专题二-电场中的力学综合问题
- 格式:docx
- 大小:3.67 MB
- 文档页数:7
高中物理电场篇一:高中物理电场总结(最新_强烈推荐)物理电场总结1. 深刻理解库仑定律和电荷守恒定律。
(1)库仑定律:真空中两个点电荷之间相互作用的电力,跟它们的电荷量的乘积成正比,跟它们的距离的二次方成反比,作用力的方向在它们的连线上。
即:其中k为静电力常量,k=9.0×10 9 N?m2/c2成立条件:① 真空中(空气中也近似成立),② 点电荷。
即带电体的形状和大小对相互作用力的影响可以忽略不计。
(这一点与万有引力很相似,但又有不同:对质量均匀分布的球,无论两球相距多近,r都等于球心距;而对带电导体球,距离近了以后,电荷会重新分布,不能再用球心间距代替r)。
(2)电荷守恒定律:系统与外界无电荷交换时,系统的电荷代数和守恒。
2. 深刻理解电场的力的性质。
电场的最基本的性质是对放入其中的电荷有力的作用。
电场强度E是描述电场的力的性质的物理量。
(1)定义:放入电场中某点的电荷所受的电场力F跟它的电荷量q的比值,叫做该点的电场强度,简称场强。
这是电场强度的定义式,适用于任何电场。
其中的q为试探电荷(以前称为检验电荷),是电荷量很小的点电荷(可正可负)。
电场强度是矢量,规定其方向与正电荷在该点受的电场力方向相同。
(2)点电荷周围的场强公式是:(3)匀强电场的场强公式是:3. 深刻理解电场的能的性质。
,其中Q是产生该电场的电荷,叫场源电荷。
,其中d是沿电场线方向上的距离。
(1)电势φ:是描述电场能的性质的物理量。
① 电势定义为φ=,是一个没有方向意义的物理量,电势有高低之分,按规定:正电荷在电场中某点具有的电势能越大,该点电势越高。
② 电势的值与零电势的选取有关,通常取离电场无穷远处电势为零;实际应用中常取大地电势为零。
③ 当存在几个“场源”时,某处合电场的电势为各“场源”在此处电场的电势的代数和。
④ 电势差,A、B间电势差UAB=ΦA-ΦB;B、A间电势差UBA=ΦB-ΦA,显然UAB=-UBA,电势差的值与零电势的选取无关。
专题12 带电粒子在电场中运动的综合问题一:专题概述示波管的工作原理1.如果在偏转电极XX′和YY′之间都没有加电压,则电子枪射出的电子束沿直线运动,打在荧光屏中心,在那里产生一个亮斑.2.YY′上加的是待显示的信号电压.XX′上是机器自身产生的锯齿形电压,叫做扫描电压,若所加扫描电压和信号电压的周期相同,就可以在荧光屏上得到待测信号在一个周期内随时间变化的稳定图象。
(如图1)电场中的力电综合问题1.动力学的观点(1)由于匀强电场中带电粒子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匀变速直线运动公式,注意受力分析要全面,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,判断选用分过程还是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.二:典例精讲1.示波管的工作原理典例1:示波器可以用来观察电信号随时间变化的情况,其核心部件是示波管,其原理图如下, XX'为水平偏转电极,YY'为竖直偏转电极。
以下说法正确的是()A. XX'加图3波形电压、YY'不加信号电压,屏上在两个位置出现亮点B。
XX'加图2波形电压、YY'加图1波形电压,屏上将出现两条竖直亮线C。
XX'加图4波形电压、YY'加图2波形电压,屏上将出现一条竖直亮线D。
XX'加图4波形电压、YY'加图3波形电压,屏上将出现图1所示图线【答案】A2.带电粒子在复合场中的应用问题典例2:美国科学家密立根通过油滴实验首次测得电子的电荷量。
油滴实验的原理如图所示,两块水平放置的平行金属板与电源相连,上、下板分别带正、负电荷。
油滴从喷雾器喷出后,由于摩擦而带电,经上板中央小孔落到两板间的匀强电场中,通过显微镜可以观察到油滴的运动情况,两金属板间的距离为d,忽略空气对油滴的浮力和阻力作用。
匀强电场中的力学问题陕西省宝鸡市陈仓区教研局教研室邢彦君匀强电场中的力学问题,是常见的力电综合问题,也是高考命题的热点,这类问题有以下几种类型。
一、静止问题处在匀强电场中的速度为零的带电物体所受的外力的合力为零时,带电物体处于静止状态。
求解这类问题的基本方法是力的平衡条件。
例1如图1-a所示,有三根长度皆为L=1.00m的不可伸长的绝缘轻线,其中两根绳的一端固定在天花板上的O点,另一端分别挂有质量皆为m=1.0010-2kg的带电小球A和B,它们的电量分别为-q和+q,且q=1.0010-7C.A、B球之间用第三根线连接起来。
空间存在E=1.00106N/C的匀强电场,场强方向水平向右,平衡时A、B两球的位置如图示.现将O、B之间的线烧断,由于有空气阻力,A、B两球最后会达到新的平衡为位置。
问:最后两球的机械能与电势能的总和与烧断前相比减少了多少?(不计两小球间相互作用的静电力)分析与求解:设烧断OB线后,两球最终静止后的位置如图1-b所示,此时线OA、OB与竖直方向的夹角分别为,A球受力如图1-c所示,由力的平衡条件有:,B球受力如图1-d所示,由力的平衡条件有:解以上四式得:,,由此可知,最终静止后两球的位置如图1-e所示。
与烧断OB线之前相比:A球的重力势能减少了,B球的重力势能减少了,A球的电势能增加了,B球的电势能减少了。
两球的机械能与电势能总和减少了W=W B-W A+E A+E B,代入已知数据解以上几式得W=6.810-2J。
本题解答中,求解最终静止后两球的位置时,若选两球整体为研究对象,则这个整体只受重力和OA线的拉力作用,由此便可很方便的知道,即OA线处在竖直位置。
二、匀速直线运动问题处在静电场中的速度不为零的带电体,所受外力的合力为零时,带电体做匀速直线运动。
这两类问题的基本方法是力的平衡条件。
例2如图2所示,在水平地面上有一倾角为θ的绝缘斜面,斜面所处空间有水平向右的匀强电场,电场强度为E。
带电粒子在电场中的运动问题(习题课)电场中的带电粒子问题是高考命题频率最多的问题,题型有选择、填空和计算,其难度在中等以上。
考题涉及的电场有匀强电场也有非匀强电场或交变电场,涉及的知识不全为电场知识,还有力学的有关知识。
带电粒子在电场中的运动问题大致可分为三类:其一为平衡问题;其二为直线运动问题;其三为偏转问题。
解答方法首先是对带电粒子的受力分析,然后再分析运动过程或运动性质,最后确定运用的知识或采用的解题观点。
(平衡问题运用的是物体的平衡条件;直线运动问题用到的是运动学公式、牛顿第二定律、动量关系及能量关系;偏转问题用到的是运动的合成与分解,以及运动学中的平抛运动的规律。
)下文就分析带电粒子在电场中的这三类问题。
典型案例一、带电粒子的平衡问题⑴带电粒子的平衡问题。
用到的知识是mg F ,qE F ==。
⑵平行板电容器间的电场, d U E =,电容器始终与电源相连时,U 不变;在与电源断开后再改变电容器的其它量时,Q 不变。
要掌握电容表达式kd S C πε4=。
例1.(1995年上海高考)如图所示,两板间距为d 的平行板电容器与电源连接,电键x 闭合。
电容器两板间有一质量为m ,带电量为q 的微粒静止不动。
下列各叙述中正确的是:A.微粒带的是正电B.电源电动势大小为qmgd C.断开电键k ,微粒将向下做加速运动D.保持电键k 闭合,把电容器两板距离增大,微粒将向下做加速运动1.如图所示,一带负电的小球悬挂在两极板相距d 的平行板电容器内,接通开关K 后,悬线与竖直方向的偏角为:A.若K 闭合,减小d ,则增大B.若K 闭合,减小d ,则减小C.若K 断开,增大d ,则减小D.若K 断开,增大d ,则增大 2.如图所示,在两平行金属板间的匀强电场中的A 点处有一个带电微粒保持静止状态,已知两金属板间电势差为U ,两板间距离为d ,则该带电微粒的电量与质量之比为______。
3.如图所示,平行板电容器充电后不切断电源,板间原有一个带电尘粒在场中保持静止,现下板保持不动,上板平行向左移动(移动距离不超过半个板长),这过程中,AB 导线中有电流流过,电流方向是______,尘粒将______。
技法点拨详例涉及库仑定律的力学综合问题■张德胜在静电学中,库仑定律作为独立的、基础的内容定量揭示了真空中点电荷间相互作用力所遵从的规律,在库仑定律基础上,利用库仑定律与万有引力定律的相似性,我们才能研究电场力的性质与能的性质这两方面电场的核心内容。
一、典例剖析1.库仑定律与物体的平衡例1.两根长为L 的细线下端各悬一质量为m 的带电小球A 、B ,A 、B 带电量分别为+q 和-q ,今加一大小为E 方向水平向左的匀强电场,使连接A 、B 的线(长为L )拉直,并使两小球处于静止状态,要使其呈现图1所示平衡状态,则E 的大小至少为多少?图1图2解析:使AB 刚好拉直的临界条件为AB 线的张力为零,此时匀强电场场强最小。
分析A 球受力如图2所示,根据共点力的平衡条件,对A 球有:T sin600-mg =0①T cos600+F BA =F ②F BA =kq 2L2③而F =qE④四式联立得:E =F q =kqL 2+点评:本题以引用电场的迭加问题考查了共点力的平衡条件、库仑定律及物体平衡中的临界现象。
该题型发散性较强,在力电综合题中已成为一个热点题型。
2.库仑定律与动力学例2.如图3所示,在光滑绝缘的水平面上沿一直线等距离排列三个小球A 、B 、C ,三球质量均为m ,间距均为L 。
若小球均带电,且q A =+10q ,q B =+q ,为保证三球间距不发生变化,将一水平向右的恒力作用于C 球,使三者一起向右匀加速运动。
求:(1)恒力F 的大小;(2)C 球的电性及电量。
解析:(1)因A 、B 带同种电荷,A 受到B 的库仑力向左,要使A 向右匀加速运动,则A 球必须受到C 球施加的向右的库仑力作用,因之C 球一定带负电。
(2)设三者的加速度为a ,由牛顿第二定律,对A 、B 、C 三球整体有:F =3ma ①对A 球:k 10qq C /L 2-K 10qq/L 2=ma ②对B 球:k10qq/L 2+Kqq C /L 2=ma ③解②③两式得:q C =40q/3(负电)①③联立并将q C =40q/3带入得:F =70kq 2/L2图3图4点评:本题以多个球间的库仑力为背景,在知识概念上重点考查库仑定律、牛顿第二定律;在解题方法上重点考查动力学解题的隔离法与整体法。
静电场与力学综合问题热点解析静电场与力学的综合问题一向是高考的热点之一,由于此类问题涉及应用力学去分析现象、探究规律,往往对考生提出了较高的能力要求.在高考一轮复习中,系统整理应用力学方法解决电场问题的思路和手段,对提高分析能力、熟练掌握力学技巧的应用等大有益处.纵观近几年全国各地的高考试卷,涉及静电场与力学的综合问题的题型在悄悄的变化,如“电场中的圆周运动问题”的考查频率已有所降低,而近年来高考的热点主要集中在以下两种类型.一、直线运动问题带电体在电场中的直线运动主要包括:匀速直线运动、匀变速直线运动、往复运动(分周期性和无周期性两种)等,一般的处理方法是先进行受力分析,确定带电体的状态后,再用牛顿运动定律、动能定律或动量守恒定律等求解.图1例1现有若干完全相同的小球(附绝缘细杆),每个小球的电荷量为q,质量为m,绝缘细杆的长度为L,质量不计,如图1所示.MN为水平放置的一对金属板,其上板的中央O处有一小孔,板间存在竖直向上的匀强电场.现将5节这样的小球串接成组后竖直放置于O点并将其由静止释放,在运动过程中它始终保持竖直,现发现在第2个(自下往上)小球进入电场后到第3个小球进入电场前这一过程中,小球组做匀速运动,求:(1)两板间的电场强度E;(2)第几个小球进入电场时恰好速度为零?(3)若增加小球组小球的数目,重复上述过程,但仍要求某一小球进入电场时恰好速度为零,则至少需增加几个小球?思路点拨从受力分析的角度看小球组进入电场后先做匀加速运动再做匀速运动,最后做匀减速运动,(1)问涉及匀速运动为平衡状态,应从力的角度解答,(2)、(3)问如用动能定理可忽略中间过程而使解题大为简化.解析(1)小球组做匀速运动时,由平衡条件知2Eq=5mg,即E=2.5mgq.(2)设第n个小球进入电场时速度恰好为零,由动能定理知:(n-1)5mgL-EqL[(n-1)+(n-2)+…+2+1]=0,即(n-1)5mgL=EqLn(n-1)2,得n=4.(3)设增加到x个小球,当第n个小球刚进入时,若恰好速度为零,则有x(n-1)mgL=EqL[(n-1)+(n-2)+…+2+1],得x=1.25n,x、n取正整数,n最小为4,其次为8,x最小为5,其次为10,故至少应增加5个球.解后反思对数学方法解出的结果往往要结合物理情形进行进一步的讨论.例2如图2甲所示,在光滑绝缘水平面的AB区域内存在水平向右的电场,电场强度E随时间的变化如图2乙(b)所示.不带电的绝缘小球P2静止在O点.t=0时,带正电的小球P1以速度v0从A点进入AB区域.随后与P2发生正碰后反弹,反弹速度是碰前的23倍.P1的质量为m1,带电量为q,P2的质量为m2=5m1,A、O间距为L0,O、B间距为L=4L03.已知qE0m1=2v203L0,T=L0v0.求:(1)求碰撞后小球P1向左运动的最大距离及所需时间.(2)讨论两球能否在OB区间内再次发生碰撞.图2思路点拨本题有两个研究对象,且物体的受力情况和运动情况都较为复杂,故解题的关键是对物体的运动过程进行分段解剖,画出草图,弄清不同过程中两个物体的运动状态及它们的相互位置关系.解析(1)P1经t1时间,与P2碰撞,则t1=L0v0,P1、P2碰撞设碰后P1速度为v1(v1=-23v0),P2速度为v2,由动量守恒有m1v0=m1v1+m2v 2.解得v2=13v0(方向水平向右).碰撞后小球P1向左运动的最大距离s m=v212a 1.又a1=qE0m1=2v203L0,解得s m=L03,所需时间t2=v1a1=L0v0.(2)设P1、P2碰撞后又经Δt时间在OB区间内再次发生碰撞,且P1受电场力不变,由运动学公式,以水平向右为正.由s1=s2,有-v1Δt+12a1Δt2=v2Δt,解得Δt=3L0v0=3T(故P1受电场力不变).对P2分析:s2=v2Δt=13v0•3L0v0=L0所以假设成立,两球能在OB区间内再次发生碰撞.解后反思问题(2)中应用条件s1=s2时,正方向的选取尤其重要.在同一个物理问题中,即使研究对象有几个,通常建议只取一个相同的正方向,这样不容易出错.二、带电粒子在电场中的偏转问题带电粒子在电场中的偏转问题又可分为恒定场和交变场两种,带电粒子在恒定电场中偏转的轨迹为抛物线,解题的基本思路就是分解;若偏转电场为交变电场,则可重点对侧向进行单独研究,讨论侧向上粒子的运动情况,而垂直于电场方向的运动(通常为匀速)对其一般没有影响.例3如图3所示为研究电子枪中电子在电场中运动的简化模型示意图.在xOy平面上的ABCD区域内,存在两个场强大小均为E的匀强电场Ⅰ和Ⅱ,两电场的边界均是边长为L的正方形(不计电子所受重力).(1)在该区域AB边的中点处由静止释放电子,求电子离开ABCD区域的位置.(2)在电场Ⅰ区域内适当位置由静止释放电子,电子恰能从ABCD区域左下角D处离开,求所有释放点的位置.(3)若将左侧电场Ⅱ整体水平向右移动Ln(n≥1),仍使电子从ABCD区域左下角D处离开(D不随电场移动),求在电场Ⅰ区域内由静止释放电子的所有位置.图3思路点拨电子在电场Ⅰ中做匀加速直线运动而在电场Ⅱ中做类平抛运动,离开电场后做匀速直线运动,可画出运动过程的示意图来将不同过程的运动连接起来.解析(1)设电子的质量为m,电量为e,电子在电场Ⅰ中做匀加速直线运动,出区域Ⅰ时的速度为v0,此后电场Ⅱ做类平抛运动,假设电子从CD 边射出,出射点纵坐标为y,有eEL=12mv20,L2-y=12at2=12eEmLv0 2.解得y=14L,所以原假设成立,即电子离开ABCD区域的位置坐标为-2L,14L.(2)设释放点在电场区域Ⅰ中,其坐标为(x,y),在电场Ⅰ中电子被加速到v1,然后进入电场Ⅱ做类平抛运动,并从D点离开,有eEx=12mv21,y=12at2=12eEmLv12,解得xy=L24,即在电场Ⅰ区域内满足方程的点即为所求位置.(3)设电子从(x,y)点释放,在电场Ⅰ中加速到v2,进入电场Ⅱ后做类平抛运动,在高度为y′处离开电场Ⅱ时的情景与(2)中类似,然后电子做匀速直线运动,经过D点,则有eEx=12mv22,y-y′=12at2=12eEmLv22,v y=at=eELmv2,y′=v yLnv2,解得xy=L212n+14,即在电场Ⅰ区域内满足方程的点即为所求位置.解后反思有部分答题者对题中求“释放点的位置”误解为一定要将x、y的值分别求出,从而陷入困境.实际上只要求出x、y间的关系式就可以了.图4例4如图4所示,加速电压U0=5000V,偏转极板长L1=10cm,宽d= 4.0cm;在L2=75cm处有一直径D=20cm的圆筒,筒外卷有记录纸,整个装置放在真空中.电子从阴极发射时的初速度不计,在金属板A、B上加交变电压u1=U1cos2πt(U1=1000V)时,圆筒又绕其中心轴匀速转动,转速n=2.0r/s,可得电子在记录纸上的轨迹,试将1.0s内所记录的图形画出Yt图(记录纸在圆筒转动过程中被匀速抽出).思路点拨由于电子在电场中的飞行时间t=L1v0=L12eU0m=2.38×10-9s,远小于交流电的周期T=1s,故可近似认为每个电子在通过A、B两板的过程中板间电压不变,电子做抛物线运动.解析用正交分解法研究其运动规律可知,电子打在圆筒上的点到筒中心的距离满足Y=y+L2tanθ=eu1L1mdv20L12+L2=eL1(L1+2L2)2mdv20U1cos2πt.式中y为电子离开电场时的侧向位移,θ为偏转角,y=12eu1mdL1v02,tanθ=u1eL1mdv20,可见,记录纸上的电子在y方向上随交变电压做简谐振动,其最大偏移为Y m=eL1(L1+2L2)U12mdv20=0.20m.图5由圆筒转动的周期T′=0.5s,则可画得1s(u1的周期)内记录到的轨迹曲线(如图5所示),该Yt图的周期由u1的周期决定.思考若记录纸不被抽出,而是重复记录,图像又如何?解后反思解题中要敢于忽略次要矛盾,将每个电子运动的极短时间内的电场视为恒定电场;另外Y仅由u1的特性决定(即Y与时间t的函数关系必定与u1与t的函数关系相同)的规律要会灵活应用.小结:力学方法在静电场问题中的应用规律——1.所有问题都应先通过受力分析确定物体的状态.2.匀变速直线运动问题一般用力的方法处理,非匀变速直线运动通常可用动能定理来解,如是碰撞问题,则动量守恒定律常常有用武之地.3.对带电粒子在电场中的偏转问题的常规处理方法要熟悉(有关偏转角和侧移的公式最好能记住),对交变电场问题要善于抓主要矛盾.4.当带电体做一般的曲线运动时,通常可用动能定理来处理,而等效场的手段在电场中讨论某些问题(特别是圆)时可使问题大大简化.。
电场精选一:电场的基本知识1.在真空中同一条直线上的A 、B 两点固定有电荷量分别为+4Q 和-Q 的点电荷。
①将另一个点电荷放在该直线上的哪个位置,可以使它在电场力作用下保持静止?②若要求这三个点电荷都只在电场力作用下保持静止,那么引入的这个点电荷应是正电荷还是负电荷?电荷量是多大?2.已知如图,带电小球A 、B 的电荷分别为Q A 、Q B ,OA=OB ,都用长L的丝线悬挂在O 点。
静止时A 、B 相距为d 。
为使平衡时AB 间距离减为d /2,可采用以下哪些方法A.将小球A 、B 的质量都增加到原来的2倍B.将小球B 的质量增加到原来的8倍C.将小球A 、B 的电荷量都减小到原来的一半D.将小球A 、B 的电荷量都减小到原来的一半,同时将小球B 的质量增加到原来的2倍3.已知如图,在光滑绝缘水平面上有三个质量都是m 的相同小球,两两间的距离都是l ,A 、B 电荷量都是+q 。
给C 一个外力F ,使三个小球保持相对静止共同加速运动。
求:C 球的带电电性和电荷量;外力F 的大小。
4.如图所示,半经为r 的硬橡胶圆环上带有均匀分布的正电荷,其单位长度上的带电量为q ,现截去环上一小段AB ,AB 长为l(l<<r),则剩余部分在圆心O 处产生的场强多大?方向如何?如图,一半径为R 的绝缘球壳上均匀地带有电量为+Q 的电荷,另一个电量为十q 的点电荷在球心O 上,由于对称性,点电荷受力为零。
现在球壳上挖去半径为r (r <R )的一个小圆孔,则此时置于球心的点电荷所受的力的大小为____(已知静电力常量k ),方向为____。
5.一平行板电容器充电后与电源断开,负极板接地,在两极板间有一正电荷(电量很小)固定在P 点,如图所示,以E 表示两板间的场强,U 表示电容器的电压,W 表示正电荷在P 点的电势能.若保持负极板不动,将正极板移到图中虚线所示的位置,则( )A .U 变大,E 不变B .E 变大,W 变大C .U 变小,W 不变D .U 不变,W 不变6.如图所示,在光滑绝缘的水平面上固定一个金属小球A ,用绝缘弹簧把A 与另一个金属小球B 连接起来,然后让A 和B 带等量同种电荷,此时弹簧伸长量为x 0,如果由于某种原因,A 、B 两球电量各漏掉一半,伸长量变为x ,则x 与x 0的关系一定满足( )A .x =x 0/2B .x =x 0/4C .x >x 0/4D .x <x 0/47..如图,带正电的金属圆环竖直放置,其中心处有一电子,若电子某一时刻以初速v 0从圆环中心处水平向右运动,则此后电子将()A.作匀速直线运动B.作匀减速直线运动C.以圆心为平衡位置振动D.以上答案均不对8.如图所示,在长度相同的两条绝缘细线下挂着质量均为川的带同种电荷的小球,它们 所带的电荷量分别为q 1和q 2,若q 1>q 2,则两细线与竖直方向间的夹角θ1和θ2的关系为:cA .θ1>θ 2 C .θ1=θB .θ1>θ D .无法确定9.如图所示,两根光滑绝缘杆可在同一竖直平面内绕交点转动,两杆上各穿一个质量m 电量q 的小球,两杆与水平面夹角都为θ时,两球处于静止状态(如图)现使两杆同时绕交点缓慢转动,小球在杆上的位置也随之改变,θ为何值时小球到交点距离最小?最小值多大?10.一根置于水平面上光滑玻璃管内部有两个完全一样的弹性金属小球A 和B ,分别带十9Q 和一Q 的电量,由如图位置静止释放,问小球再次经过图中位置时A 的加速度为释放前几倍?11.如图所示,甲、乙两带电小球的质量均为m ,所带电量分别为q 和-q ,两球间用绝缘细线相连。
电场中的动力学和能量问题一、电势能与电场力做功从物理现象看,两个物体之间存在相互作用,必然会存在一种势能,例如重力势能、分子势能、弹性势能等。
以重力势能为例,物体从高处静止释放,物体能运动起来,动能增加,说明物体具有对外做功的本领,具有能量,把该能量称为重力势能。
产生势能的原因就是物体之间有相互作用力,将物体自由释放,相互作用力做正功,由相对位置决定的势能也释放出来,转化为其他形式的能,势能减小。
若克服相互作用移动物体,物体间具有势能将增加,其他形式的能转化为势能储存起来。
所有的势能产生原因一样。
势能的变化由相互作用力做功决定。
不同势能变化规律相同。
其规律为:相互作用力做正功,势能减小;相互作用力做负功,势能增加。
势能规律与动能定理有区别,合外力做正功,动能将增加。
合外力做负功,动能将减小。
它们规律不同就是因为产生原因不同。
例1:如图所示,固定在Q点的正点电荷的电场中有M、N两点,已知<,下列叙述正确的是()A.若把一正的点电荷从M点沿直线移动N点,则电场力对该电荷做功,电势能减少B.若把一正的点电荷从M点沿直线移到N点,则该电荷克服电场力做功,电势能增加C.若把一负的点电荷从M点沿直接移到N点,则电场力对该电荷做功,电势能减少D.若把一负的点电荷从M点沿直线移到N点,再从N点沿不同路径移回到M点;则该电荷克服电场力做的功等于电场力对该电荷所做的功,电势能不变探析:如图,ΦM>ΦN,U MN>0,W=U MN·q,若q>0,W>0,电场力做正功,电势能减小。
若q<0,W<0,电场力做负功,电势能增加。
选AD二、电场中不同力做功对应不同能量改变这里的能量问题要善于把握功能关系这个核心。
其基本对应规律为,在电场中:1.电场力做功→电势能变化(势能规律)W电=-ΔE P=-(E P末-E P初)=E P初-E P末2.重力做功→重力势能变化(势能规律)WG=-ΔE P=-(E P末-E P初)=E P初-E P末3.合外力做功→动能变化(动能定理)W合=E K末-E K初4.除重力、弹力以外的力做功→E机变化探析:如果只有重力、弹力做功,机械能守恒不变。
专题二-电场中的力学综合问题
————————————————————————————————作者:————————————————————————————————日期:
B以
高中同步测试卷(九)
专题二电场中的力学综合问题
(时间:90分钟,满分:100分)
一、单项选择题(本题共7小题,每小题4分,共28分.在每小题给出的四个选项中,只有一个选项正确.)
1.如图甲所示,质量均为m的a、b两球用绝缘细线相连,a球又用绝缘细线挂在O 点,两带电小球电荷量分别为+q和-q.加一个向左的匀强电场,平衡后两线都拉紧,则两球所处位置可能是图乙中的()
2.如图甲所示,在x轴上有一个点电荷Q(图中未画出),O、A、B为x轴上三点.放在A、两点的检验电荷受到点电荷Q的电场力跟检验电荷所带电荷量的关系如图乙所示.x轴的正方向为电场力的正方向,下列说法错误的是()
A.点电荷Q一定为正点电荷B.点电荷Q在A、B之间
C.A点的电场强度大小为2×103N/C D.同一电荷在A点所受的电场力比B点的大
3.如图所示,在粗糙绝缘的水平地面上放置一带正电的物体甲,现将另一个也带正电的物体乙沿着以甲为圆心的竖直平面内的圆弧由M点移动到N点,若此过程中甲始终保持静止,甲、乙两物体可视为质点,则下列说法正确的是()
A.乙的电势能先增大后减小
C.甲受到地面的摩擦力不变
B.甲对地面的压力先增大后减小
D.甲受到地面的摩擦力先增大后减小
4.正对放置的两块等大平行金属板M、N与电源连接,两板间有一带电粒子以速度v
0沿直线运动;当粒子运动到P点时,由于M板的迅速移动,粒子向上偏转,如图所示,则下列说法正确的是()
A.粒子带负电
C.板间电场强度减小
B.M板向上移动
D.电容器的电容变大
5.如图所示,xOy平面内有一匀强电场,场强为E,方向未知,电场线跟x轴的负方向夹角为θ,电子在坐标平面xOy内,从原点O以大小为v0、方向沿x轴正方向的初速度射入电场,最后打在y轴上的M点.电子的质量为m,电荷量为e,重力不计.则()
A.O点电势高于M点电势
B.运动过程中,电子在M点电势能最大
C.运动过程中,电子的电势能先减少后增加
D.电场力对电子先做负功,后做正功
6.质量为m的物块,带正电荷为Q,开始时让它静止在倾角α=60°的固定光滑绝缘斜面顶端,整个装置放在水平向左、大小为E=
释放物块后,物块落地的速度大小为()
3mg
Q的匀强电场中,如图所示.斜面高为H,A.2gH B.
5
2gH
C.22gH D.2
2
3gH
7.如图所示,有一个半径R=53m的光滑绝缘圆周轨道固定在竖直面内,位于水平向右的匀强电场中,一个质量为m的带电小球在圆周轨道内侧运动,小球所受的电场力与重力之比为1∶ 3.要使小球在整个圆周轨道内侧运动不脱离轨道,小球在轨道内侧运动过程中的最小速度为()
A.63m/s B.53m/s
⎛k q 2+mg ⎫L A .小物体上升的最大高度为 1
C .5 2 3 m/s
D .10 m/s
二、多项选择题(本题共 5 小题,每小题 6 分,共 30 分,在每小题给出的四个选项
中,有多个选项符合题意.)
8.如图所示,一长为 L 的绝缘细线下端系一质量为 m 的金属小球,并带
有-q 的电荷量,在细线的悬点 O 处放一带电荷量为+q 的点电荷.要使金
属小球能在竖直平面内做完整的圆周运动,已知静电力常量为 k ,不计空气
阻力,下列说法正确的是(
)
A .金属小球在做圆周运动的过程中机械能守恒
B .金属小球在做圆周运动的过程中机械能不守恒
C .金属小球在最高点的最小速度值 v 0= gL
D .金属小球在最高点的最小速度值 v 0=
⎝ L 2 ⎭ m
9.如图所示,粗糙程度均匀的绝缘斜面下方 O 点处有一正点
电荷,带负电的小物体以初速度 v 1 从 M 点沿斜面上滑,到达 N 点时 速度为零,然后下滑回到 M 点,此时速度为 v 2(v 2<v 1).若小物体电荷 量保持不变,OM =ON ,则(
)
v 2+v 2
2 4g
B .从 N 到 M 的过程中,小物体的电势能逐渐减小
C .从 M 到 N 的过程中,电场力对小物体先做负功后做正功
D .从 N 到 M 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
10.在光滑水平面内有一沿 x 轴的静电场,其电势 φ 随坐
标 x 的改变而变化,变化的图线如图所示(图中 φ0,-φ0,x 1,x 2, x 3,x 4 均已知).有一质量为 m ,电荷量为 q 的带负电的小球在 O 点以某一未知初速度 v 0 沿 x 轴正向运动到点 x 4.则下列说法正确的 是(
)
A .带电小球在 O ~x 1 间加速,在 x 1~x 2 间减速
B .带电小球在 x 1~x 2 间减速,在 x 2~x 3 间加速
C .初速度 v 0 应满足 v 0≥
2qφ0 m
D .若 v 0=
2qφ0 m
,带电小球在运动过程中最大速度为 v m =
2 qφ0 m
11.如图所示,竖直向上的匀强电场中,绝缘轻质弹簧竖直立于
水平地面上,上面放一质量为 m 的带正电小球,小球与弹簧不连接,施加
A .A 、
B 两点的电势差为 B .匀强电场的电场强度大小为
外力 F 将小球向下压至某位置静止.现撤去 F ,小球从静止开始运动到离开弹簧的过程中,
重力、电场力对小球所做的功分别为 W 1 和 W 2,小球离开弹簧时速度为 v ,不计空气阻力,
则上述过程中(
)
A .小球与弹簧组成的系统机械能守恒
B .小球的重力势能增加-W 1 1
C .小球的机械能增加 W 1+2m v
2
D .小球的电势能减少 W 2
12.如图所示,虚线为空间电场的等势面,电荷量为-q 的小
球(重力不计),在恒定拉力 F 的作用下沿直线由 A 匀速运动到 B ,已
知 AB 和等势面间夹角为 θ,A 、B 间距离为 d ,则(
)
Fdsin θ
q
Fsin θ
q
C .带电小球由 A 运动到 B 的过程中,电势能减少了 Fdsin θ
D .若要使带电小球由 B 向 A 做匀速直线运动,则力 F 不变
题号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
答案
三、计算题(本题共 4 小题,共 42 分.解答时应写出必要的文字说明、方程式和重
要的演算步骤,只写出最后答案的不能得分,有数值计算的题,答案中必须明确写出数值和
单位.)
13.(10 分)如图所示,竖直平面内有一圆形光滑绝缘细管,细管截
面半径远小于半径 R ,在中心处固定一带电荷量为+Q 的点电荷.质量
为 m 、带电荷量为+q 的带电小球在圆形绝缘细管中做圆周运动,当小
球运动到最高点时恰好对细管无作用力,求当小球运动到最低点时对管
壁的作用力是多大?
14.(10 分)电学中有些仪器经常用到下述电子运动的物理原
理.某一水平面内有一直角坐标系 xOy ,x =0 和 x =L =10 cm 的区间
内有一沿 x 轴负方向的有理想边界的匀强电场 E 1=1.0×104 V/m ,x = L 和 x =3L 的区间内有一沿 y 轴负方向的有理想边界的匀强电场 E 2= 1.0×104 V/m ,一电子(为了计算简单,比荷取为 e /m =2×1011C/kg)
从直角坐标系 xOy 平面内的坐标原点 O 以很小的速度进入匀强电场 E 1,计算时不计此速度 且只考虑 xOy 平面内的运动.求:
(1)电子从 O 点进入到离开 x =3L 处的电场所需的时间;
4
(2)电子离开 x =3L 处的电场时的 y 坐标;
(3)电子离开 x =3L 处的电场时的速度大小和方向.
15.(10 分)如图所示,ab 是半径为 R 的圆的一条直径,该圆处于匀
强电场中,场强大小为 E ,方向一定,在圆周平面内,将一带正电荷q 的小
球从 a 点以相同的动能抛出,抛出方向不同时,小球会经过圆周上不同的点,
在所有的这些点中,到达 c 点时小球的动能最大.已知∠cab =30°,若不计
重力和空气阻力,试求:
(1)电场方向与 ac 间的夹角 θ为多大?
(2)若小球在 a 点时初速度方向与电场方向垂直,则小球恰好能落在 c 点,那么初动能
为多大?
16.(12 分)如图所示,在竖直平面内,AB 为水平放置的绝缘
粗糙轨道,CD 为竖直放置的足够长绝缘粗糙轨道,AB 与 CD 通过四
分之一绝缘光滑圆弧形轨道平滑连接,圆弧的圆心为 O ,半径 R =0.50
m ,轨道所在空间存在水平向右的匀强电场,电场强度的大小 E = 1.0×104 N/C ,现有质量 m =0.20 kg ,电荷量 q =8.0×10- C 的带电
体(可视为质点),从 A 点由静止开始运动,已知 s AB =1.0 m ,带电体与轨道 AB 、CD 间的动 摩擦因数均为 0.5.假定带电体与轨道之间的最大静摩擦力和滑动摩擦力相等.求:(取 g =10
m/s 2)
(1)带电体运动到圆弧形轨道 C 点时的速度;
(2)带电体最终停在何处.。