2019年高考物理 雙基突破(二)專題05 帶電粒子在交變電場中的運動精講.doc
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專題05 帶電粒子在交變電場中的運動 1.常用的思維分析方法 (1)帶電粒子在交變電場中的運動,通常只討論電壓的大小不變、方向做周期性變化(如方波)且不計粒子重力的情形。在兩個相互平行的金屬板間加交變電壓時,在兩板中間便可獲得交變電場。此類電場從空間看是勻強的,即同一時刻,電場中各個位置處電場強度的大小、方向都相同;從時間看是變化的,即電場強度的大小、方向都隨時間而變化。 ①當粒子平行于電場方向射入時,粒子做直線運動,其初速度和受力情況決定了粒子的運動情況,粒子可以做周期性的運動。 ②當粒子垂直于電場方向射入時,沿初速度方向的分運動為勻速直線運動,沿電場方向的分運動具有周期性。 (2)研究帶電粒子在交變電場中的運動,關(guān)鍵是根據(jù)電場變化的特點,利用牛頓第二定律正確地判斷粒子的運動情況。根據(jù)電場的變化情況,分段求解帶電粒子運動的末速度、位移等。由于不同時間內(nèi)場強不同,使得帶電粒子所受的電場力不同,造成帶電粒子的運動情況發(fā)生變化。解決這類問題,要分段進行分析,根據(jù)題意找出滿足題目要求的條件,從而分析求解。 (3)對于鋸齒波和正弦波等電壓產(chǎn)生的交變電場,一般來說題中會直接或間接提到“粒子在其中運動時電場為恒定電場”,故帶電粒子穿過電場時可認為是在勻強電場中運動。 (4)注重全面分析(分析受力特點和運動規(guī)律):抓住粒子的運動具有周期性和在空間上具有對稱性的特征,求解粒子運動過程中的速度、位移、做功或確定與物理過程相關(guān)的邊界條件。 (5)從兩條思路出發(fā):一是力和運動的關(guān)系,根據(jù)牛頓第二定律及運動學規(guī)律分析;二是功能關(guān)系。 (6)注意對稱性和周期性變化關(guān)系的應(yīng)用。 2.處理帶電粒子在交變電場中的運動問題的兩個應(yīng)用 帶電粒子在交變電場中的運動涉及力學和電學知識的綜合應(yīng)用,由于不同時段受力不同,處理起來較為復(fù)雜,實際仍可按力學角度解答。該類問題仍需受力分析和分析其運動狀態(tài),應(yīng)用力學和電學的基本規(guī)律定性、定量分析討論和求解。 (2)利用圖象 帶電粒子在交變電場中運動時,受電場力作用,其加速度、速度等均做周期性變化,借助圖象描述它在電場中的運動情況,可直觀展示其物理過程,從而快捷地分析求解。 畫圖象時應(yīng)注意在v-t圖中,加速度相同的運動一定是平行的直線,圖象與v-t軸所夾面積表示位移,圖象與t軸的交點表示此時速度方向。 (2)利用運動的獨立性 對一個復(fù)雜的合運動,可以看成是幾個分運動合成的。某一方向的分運動不會因其他分運動的存在而受到影響。應(yīng)用這一原理可以分析帶電粒子在交變電場中的運動。根據(jù)各分運動的情況,再按運動的合成與分解規(guī)律分析合運動的情況。 【題1】一電荷量為q(q>0)、質(zhì)量為m的帶電粒子在勻強電場的作用下,在t=0時由靜止開始運動,場強隨時間變化的規(guī)律如圖所示,不計重力。求在t=0到t=T的時間間隔內(nèi), (1)粒子位移的大小和方向; (2)粒子沿初始電場反方向運動的時間。 【答案】(1)T2 沿初始電場正方向?。?) a1= ① a2=-2 ② a3=2 ③ a4=- ④ 由此得帶電粒子在0~T時間間隔內(nèi)運動的加速度—時間圖象如圖甲所示,對應(yīng)的速度—時間圖象如圖乙所示, 其中v1=a1= ⑤ 由圖乙可知,帶電粒子在t=0到t=T時的位移為s=v1 ⑥ 由⑤⑥式得s=T2,其方向沿初始電場正方向。 (2)由圖乙可知,粒子在t=T到t=T內(nèi)沿初始電場的反方向運動,總的運動時間t為 t=T-T=。 【題3】如圖所示,O、A、B、C為一粗糙絕緣水平面上的四點,不計空氣阻力,一電荷量為-Q的點電荷固定在O點,現(xiàn)有一質(zhì)量為m、電荷量為-q 的小金屬塊(可視為質(zhì)點),從A點由靜止沿它們的連線向右運動,到B點時速度最大,其大小為vm。小金屬塊最后停止在C點。已知小金屬塊與水平面間的動摩擦因數(shù)為μ、AB間距離為L、靜電力常量為k,則 A.在點電荷-Q形成的電場中,A、B兩點間的電勢差為 B.在小金屬塊由A向C運動的過程中,電勢能先增大后減小 C.OB間的距離為 D.從B到C的過程中,小金屬塊的動能全部轉(zhuǎn)化為電勢能 【答案】C =-,故A錯誤。小金屬塊由A點向C點運動的過程中,電場力一直做正功,電勢能一直減小,故B錯誤。由題意知,A到B過程,金屬塊做加速運動,B到C過程做減速運動,在B點金屬塊所受的滑動摩擦力與庫侖力平衡,則有μmg=k,得r=,故C正確。從B到C的過程中,小金屬塊的動能和電勢能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,故D錯誤。 (2)粒子做往返運動(一般分段研究); 【題4】如圖a,兩平行正對的金屬板A、B間加有如圖b的交變電壓,一重力可忽略不計的帶正電粒子被固定在兩板的正中間P處。若在t0時刻釋放該粒子,粒子會時而向A板運動,時而向B板運動,并最終打在A板上。則t0可能屬于的時間段是 A.0- 1.請仔細閱讀文檔,確保文檔完整性,對于不預(yù)覽、不比對內(nèi)容而直接下載帶來的問題本站不予受理。
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