2，由動能定理qU=mv2 得：v=【總結(jié)】上式是從勻強(qiáng)電場中推出來的，若兩極板是其他形狀，中間的電場不是勻強(qiáng)電場，上式同樣適用。例2：下列粒子從初速度為零的狀態(tài)經(jīng)過加速電壓為U的電場之后，哪種粒子的速度最大？（A）a粒子（B）氚核（C）質(zhì)子（D）鈉離子【解析】1 根據(jù)

4、可以導(dǎo)出下式： 【總結(jié)】本題關(guān)鍵是正確使用動能定理，正確得出速度的表達(dá)式，由表達(dá)式加以討論，進(jìn)而得出正確選項?！緦忣}】本題需要正確識別圖像，由圖像提供的信息分析帶電粒子在電場中的受力，由受力情況得出粒子的運(yùn)動情況，選擇正確的物理規(guī)律進(jìn)行求解。【解析】電場強(qiáng)度E =帶電粒子所受電場力，F(xiàn)=ma粒子在0時間內(nèi)走過的距離為m故帶電粒在在時恰好到達(dá)A板根據(jù)動量定理，此時粒子動量kgm/s帶電粒子在向A板做勻加速運(yùn)動，在向A板做勻減速運(yùn)動，速度減為零后將返回，粒子向A板運(yùn)動的可能最大位移要求粒子不能到達(dá)A板，有s 。（3）由電場線的疏密分布（或由E=kQ/r2）得EA=ECEB。（4）因粒子從AB電場力

5、做負(fù)功，由動能定理可知EkBEkB?！究偨Y(jié)】該種類型的題目分析方法是：先畫出入射點軌跡的切線，即畫出初速度v0的方向，再根據(jù)軌跡的彎曲方向，確定電場力的方向，進(jìn)而利用力學(xué)分析方法來分析其它有關(guān)的問題。例7： 在圖8-8中a、b和c表示點電荷a的電場中的三個等勢面，它們的電勢分別為U、U、U。一帶電粒子從等勢面a上某處由靜止釋放后，僅受電場力作用而運(yùn)動，已知它經(jīng)過等勢面b時的速率為v，則它經(jīng)過等勢面c的速率為 。【解析】設(shè)：帶電粒子的電量為q；a、b兩等勢面的電勢差為Uab，b、c兩等勢面的電勢差Ubc；帶電粒子經(jīng)過等勢面a、b、c時的速率分別為Va、Vb、Vc。（已知：Va=0，Vb=v）則：

6、將、兩式相除可得：將、代入式：所以，帶電粒子經(jīng)過等勢面c的速度為1.5v。【總結(jié)】帶電粒子在非勻強(qiáng)電場中運(yùn)動牽扯到動能變化時通常用動能定理求解比較方便，在分析問題時分清物理過程是非常關(guān)鍵的。對微粒，有（以向上為正）： Qu2/d -mg=ma2所以U2=m（g+a2）d/q=240V要使帶電微粒能穿出極板，則兩極板間的電壓U應(yīng)滿足：U1UU2，即：U圖8-10【總結(jié)】若帶電微粒除受電場力作用外，還受到重力或其它恒力作用，同樣要分解成兩個不同方向的簡單的直線運(yùn)動來處理。例9：如圖8-10所示，水平放置的A、B兩平行板相距h，有一質(zhì)量為m，帶電量為+q的小球在B板之下H處以v0初速度豎直向上進(jìn)入兩

7、板間，欲使小球恰好打到A處，試討論A、B板間的電勢差是多少？【總結(jié)】本題在求解過程中可分段使用牛頓第二定律和運(yùn)動學(xué)公式，也可分段使用動能定理或全過程使用動能定理，但全過程使用動能定理簡單。圖8-11例10：如圖8-11所示：在方向水平向右的勻強(qiáng)電場中，一不可伸長的不導(dǎo)電細(xì)線的一端連著一個質(zhì)量為m的帶正電的小球，另一端固定于O點。把小球拉起至細(xì)線與場強(qiáng)平行，然后無初速解放。已知小球擺到最低點的另一側(cè)，線與豎直方向的最大夾角為。求：小球經(jīng)過最低點時細(xì)線對小球的拉力?！緦忣}】【解析】 由式可以導(dǎo)出： 【總結(jié)】圓周運(yùn)動是高中物理重點研究的曲線運(yùn)動，電場中的圓周運(yùn)動也是近年高考命題的熱點，解決這類問題的

8、基本方法和力學(xué)中的情形相同，不同的是還要考慮電場力的特點。涉及勻強(qiáng)電場中的圓周運(yùn)動問題時，具體計算做功值時，要充分利用電場力、重力做功與路徑無關(guān)的性質(zhì)求解，分別求每個分力的功比求合力的功簡單?！緦忣}】顆粒在電場中受電場力和重力的作用，在豎直方向上的分運(yùn)動為自由落體運(yùn)動，下落距離為極板高度L，顆粒沿水平方向的分運(yùn)動為勻加速直線運(yùn)動，離開電場時顆粒在水平方向為勻變速直線運(yùn)動規(guī)律，利用運(yùn)動學(xué)公式和牛頓運(yùn)動定律以及動能定理求解?！究偨Y(jié)】本題是靜電分選器的原理的題目，與實際聯(lián)系密切。顆粒在電場中的做的是初速為零的勻加速直線運(yùn)動，出電場后做勻變速曲線運(yùn)動，應(yīng)用牛頓第二定律及運(yùn)動學(xué)公式求出兩板之間的電壓，全

9、程使用動能定理求出顆粒落至桶底的速度。（七）創(chuàng)新思維問題圖8-13例12：(2003上海)為研究靜電除塵，有人設(shè)計了一個盒狀容器，容器側(cè)面是絕緣的透明有機(jī)玻璃，它的上下底面是面積A=0.04m2的金屬板，間距L=0.05m，當(dāng)連接到U=2500v的高壓電源正負(fù)兩極時，能在兩金屬板間產(chǎn)生一個勻強(qiáng)電場，如圖8-13所示。現(xiàn)把一定量均勻分布的煙塵顆粒密閉在容器內(nèi)，每立方米有煙塵顆粒1013個，假設(shè)這些顆粒都處于靜止?fàn)顟B(tài)，每個顆粒帶電量為q=+1.010-17c，質(zhì)量為m=2.010-15kg，不考慮煙塵顆粒之間的相互作用和空氣阻力，并忽略煙塵顆粒所受重力。求合上電鍵后：(1)經(jīng)過多少時間煙塵顆粒可以被全部吸收？(2)除塵過程中電場對煙塵顆粒共做了多少功？(3)經(jīng)過多長時間容器中煙塵顆粒的總動能達(dá)到最大？【總結(jié)】本題是帶電粒子在電場中運(yùn)動具體應(yīng)用的典型實例，特別是第二問中把煙塵看成集中于板間中間位置的抽象法，把分散的集中來處理的辦法在物理中也是常用的。如物體的重力看成作用在重心上等，本題充分體現(xiàn)了這種把具體問題理想化的做法在解決物理問題中的技巧，體現(xiàn)了運(yùn)用物理知識解決實際問題的重要性和特殊的處理辦法。