新课标高三物理二轮复习专题课件：学案4《电学中的匀变速直线运动》.ppt
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1、学案学案 电学中的匀变速直线运动电学中的匀变速直线运动知识回顾知识回顾1.带电粒子在电场中做直线运动的问题带电粒子在电场中做直线运动的问题:实质是在电实质是在电场中处理力学问题场中处理力学问题,其分析方法与力学中相同其分析方法与力学中相同.首先首先进行进行 ,然后看物体所受的合力与然后看物体所受的合力与 是否一致是否一致,其运动类型有电场加速运动和在交其运动类型有电场加速运动和在交变的电场内往复运动变的电场内往复运动.2.带电粒子在磁场中做直线运动的问题带电粒子在磁场中做直线运动的问题:洛伦兹力的洛伦兹力的方向始终方向始终 粒子的速度方向粒子的速度方向.受力分析受力分析速度方向速度方向垂直于垂
2、直于2021/8/8 星期日13.带电粒子在复合场中的运动情况一般较为复杂带电粒子在复合场中的运动情况一般较为复杂,但但是它仍然是一个是它仍然是一个 问题问题,同样遵循力和运动的同样遵循力和运动的各条基本规律各条基本规律.4.若带电粒子在电场力、重力和洛伦兹力共同作用下若带电粒子在电场力、重力和洛伦兹力共同作用下做直线运动做直线运动.如果是匀强电场和匀强磁场如果是匀强电场和匀强磁场,那么重力那么重力和电场力都是和电场力都是 力力,洛伦兹力与速度方向垂直洛伦兹力与速度方向垂直,而而其大小与其大小与 大小密切相关大小密切相关.因此因此,只有带电粒子只有带电粒子的的 不变不变,才可能做直线运动才可能
3、做直线运动,也即匀速也即匀速直线运动直线运动.力学力学恒恒速度速度速度大小速度大小2021/8/8 星期日2方法点拨方法点拨1.处理带电粒子在交变电场作用下的直线运动问题时处理带电粒子在交变电场作用下的直线运动问题时,首先要分析清楚带电粒子首先要分析清楚带电粒子 内的受力和运内的受力和运动特征动特征.2.在具体解决带电粒子在复合场内的运动问题时在具体解决带电粒子在复合场内的运动问题时,要要认真做好以下三点认真做好以下三点:（1）正确分析）正确分析 情况情况;（2）充分理解和掌握不同场对电荷作用的特点和差）充分理解和掌握不同场对电荷作用的特点和差异异;（3）认真分析运动的详细过程）认真分析运动的
4、详细过程,充分发掘题目中的充分发掘题目中的 ,建立清晰的物理情景建立清晰的物理情景,最终把物理模型最终把物理模型转化为数学表达式转化为数学表达式.在一个周期在一个周期受力受力隐含条件隐含条件2021/8/8 星期日3类型一类型一 静电场中的直线运动静电场中的直线运动例例1 （2009四川卷四川卷20）如图）如图1所示，所示，粗糙程度均匀的绝缘斜面下方粗糙程度均匀的绝缘斜面下方O O点点处有一正点电荷，带负电的小处有一正点电荷，带负电的小物体以初速度物体以初速度v v1从从M M点沿斜面上滑，点沿斜面上滑，到达到达N N点时速度为零，然后下滑回到点时速度为零，然后下滑回到M M点，此时速度点，此
5、时速度为为v v2（v v2v v1）.若小物体电荷量保持不变，若小物体电荷量保持不变，OMOM=ONON，则（，则（AD）A.小物体上升的最大高度小物体上升的最大高度B.从从N N到到M M的过程中，小物体的电势能逐渐减小的过程中，小物体的电势能逐渐减小图图12021/8/8 星期日4C.从从M M到到N N的过程中，电场力对小物体先做负功后的过程中，电场力对小物体先做负功后 做正功做正功D.从从N N到到M M的过程中，小物体受到的摩擦力和电场的过程中，小物体受到的摩擦力和电场 力均是先增大后减小力均是先增大后减小解析解析 因为因为OMOM=ONON,M M、N N两点位于同一等势面，所以
6、从两点位于同一等势面，所以从M M到到N N过程中电场力对小物体先做正功再做负功，电势能先减过程中电场力对小物体先做正功再做负功，电势能先减小后增大，小后增大，B、C错误；因为小物体先靠近正电荷又远离，错误；因为小物体先靠近正电荷又远离，所以电场力、斜面压力、摩擦力都是先增大后减小，所以电场力、斜面压力、摩擦力都是先增大后减小，D正正确；设物体上升的最大高度为确；设物体上升的最大高度为h h,摩擦力做功为摩擦力做功为W W，在上升，在上升过程中由动能定理得过程中由动能定理得-mghmgh+W W=0-mvmv12,下降过程中由下降过程中由动能定理得动能定理得mghmgh+W W=mvmv22，
7、联立求解得物体上升的最大，联立求解得物体上升的最大高度为高度为h h=，A正确正确.2021/8/8 星期日5预测预测1 （2009通辽二调）如图通辽二调）如图2所示，所示，水平面绝缘且光滑，轻质弹簧左端固水平面绝缘且光滑，轻质弹簧左端固定，右端连一轻质绝缘挡板，空间存定，右端连一轻质绝缘挡板，空间存在着水平方向的匀强电场，一带电小在着水平方向的匀强电场，一带电小球在电场力和挡板压力作用下处于静止球在电场力和挡板压力作用下处于静止.若突然将电若突然将电场反向，则小球加速度随位移场反向，则小球加速度随位移x x变化的关系图象可能变化的关系图象可能是是（）图图22021/8/8 星期日6解析解析
8、由题意知小球静止时，由题意知小球静止时，kxkx0=qEqE（x x0为小球静止为小球静止时的压缩量），电场反向后对小球受力分析时的压缩量），电场反向后对小球受力分析:a a=，x x是位移，当是位移，当x x增大时，增大时，a a均匀减小，均匀减小，直到弹簧恢复原长，以后小球直到弹簧恢复原长，以后小球a a=,故故A对对.答案答案 A解题归纳解题归纳 在电场中的带电体，不管其运动与否，均在电场中的带电体，不管其运动与否，均始终受到电场力的作用，其大小始终受到电场力的作用，其大小F F=qEqE,与电荷运动的与电荷运动的速度无关，方向与电场场强方向同向或者反向，它既速度无关，方向与电场场强方向
9、同向或者反向，它既可以改变速度的方向，也可以改变速度的大小，做功可以改变速度的方向，也可以改变速度的大小，做功与路径无关；电场内的变速运动问题实质上还是力学与路径无关；电场内的变速运动问题实质上还是力学问题，受力分析是解题的关键问题，受力分析是解题的关键.2021/8/8 星期日7类型二类型二 磁场中的直线运动磁场中的直线运动例例2 （2009上海宝山区模拟）如图上海宝山区模拟）如图3所示，水平平所示，水平平行放置的两根足够长的直光滑金属导轨上放有一根行放置的两根足够长的直光滑金属导轨上放有一根导体棒导体棒abab，abab与导轨垂直，其电阻为与导轨垂直，其电阻为0.02，质量，质量为为0.1
10、 kg，它在导轨间的长度为，它在导轨间的长度为1 m，导轨处于方，导轨处于方向竖直向上的匀强磁场中，磁场的磁感强度为向竖直向上的匀强磁场中，磁场的磁感强度为0.2 T，电路中电阻，电路中电阻R R的阻值为的阻值为0.08，其它电阻不计，其它电阻不计，求：求：（1）断开电键）断开电键S，abab在大小为在大小为0.1 N、水平向右的、水平向右的恒力恒力F F作用下，由静止开始沿轨道滑动过程中作用下，由静止开始沿轨道滑动过程中abab产产生的电动势随时间变化的表达式生的电动势随时间变化的表达式.（2）当）当abab以以10 m/s的速度滑动时闭合电键，并同的速度滑动时闭合电键，并同2021/8/8
11、 星期日8时撤掉力时撤掉力F F，那么由此时开始以后的时间里电阻，那么由此时开始以后的时间里电阻R R所所消耗的电能消耗的电能.（3）在上述（）在上述（2）的情况下，导体棒）的情况下，导体棒abab能滑行的最能滑行的最大距离大距离.图图3解析解析 （1）a a=m/s2=1 m/s2，v v=atat=1t tE E=BLvBLv，E E=0.21t t，（2）E Ek0=mvmv2=0.1102 J=5 J2021/8/8 星期日9E ER R=5 J=4 J（3）对于导体棒）对于导体棒abab滑行的任一状态有滑行的任一状态有将导体棒将导体棒abab的滑行过程分成无限多段，每段分别有的滑行过
12、程分成无限多段，每段分别有然后累加，有然后累加，有2021/8/8 星期日10所以，有所以，有 =0.110 x x=2.5 m答案答案 （1）E E=0.2t t （2）4 J （3）2.5 m解题归纳解题归纳 导体棒在磁场中的运动，要分析清楚安培导体棒在磁场中的运动，要分析清楚安培力对导体棒的运动是动力还是阻力，要能够恰当地运力对导体棒的运动是动力还是阻力，要能够恰当地运用牛顿运动定律和功能关系进行综合求解用牛顿运动定律和功能关系进行综合求解.2021/8/8 星期日11类型三类型三 复合场中的直线运动复合场中的直线运动例例3 （2009苏北四市第三次调研）如图苏北四市第三次调研）如图5所
13、示，匀强所示，匀强电场水平向右，虚线右边空间存在着方向水平、垂电场水平向右，虚线右边空间存在着方向水平、垂直纸面向里的匀强磁场，虚线左边有一固定的光滑直纸面向里的匀强磁场，虚线左边有一固定的光滑水平杆，杆右端恰好与虚线重合水平杆，杆右端恰好与虚线重合.有一电荷量为有一电荷量为q q、质量为质量为m m的小球套在杆上并从杆左端由静止释放，带的小球套在杆上并从杆左端由静止释放，带电小球离开杆的右端进入正交电、磁场后，开始一电小球离开杆的右端进入正交电、磁场后，开始一小段时间内，小球小段时间内，小球 （）图图52021/8/8 星期日12A.可能做匀速直线运动可能做匀速直线运动B.一定做变加速曲线运
14、动一定做变加速曲线运动C.重力势能可能减小重力势能可能减小D.电势能可能增加电势能可能增加解析解析 由于电场力做功，所以粒子不可能做匀速直线运由于电场力做功，所以粒子不可能做匀速直线运动所以动所以A项不正确，项不正确，B项正确；若进入复合场区域时，项正确；若进入复合场区域时，粒子受到的洛伦兹力小于所受到的重力，粒子的运动粒子受到的洛伦兹力小于所受到的重力，粒子的运动将向下偏转，重力势能将减小，所以将向下偏转，重力势能将减小，所以C项正确；由于电项正确；由于电场力做正功，所以电势能一定减小，场力做正功，所以电势能一定减小，D项错，应选项错，应选B、C项项答案答案 BC解题归纳解题归纳 该题涉及到
15、重力、电场力、洛伦兹力的做功该题涉及到重力、电场力、洛伦兹力的做功特点，考查学生对运动和力的关系的理解和掌握情况，特点，考查学生对运动和力的关系的理解和掌握情况，解决此题的关键是要抓住重力、电场力、洛伦兹力在解决此题的关键是要抓住重力、电场力、洛伦兹力在粒子刚进入磁场时可能存在的关系，以及电场做功会粒子刚进入磁场时可能存在的关系，以及电场做功会使得粒子运动速度发生变化的特点使得粒子运动速度发生变化的特点.2021/8/8 星期日13预测预测3 （2009朝阳区调研）如图朝阳区调研）如图6所示，粗糙的足够长的竖直木杆上所示，粗糙的足够长的竖直木杆上套有一个带电的小球，整个装置处套有一个带电的小球
16、，整个装置处在由水平匀强电场和垂直纸面向外在由水平匀强电场和垂直纸面向外的匀强磁场组成的足够大的复合场的匀强磁场组成的足够大的复合场中，小球由静止开始下滑，在整个运动过程中小球的中，小球由静止开始下滑，在整个运动过程中小球的v v-t t图象，其中错误的是图象，其中错误的是（）图图62021/8/8 星期日14解析解析 以小球带正电为例分析，开始阶段，小球速度以小球带正电为例分析，开始阶段，小球速度较小，所受洛伦兹力小于电场力，则杆对小球的弹力较小，所受洛伦兹力小于电场力，则杆对小球的弹力与电场力反向，如下图（与电场力反向，如下图（1）.随着小球速度的增大，随着小球速度的增大，洛伦兹力逐渐增大
17、，弹力减小，则杆对球的摩擦力也洛伦兹力逐渐增大，弹力减小，则杆对球的摩擦力也减小，小球下滑的加速度增大，做加速度逐渐增大的减小，小球下滑的加速度增大，做加速度逐渐增大的加速运动；当速度增大到洛伦兹力与电场力等大时，加速运动；当速度增大到洛伦兹力与电场力等大时，弹力、摩擦力等于零，小球的加速度达到最大；继续弹力、摩擦力等于零，小球的加速度达到最大；继续加速，则洛伦兹力大于电场力，杆对加速，则洛伦兹力大于电场力，杆对2021/8/8 星期日15球的弹力反向，如图（球的弹力反向，如图（2），与电场力方向相同，），与电场力方向相同，随着速度继续增大，洛伦兹力增随着速度继续增大，洛伦兹力增大，弹力、摩擦
18、力增大，小球大，弹力、摩擦力增大，小球下滑的加速度减小，做加速度下滑的加速度减小，做加速度减小的加速运动，当摩擦力与减小的加速运动，当摩擦力与重力平衡时，加速度为零，速重力平衡时，加速度为零，速度达到最大，以后小球匀速下滑度达到最大，以后小球匀速下滑.所以正确的速度图所以正确的速度图象为象为C项，项，A、B、D错误错误.答案答案 ABD2021/8/8 星期日16类型四类型四 交变电场中的直线运动交变电场中的直线运动例例4 （2009山东卷山东卷25）如图）如图7甲所示，建立甲所示，建立OxyOxy坐坐标系标系.两平行极板两平行极板P P、Q Q垂直于垂直于y y轴且关于轴且关于x x轴对称，
19、轴对称，极板长度和板间距均为极板长度和板间距均为l l，在第一、四象限有磁感，在第一、四象限有磁感应强度为应强度为B B的匀强磁场，方向垂直于的匀强磁场，方向垂直于OxyOxy平面向里平面向里.位于极板左侧的粒子源沿位于极板左侧的粒子源沿x x轴向右连续发射质量为轴向右连续发射质量为m m、电荷量为电荷量为+q q、速度相同、重力不计的带电粒子、速度相同、重力不计的带电粒子.在在03t t0时间内两板间加上如图乙所示的电压（不考时间内两板间加上如图乙所示的电压（不考虑极板边缘的影响）虑极板边缘的影响）.图图72021/8/8 星期日17已知已知t t=0时刻进入两极板间的带电粒子恰好在时刻进入
20、两极板间的带电粒子恰好在t t0时刻时刻经极板边缘射入磁场经极板边缘射入磁场.上述上述m m、q q、l l、t t0、B B为已知量为已知量.（不考虑粒子间相互影响及返回极板间的情况）（不考虑粒子间相互影响及返回极板间的情况）（1）求电压）求电压U U0的大小的大小.（2）求）求 t t0时进入两板间的带电粒子在磁场中做圆时进入两板间的带电粒子在磁场中做圆周运动的半径周运动的半径.（3）何时进入两板间的带电粒子在磁场中的运动时）何时进入两板间的带电粒子在磁场中的运动时间最短？求此最短时间间最短？求此最短时间.2021/8/8 星期日18解析解析 （1）t t=0时刻进入两极板间的带电粒子在电
21、场时刻进入两极板间的带电粒子在电场中做匀变速曲线运动，中做匀变速曲线运动，t t0时刻刚好从极板边缘射出，时刻刚好从极板边缘射出，在在y y轴负方向偏移的距离为轴负方向偏移的距离为 l l,则有则有E E=qEqE=mamal l=atat02联立联立式，解得两板间的偏转电压为式，解得两板间的偏转电压为U U0=2021/8/8 星期日19（2）t t0时刻进入两板间的带电粒子，前时刻进入两板间的带电粒子，前 t t0时间在时间在电场中偏转，后电场中偏转，后 t t0时间两板间没有电场，带电粒子时间两板间没有电场，带电粒子做匀速直线运动做匀速直线运动.带电粒子沿带电粒子沿x x轴方向的分速度大
22、小为轴方向的分速度大小为v v0=带电粒子离开电场时沿带电粒子离开电场时沿y y轴负方向的分速度大小为轴负方向的分速度大小为v vy y=a a t t0带电粒子离开电场时的速度大小为带电粒子离开电场时的速度大小为v v=设带电粒子离开电场进入磁场做匀速圆周运动的半径设带电粒子离开电场进入磁场做匀速圆周运动的半径为为R R，则有，则有qvBqvB=m m2021/8/8 星期日20联立联立式解得式解得R R=（3）2t t0时刻进入两板间的带电粒子在磁场中运动的时刻进入两板间的带电粒子在磁场中运动的时间最短时间最短.带电粒子离开电场时沿带电粒子离开电场时沿y y轴正方向的分速度轴正方向的分速度
23、为为v vy y=atat0设带电粒子离开电场时速度方向与设带电粒子离开电场时速度方向与y y轴正方向的夹角轴正方向的夹角为为 ，则，则tan =联立联立式解得式解得 =2021/8/8 星期日21带电粒子在磁场中的运动轨迹如图所示，圆弧所对的带电粒子在磁场中的运动轨迹如图所示，圆弧所对的圆心角圆心角2 =,所求最短时间为所求最短时间为t tmin=T T带电粒子在磁场中运动的周期为带电粒子在磁场中运动的周期为T T=联立联立 式得式得t tmin=2021/8/8 星期日22答案答案 （1）U U0=（2）（3）2t t0时刻进入两极板间的带电粒子在磁场中运动时刻进入两极板间的带电粒子在磁场
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