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2025版高考物理全程一轮复习第九章静电场及其应用静电场中的能量专题强化八带电粒子在电场中运动的综合问题课件
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这是一份2025版高考物理全程一轮复习第九章静电场及其应用静电场中的能量专题强化八带电粒子在电场中运动的综合问题课件，共27页。PPT课件主要包含了考点一，考点二，考点三，答案ABD，答案D，答案AC等内容，欢迎下载使用。
1. 会用力与运动的关系、功能关系分析带电粒子在交变电场中的运动．2．会用动力学观点、能量观点和动量观点分析带电粒子运动的力电综合问题．
考点一 带电粒子在交变电场中的运动1．两条分析思路一是力和运动的关系，根据牛顿第二定律及运动学规律分析；二是功能关系(机械能守恒、动能定理、能量守恒)．2．两个运动特征分析受力特点和运动规律，抓住粒子的运动具有周期性和空间上具有对称性的特征，求解粒子运动过程中的速度、位移等，并确定与物理过程相关的边界关系．
例 1 (多选) 一个带正电的微粒放在电场中，场强的大小和方向随时间变化的规律如图所示．带电微粒只在电场力的作用下(不计微粒重力)，由静止开始运动，则下列说法中正确的是( )A．微粒将沿着一条直线运动B．微粒在第2 s末的速度为零C．微粒在第1 s内的加速度与第2 s内的加速度相同D．微粒在第1 s内的位移与第2 s内的位移相同
解析：由题图可知，奇数秒和偶数秒的电场强度大小相等、方向相反，所以微粒奇数秒内和偶数秒内的加速度大小相等、方向相反，根据运动的对称性可知在2 s末的速度恰好是0，即微粒第1 s做加速运动，第2 s做减速运动，然后再加速，再减速，一直持续下去，微粒将沿着一条直线运动，故A、B正确，C错误；由对称性可知，微粒在第1 s内的位移与第2 s内的位移相同，故D正确．
考点二 电场中功能关系的综合问题1．若只有静电力做功，电势能与动能之和保持不变．2．若只有静电力和重力做功，电势能、重力势能、动能之和保持不变．3．除重力之外，其他各力对物体做的功等于物体机械能的变化量．4．所有外力对物体所做的总功等于物体动能的变化量．
例 3 [2024·山东模拟预测]如图所示，在竖直向下的匀强电场中，两个质量相同、带电量分别为－q和＋q的小球a、b固定于绝缘轻杆的两端，轻杆可绕中点O处的固定轴在竖直面内无摩擦转动．已知O点电势为0，不考虑带电小球间的相互作用力，杆从静止开始由水平位置顺时针转动180°的过程中( )A．小球a、b总动能一直增加B．小球a、b系统机械能始终不变C．小球a、b系统电势能始终不变D．小球a、b任一时刻的电势能相等
解析：电场力对a球先做正功再做负功，对b球也是先做正功再做负功，所以杆从静止开始由水平位置顺时针转动90°的过程中小球a、b与轻杆组成的系统电势能先减小，总动能增加，机械能增加；杆从90°转到180°的过程中，系统电势能增大，总动能减小，机械能减小，最后与初始位置的电势能相等，机械能也相等，总动能为零，故A、B、C错误；由于O点处电势为零，由W电＝0－Ep在匀强电场中W电＝Eqx因为两小球运动过程中竖直方向上的位移大小任一时刻都相等，所以小球a、b任一时刻的电势能相等，D正确．故选D.
例 4 (多选)如图甲所示，绝缘、光滑水平面上方，有水平向右的匀强电场，电场强度大小为E.在水平面右端固定一轻弹簧，一带电物块(可视为质点)质量为m，电量为＋q，将带电物块由静止释放，以物块出发点为坐标原点，水平向右为x轴正方向，建立坐标系，物块动能Ek与它通过的距离x之间的关系如图乙，其中坐标x1处为弹簧原长位置，O～x1段为直线，坐标x2处动能最大，坐标x4处动能为零．
考点三 电场中的力、电综合问题解决电场中的力、电综合问题，常用的力学观点：(1)动力学的观点①由于匀强电场中带电粒子(体)所受电场力和重力都是恒力，可用正交分解法．②综合运用牛顿运动定律和运动学公式，注意受力分析和运动分析，特别注意重力是否需要考虑的问题．
(2)能量的观点①运用动能定理，注意过程分析要全面，准确求出过程中的所有力做的功，判断是对分过程还是对全过程使用动能定理．②运用能量守恒定律，注意题目中有哪些形式的能量出现．(3)动量的观点运用动量定理、动量守恒定律，要注意动量定理、动量守恒定律的表达式是矢量式，在一维情况下，各个矢量必须选同一个正方向．
例 5 [2024·四川雅安模拟预测]如图所示，空间中在一矩形区域Ⅰ内有场强大小E1＝1×102 N/C、方向水平向右的匀强电场；一条长L＝0.8 m且不可伸长的轻绳一端固定在区域Ⅰ的左上角O点，另一端系一质量m1＝0.5 kg、带电荷量q＝－0.1 C的绝缘带电小球a；在紧靠区域Ⅰ的右下角C点竖直放置一足够长、半径R＝1 m的光滑绝缘圆筒，圆筒上端截面水平，CD是圆筒上表面的一条直径且与区域Ⅰ的下边界共线，直径MN与直径CD垂直，圆筒内左半边MNC-HJK区域Ⅱ中存在大小E2＝20 N/C、方向垂直纸面向里的匀强电场．
把小球a拉至A点(轻绳绷直且水平)静止释放，当小球a运动到O点正下方B点时，轻绳恰好断裂．小球a进入电场继续运动，刚好从区域Ⅰ的右下角C点竖直向下离开电场E1，然后贴着圆筒内侧进入区域Ⅱ.已知重力加速度大小取g＝10 m/s2，绳断前、断后瞬间，小球a的速度保持不变，忽略一切阻力．
求：(1)轻绳的最大张力Tm；(2)小球a运动到C点时速度的大小vC和小球a从B到C过程电势能的变化量ΔEp；(3)若小球a刚进入圆筒时，另一绝缘小球b从D点以相同速度竖直向下贴着圆筒内侧进入圆筒，小球b的质量m2＝0.5 kg，经过一段时间，小球a、b发生弹性碰撞，且碰撞中小球a的电荷量保持不变，则从小球b进入圆筒到与小球a发生第5次碰撞后(圆筒足够长)，小球b增加的机械能ΔEb是多大．
1. 会用力与运动的关系、功能关系分析带电粒子在交变电场中的运动．2．会用动力学观点、能量观点和动量观点分析带电粒子运动的力电综合问题．
考点一 带电粒子在交变电场中的运动1．两条分析思路一是力和运动的关系，根据牛顿第二定律及运动学规律分析；二是功能关系(机械能守恒、动能定理、能量守恒)．2．两个运动特征分析受力特点和运动规律，抓住粒子的运动具有周期性和空间上具有对称性的特征，求解粒子运动过程中的速度、位移等，并确定与物理过程相关的边界关系．
例 1 (多选) 一个带正电的微粒放在电场中，场强的大小和方向随时间变化的规律如图所示．带电微粒只在电场力的作用下(不计微粒重力)，由静止开始运动，则下列说法中正确的是( )A．微粒将沿着一条直线运动B．微粒在第2 s末的速度为零C．微粒在第1 s内的加速度与第2 s内的加速度相同D．微粒在第1 s内的位移与第2 s内的位移相同
解析：由题图可知，奇数秒和偶数秒的电场强度大小相等、方向相反，所以微粒奇数秒内和偶数秒内的加速度大小相等、方向相反，根据运动的对称性可知在2 s末的速度恰好是0，即微粒第1 s做加速运动，第2 s做减速运动，然后再加速，再减速，一直持续下去，微粒将沿着一条直线运动，故A、B正确，C错误；由对称性可知，微粒在第1 s内的位移与第2 s内的位移相同，故D正确．
考点二 电场中功能关系的综合问题1．若只有静电力做功，电势能与动能之和保持不变．2．若只有静电力和重力做功，电势能、重力势能、动能之和保持不变．3．除重力之外，其他各力对物体做的功等于物体机械能的变化量．4．所有外力对物体所做的总功等于物体动能的变化量．
例 3 [2024·山东模拟预测]如图所示，在竖直向下的匀强电场中，两个质量相同、带电量分别为－q和＋q的小球a、b固定于绝缘轻杆的两端，轻杆可绕中点O处的固定轴在竖直面内无摩擦转动．已知O点电势为0，不考虑带电小球间的相互作用力，杆从静止开始由水平位置顺时针转动180°的过程中( )A．小球a、b总动能一直增加B．小球a、b系统机械能始终不变C．小球a、b系统电势能始终不变D．小球a、b任一时刻的电势能相等
解析：电场力对a球先做正功再做负功，对b球也是先做正功再做负功，所以杆从静止开始由水平位置顺时针转动90°的过程中小球a、b与轻杆组成的系统电势能先减小，总动能增加，机械能增加；杆从90°转到180°的过程中，系统电势能增大，总动能减小，机械能减小，最后与初始位置的电势能相等，机械能也相等，总动能为零，故A、B、C错误；由于O点处电势为零，由W电＝0－Ep在匀强电场中W电＝Eqx因为两小球运动过程中竖直方向上的位移大小任一时刻都相等，所以小球a、b任一时刻的电势能相等，D正确．故选D.
例 4 (多选)如图甲所示，绝缘、光滑水平面上方，有水平向右的匀强电场，电场强度大小为E.在水平面右端固定一轻弹簧，一带电物块(可视为质点)质量为m，电量为＋q，将带电物块由静止释放，以物块出发点为坐标原点，水平向右为x轴正方向，建立坐标系，物块动能Ek与它通过的距离x之间的关系如图乙，其中坐标x1处为弹簧原长位置，O～x1段为直线，坐标x2处动能最大，坐标x4处动能为零．
考点三 电场中的力、电综合问题解决电场中的力、电综合问题，常用的力学观点：(1)动力学的观点①由于匀强电场中带电粒子(体)所受电场力和重力都是恒力，可用正交分解法．②综合运用牛顿运动定律和运动学公式，注意受力分析和运动分析，特别注意重力是否需要考虑的问题．
(2)能量的观点①运用动能定理，注意过程分析要全面，准确求出过程中的所有力做的功，判断是对分过程还是对全过程使用动能定理．②运用能量守恒定律，注意题目中有哪些形式的能量出现．(3)动量的观点运用动量定理、动量守恒定律，要注意动量定理、动量守恒定律的表达式是矢量式，在一维情况下，各个矢量必须选同一个正方向．
例 5 [2024·四川雅安模拟预测]如图所示，空间中在一矩形区域Ⅰ内有场强大小E1＝1×102 N/C、方向水平向右的匀强电场；一条长L＝0.8 m且不可伸长的轻绳一端固定在区域Ⅰ的左上角O点，另一端系一质量m1＝0.5 kg、带电荷量q＝－0.1 C的绝缘带电小球a；在紧靠区域Ⅰ的右下角C点竖直放置一足够长、半径R＝1 m的光滑绝缘圆筒，圆筒上端截面水平，CD是圆筒上表面的一条直径且与区域Ⅰ的下边界共线，直径MN与直径CD垂直，圆筒内左半边MNC-HJK区域Ⅱ中存在大小E2＝20 N/C、方向垂直纸面向里的匀强电场．
把小球a拉至A点(轻绳绷直且水平)静止释放，当小球a运动到O点正下方B点时，轻绳恰好断裂．小球a进入电场继续运动，刚好从区域Ⅰ的右下角C点竖直向下离开电场E1，然后贴着圆筒内侧进入区域Ⅱ.已知重力加速度大小取g＝10 m/s2，绳断前、断后瞬间，小球a的速度保持不变，忽略一切阻力．
求：(1)轻绳的最大张力Tm；(2)小球a运动到C点时速度的大小vC和小球a从B到C过程电势能的变化量ΔEp；(3)若小球a刚进入圆筒时，另一绝缘小球b从D点以相同速度竖直向下贴着圆筒内侧进入圆筒，小球b的质量m2＝0.5 kg，经过一段时间，小球a、b发生弹性碰撞，且碰撞中小球a的电荷量保持不变，则从小球b进入圆筒到与小球a发生第5次碰撞后(圆筒足够长)，小球b增加的机械能ΔEb是多大．
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