人教版選修31 1.14帶電粒子在電場(chǎng)中的加速和偏轉(zhuǎn) 學(xué)案.doc

高中物理帶電粒子在電場(chǎng)中的加速和偏轉(zhuǎn)一、考點(diǎn)突破：知識(shí)點(diǎn)考綱要求題型說明帶電粒子在電場(chǎng)中的加速和偏轉(zhuǎn)1. 掌握帶電粒子在電場(chǎng)中的加速和偏轉(zhuǎn)分析方法；2. 會(huì)利用動(dòng)力學(xué)和能量觀點(diǎn)解決帶電粒子的加速和偏轉(zhuǎn)的綜合問題；3. 掌握同電場(chǎng)加速和偏轉(zhuǎn)的結(jié)論。計(jì)算題本知識(shí)點(diǎn)屬于高考重點(diǎn)、難點(diǎn)，每年必考，主要考查利用基本規(guī)律和方法解決綜合問題的能力，通常以壓軸題的形式出現(xiàn)。二、重難點(diǎn)提示：重點(diǎn)：1. 掌握帶電粒子在電場(chǎng)中的加速和偏轉(zhuǎn)分析方法； 2. 會(huì)利用動(dòng)力學(xué)和能量觀點(diǎn)解決帶電粒子的加速和偏轉(zhuǎn)的綜合問題。難點(diǎn)：用動(dòng)力學(xué)和能量觀點(diǎn)解決帶電粒子的加速和偏轉(zhuǎn)的綜合問題。一、帶電粒子在電場(chǎng)中的加速和偏轉(zhuǎn)1. 靜止帶電粒子在電場(chǎng)中加速 qu0mv 2. 由靜止開始經(jīng)過同一電場(chǎng)加速后再從同一偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)射出時(shí)，偏移量：yat23. 由靜止開始經(jīng)過同一電場(chǎng)加速后再從同一偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)射出時(shí)，偏轉(zhuǎn)角：tan 聯(lián)立上述三個(gè)表達(dá)式可得：y，tan 結(jié)論：1. 不同帶電粒子從靜止進(jìn)入同一電場(chǎng)加速后再垂直進(jìn)入同一偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)，射出時(shí)的偏轉(zhuǎn)角度和位移偏轉(zhuǎn)量y是相同的，與粒子的q、m無關(guān)，即從同一位置沿相同方向射出。2. 粒子垂直進(jìn)入電場(chǎng)偏轉(zhuǎn)射出后，速度的反向延長(zhǎng)線與初速度延長(zhǎng)線的交點(diǎn)為粒子水平位移中點(diǎn)。（粒子好像是從中點(diǎn)直線射出?。?. 粒子垂直進(jìn)入電場(chǎng)偏轉(zhuǎn)射出時(shí)，速度偏轉(zhuǎn)角正切值（tan）等于位移偏轉(zhuǎn)角正切值（tan）的兩倍（tan=2tan）。二、帶電粒子在勻強(qiáng)電場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)的功能關(guān)系當(dāng)討論帶電粒子的末速度v時(shí)也可以從能量的角度進(jìn)行求解：quymv2mv，其中uyy指初、末位置間的電勢(shì)差。 例題1 如圖所示，一價(jià)氫離子（h）和二價(jià)氦離子（he）的混合體，經(jīng)同一加速電場(chǎng)加速后，垂直射入同一偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)中，偏轉(zhuǎn)后，打在同一熒光屏上，則它們（）a. 同時(shí)到達(dá)屏上同一點(diǎn)b. 先后到達(dá)屏上同一點(diǎn)c. 同時(shí)到達(dá)屏上不同點(diǎn)d. 先后到達(dá)屏上不同點(diǎn)思路分析：一價(jià)氫離子（h）和二價(jià)氦離子（he）的比荷不同，經(jīng)過加速電場(chǎng)的末速度不同，因此在加速電場(chǎng)及偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)的時(shí)間均不同，但在偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)距離相同，所以會(huì)先后打在屏上同一點(diǎn)，選b.答案：b例題2 絕緣光滑水平面內(nèi)有一圓形有界勻強(qiáng)電場(chǎng)，其俯視圖如圖所示，圖中xoy所在平面與光滑水平面重合，電場(chǎng)方向與x軸正向平行，電場(chǎng)的半徑為rm，圓心o與坐標(biāo)系的原點(diǎn)重合，場(chǎng)強(qiáng)e2 n/c.一帶電荷量為q1105 c、質(zhì)量m1105 kg的粒子，由坐標(biāo)原點(diǎn)o處以速度v01 m/s沿y軸正方向射入電場(chǎng)（重力不計(jì)），求：（1）粒子在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間；（2）粒子出射點(diǎn)的位置坐標(biāo)；（3）粒子射出時(shí)具有的動(dòng)能。思路分析：（1）粒子沿x軸負(fù)方向做勻加速運(yùn)動(dòng)，加速度為a，則有：eqma，xat2沿y軸正方向做勻速運(yùn)動(dòng)，有yv0tx2y2r2解得t1 s.（2）設(shè)粒子射出電場(chǎng)邊界的位置坐標(biāo)為（x1，y1），則有x1at21，y1v0t1，即出射點(diǎn)的位置坐標(biāo)為（1，1）。（3）射出時(shí)由動(dòng)能定理得eqx1ekmv代入數(shù)據(jù)解得ek2.5105 j.答案：（1）1 s（2）（1，1）（3）2.5105 j【方法提煉】處理帶電粒子在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的一般步驟帶電粒子在勻強(qiáng)電場(chǎng)中加速和偏轉(zhuǎn)，帶電粒子的加速是一種勻變速直線運(yùn)動(dòng)，帶電粒子的偏轉(zhuǎn)是一種勻變速曲線運(yùn)動(dòng)，類似于平拋運(yùn)動(dòng)。處理帶電粒子在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的一般步驟是：（1）分析帶電粒子的受力情況，尤其要注意是否應(yīng)該考慮重力，電場(chǎng)力是否恒定等。（2）分析帶電粒子的初始狀態(tài)及條件，確定帶電粒子是做直線運(yùn)動(dòng)還是曲線運(yùn)動(dòng)。（3）建立正確的物理模型，確定解題方法是動(dòng)力學(xué)，還是能量守恒（或動(dòng)能定理）。（4）利用物理規(guī)律或其他手段（如圖象等）找出物理量間的關(guān)系，建立方程組。滿分訓(xùn)練：如圖所示，在豎直平面內(nèi)，ab為水平放置的絕緣粗糙軌道，cd為豎直放置的足夠長(zhǎng)絕緣粗糙軌道，ab與cd通過四分之一絕緣光滑圓弧形軌道平滑連接，圓弧的圓心為o，半徑r0.50 m，軌道所在空間存在水平向右的勻強(qiáng)電場(chǎng)，電場(chǎng)強(qiáng)度的大小e1.0104 n/c，現(xiàn)有質(zhì)量m0.20 kg，電荷量q8.0104 c的帶電體（可視為質(zhì)點(diǎn)），從a點(diǎn)由靜止開始運(yùn)動(dòng)，已知sab1.0 m，帶電體與軌道ab、cd間的動(dòng)摩擦因數(shù)均為0.5.假定帶電體與軌道之間的最大靜摩擦力和滑動(dòng)摩擦力相等。（取g10 m/s2）求： （1）帶電體運(yùn)動(dòng)到圓弧形軌道c點(diǎn)時(shí)的速度；（2）帶電體最終停在何處。思路分析：（1）設(shè)帶電體到達(dá)c點(diǎn)時(shí)的速度為v，從a到c由動(dòng)能定理得：qe（sabr）mgsabmgrmv2解得v10 m/s（2）設(shè)帶電體沿豎直軌道cd上升的最大高度為h，從c到d由動(dòng)能定理得：mghqeh0m