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2022-2023年粤教版(2019)新教材高中物理必修3 第2章静电场的应用本章整合课件
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第二章内容索引知识网络 体系构建重点题型 归纳整合知识网络 体系构建平抛 重点题型 归纳整合一、带电粒子在电场中的直线运动1.匀速直线运动:此时带电粒子受到的合外力一定等于零,即所受到的电场力与其他力平衡.2.匀加速直线运动:带电粒子受到的合外力与其初速度方向同向.3.匀减速直线运动:带电粒子受到的合外力与其初速度方向反向.例1如图所示,水平放置的A、B两平行板相距h,上板A带正电,现有质量为m、带电荷量为+q的小球在B板下方距离B板为H处,以初速度v0竖直向上从B板小孔进入板间电场.(1)带电小球在板间做何种运动?(2)欲使小球刚好打到A板,A、B间电势差为多少?解析 (1)带电小球在电场外受重力的作用做匀减速直线运动,在电场中受重力和静电力作用做匀减速直线运动.规律方法 分析带电粒子在电场中做直线运动的方法(1)动力学方法——牛顿运动定律、匀变速直线运动公式.(2)功和能方法——动能定理.(3)能量方法——能量守恒定律.变式训练 1如图所示,平行板电容器的两个极板与水平地面成一角度,让两极板带电后,若一带正电的粒子恰能沿图中所示水平直线通过电容器,则下列说法正确的是( )A.上极板一定带正电B.粒子的动能逐渐增加C.粒子的电势能逐渐增加D.粒子可能做匀速直线运动解析 粒子做直线运动,重力和电场力的合力应与速度共线,如图所示,带正电的粒子受电场力斜向上,上极板一定带负电,下极板一定带正电,A错误;合力做负功,动能减小,B错误;粒子运动过程中电场力做负功,因而电势能增加,C正确;粒子所受合力不为零,因而粒子不可能做匀速直线运动,D错误.答案 C二、带电粒子在电场中的类平抛运动1.求出加速度.2.将运动分解为沿初速度方向的匀速直线运动和垂直初速度方向的匀加速直线运动,在两个方向上分别列运动学方程.3.涉及功能关系的,也可用动能定理列方程.例2长为L的平行金属板竖直放置,两极板带等量的异种电荷,板间形成匀强电场,一个带电荷量为+q、质量为m的带电粒子,以初速度v0紧贴左极板垂直于电场线方向进入该电场,刚好从右极板边缘射出,射出时速度恰与右极板成30°角,如图所示,不计粒子重力,求:(1)匀强电场的场强大小;(2)两板间的距离.规律方法 (1)分析带电粒子在电场中做类平抛运动的方法:利用运动的合成与分解把曲线运动转换为直线运动.(2)分析此类问题要注意判定:粒子不受力的方向、受电场力的方向、粒子的运动轨迹弯曲的方向.变式训练 2一大型仪器上的长条状示波器的示意图如图所示,金属丝发射出来的电子(初速度为0)被加速后从小孔穿出,进入两平行金属板形成的偏转电场.电子在穿出偏转电场后沿直线前进,最后打在荧光屏上.设加速电压U1=1 640 V,偏转电场的金属板长l=4 m,金属板间距d=1 cm,当电子加速后从两金属板的中央沿与金属板平行的方向进入偏转电场.(1)求偏转电压U2为多大时,电子离开金属板时的偏移量最大;(2)如果金属板右端到荧光屏的距离L=20 cm,求电子打在荧光屏上时的最大偏移距离.(2)电子离开偏转电场后做匀速直线运动,可看成从极板的正中心沿直线射出,如图所示.答案 (1)2.05×10-2 V (2)0.55 cm 三、带电体在电场、重力场中的运动1.等效重力法:将重力与电场力进行合成,如图所示,则F合为等效重力场中的“重力”, 为等效重力场中的等效重力加速度,F合的方向等效为“重力”的方向,即在等效重力场中的“竖直向下方向”.2.在分析带电粒子在等效场中的运动问题时,一定要明确以下有关等效重力场中的几个重要概念,具体对应如下:要点笔记处理这类问题要注意区分“几何最高点”和“物理最高点”.“几何最高点”指的是圆相对于水平面的最高点,“物理最高点”指圆周在合力方向的最高点,两者不一定重合.例3如图所示,水平向右的匀强电场中,用长为R的轻质绝缘细线在O点悬挂一质量为m且可以视为质点的带电小球,小球静止在A处,AO的连线与竖直方向的夹角为37°,现给小球一个垂直于OA方向的初速度v0,小球便在竖直面内运动,为使小球能在竖直面内完成圆周运动,这个初速度v0至少应为多大?解析 小球静止时,对小球进行受力分析,如图所示, 变式训练 3如图所示,半径为R的光滑圆环竖直置于场强大小为E、方向水平向右的匀强电场中,质量为m、带电荷量为+q的空心小球穿在环上.当小球从顶点A由静止开始下滑到与圆心O等高的位置B时,求小球对环的压力.(重力加速度为g)解析 小球从A到B的过程中,重力做正功,静电力做正功,动能增加,由动能定理有mgR+EqR= mv2在B点时小球受到重力G、静电力F和环对小球的弹力F1三个力的作用,沿半径方向指向圆心的合力提供向心力,则F1-Eq=m联立可得F1=2mg+3Eq小球对环的作用力与环对小球的作用力为作用力和反作用力,两者等大反向,即小球对环的压力F1'=2mg+3Eq,方向水平向右.答案 2mg+3Eq,方向水平向右
第二章内容索引知识网络 体系构建重点题型 归纳整合知识网络 体系构建平抛 重点题型 归纳整合一、带电粒子在电场中的直线运动1.匀速直线运动:此时带电粒子受到的合外力一定等于零,即所受到的电场力与其他力平衡.2.匀加速直线运动:带电粒子受到的合外力与其初速度方向同向.3.匀减速直线运动:带电粒子受到的合外力与其初速度方向反向.例1如图所示,水平放置的A、B两平行板相距h,上板A带正电,现有质量为m、带电荷量为+q的小球在B板下方距离B板为H处,以初速度v0竖直向上从B板小孔进入板间电场.(1)带电小球在板间做何种运动?(2)欲使小球刚好打到A板,A、B间电势差为多少?解析 (1)带电小球在电场外受重力的作用做匀减速直线运动,在电场中受重力和静电力作用做匀减速直线运动.规律方法 分析带电粒子在电场中做直线运动的方法(1)动力学方法——牛顿运动定律、匀变速直线运动公式.(2)功和能方法——动能定理.(3)能量方法——能量守恒定律.变式训练 1如图所示,平行板电容器的两个极板与水平地面成一角度,让两极板带电后,若一带正电的粒子恰能沿图中所示水平直线通过电容器,则下列说法正确的是( )A.上极板一定带正电B.粒子的动能逐渐增加C.粒子的电势能逐渐增加D.粒子可能做匀速直线运动解析 粒子做直线运动,重力和电场力的合力应与速度共线,如图所示,带正电的粒子受电场力斜向上,上极板一定带负电,下极板一定带正电,A错误;合力做负功,动能减小,B错误;粒子运动过程中电场力做负功,因而电势能增加,C正确;粒子所受合力不为零,因而粒子不可能做匀速直线运动,D错误.答案 C二、带电粒子在电场中的类平抛运动1.求出加速度.2.将运动分解为沿初速度方向的匀速直线运动和垂直初速度方向的匀加速直线运动,在两个方向上分别列运动学方程.3.涉及功能关系的,也可用动能定理列方程.例2长为L的平行金属板竖直放置,两极板带等量的异种电荷,板间形成匀强电场,一个带电荷量为+q、质量为m的带电粒子,以初速度v0紧贴左极板垂直于电场线方向进入该电场,刚好从右极板边缘射出,射出时速度恰与右极板成30°角,如图所示,不计粒子重力,求:(1)匀强电场的场强大小;(2)两板间的距离.规律方法 (1)分析带电粒子在电场中做类平抛运动的方法:利用运动的合成与分解把曲线运动转换为直线运动.(2)分析此类问题要注意判定:粒子不受力的方向、受电场力的方向、粒子的运动轨迹弯曲的方向.变式训练 2一大型仪器上的长条状示波器的示意图如图所示,金属丝发射出来的电子(初速度为0)被加速后从小孔穿出,进入两平行金属板形成的偏转电场.电子在穿出偏转电场后沿直线前进,最后打在荧光屏上.设加速电压U1=1 640 V,偏转电场的金属板长l=4 m,金属板间距d=1 cm,当电子加速后从两金属板的中央沿与金属板平行的方向进入偏转电场.(1)求偏转电压U2为多大时,电子离开金属板时的偏移量最大;(2)如果金属板右端到荧光屏的距离L=20 cm,求电子打在荧光屏上时的最大偏移距离.(2)电子离开偏转电场后做匀速直线运动,可看成从极板的正中心沿直线射出,如图所示.答案 (1)2.05×10-2 V (2)0.55 cm 三、带电体在电场、重力场中的运动1.等效重力法:将重力与电场力进行合成,如图所示,则F合为等效重力场中的“重力”, 为等效重力场中的等效重力加速度,F合的方向等效为“重力”的方向,即在等效重力场中的“竖直向下方向”.2.在分析带电粒子在等效场中的运动问题时,一定要明确以下有关等效重力场中的几个重要概念,具体对应如下:要点笔记处理这类问题要注意区分“几何最高点”和“物理最高点”.“几何最高点”指的是圆相对于水平面的最高点,“物理最高点”指圆周在合力方向的最高点,两者不一定重合.例3如图所示,水平向右的匀强电场中,用长为R的轻质绝缘细线在O点悬挂一质量为m且可以视为质点的带电小球,小球静止在A处,AO的连线与竖直方向的夹角为37°,现给小球一个垂直于OA方向的初速度v0,小球便在竖直面内运动,为使小球能在竖直面内完成圆周运动,这个初速度v0至少应为多大?解析 小球静止时,对小球进行受力分析,如图所示, 变式训练 3如图所示,半径为R的光滑圆环竖直置于场强大小为E、方向水平向右的匀强电场中,质量为m、带电荷量为+q的空心小球穿在环上.当小球从顶点A由静止开始下滑到与圆心O等高的位置B时,求小球对环的压力.(重力加速度为g)解析 小球从A到B的过程中,重力做正功,静电力做正功,动能增加,由动能定理有mgR+EqR= mv2在B点时小球受到重力G、静电力F和环对小球的弹力F1三个力的作用,沿半径方向指向圆心的合力提供向心力,则F1-Eq=m联立可得F1=2mg+3Eq小球对环的作用力与环对小球的作用力为作用力和反作用力,两者等大反向,即小球对环的压力F1'=2mg+3Eq,方向水平向右.答案 2mg+3Eq,方向水平向右
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