教科版選修31 第一章 第8講 習(xí)題課帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng) 課件（29張）.pptx

第一章靜電場(chǎng) 第8講習(xí)題課 帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng) 1 加深對(duì)電場(chǎng)中帶電粒子的加速和偏轉(zhuǎn)的理解和應(yīng)用 2 掌握電場(chǎng)中帶電粒子的圓周運(yùn)動(dòng)問(wèn)題的分析方法 目標(biāo)定位 二 帶電粒子在電場(chǎng)中的類平拋運(yùn)動(dòng) 三 帶電粒子在交變電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng) 對(duì)點(diǎn)檢測(cè)自查自糾 欄目索引 一 帶電粒子在電場(chǎng)中的直線運(yùn)動(dòng) 四 帶電粒子在電場(chǎng)中的圓周運(yùn)動(dòng) 一 帶電粒子在電場(chǎng)中的直線運(yùn)動(dòng) 例1如圖1所示 水平放置的a b兩平行板相距h 上極板a帶正電 現(xiàn)有質(zhì)量為m 電荷量為 q的小球在b板下方距離b板為h處 以初速度v0豎直向上從b板小孔進(jìn)入板間電場(chǎng) 1 帶電小球做何種運(yùn)動(dòng) 典例精析 解析答案 圖1 解析帶電小球在電場(chǎng)外只受重力的作用做勻減速直線運(yùn)動(dòng) 在電場(chǎng)中受重力和電場(chǎng)力作用做勻減速直線運(yùn)動(dòng) 答案見(jiàn)解析 2 欲使小球剛好打到a板 a b間電勢(shì)差為多少 解析答案 總結(jié)提升 圖1 答案見(jiàn)解析 返回 總結(jié)提升 1 帶電小球 帶電油滴 帶電顆粒等一些帶電體的重力較大 除有特殊說(shuō)明外 在分析其運(yùn)動(dòng)情況時(shí)不能忽略其重力的作用 2 帶電粒子在電場(chǎng)中做加速或減速直線運(yùn)動(dòng)時(shí) 若是勻強(qiáng)電場(chǎng) 可用動(dòng)能定理或牛頓第二定律結(jié)合運(yùn)動(dòng)學(xué)公式兩種方法分析求解 若是非勻強(qiáng)電場(chǎng) 只能用動(dòng)能定理分析求解 返回 二 帶電粒子在電場(chǎng)中的類平拋運(yùn)動(dòng) 例2長(zhǎng)為l的平行金屬板豎直放置 兩極板帶等量的異種電荷 板間形成勻強(qiáng)電場(chǎng) 一個(gè)帶電荷量為 q 質(zhì)量為m的帶電粒子 以初速度v0緊貼左極板垂直于電場(chǎng)線方向進(jìn)入該電場(chǎng) 剛好從右極板邊緣射出 射出時(shí)速度恰與右極板成30 角 如圖2所示 不計(jì)粒子重力 求 1 粒子末速度的大小 典例精析 解析答案 圖2 解析粒子離開(kāi)電場(chǎng)時(shí) 合速度與豎直方向夾角為30 由速度關(guān)系得合速度 2 勻強(qiáng)電場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng) 解析答案 圖2 解析粒子在勻強(qiáng)電場(chǎng)中做類平拋運(yùn)動(dòng) 在豎直方向上 l v0t 在水平方向上 vy at 由牛頓第二定律得 qe ma 3 兩板間的距離 解析答案 總結(jié)提升 圖2 總結(jié)提升 1 帶電粒子垂直進(jìn)入勻強(qiáng)電場(chǎng)中做類平拋運(yùn)動(dòng)研究方法 將運(yùn)動(dòng)分解為沿初速度方向 不一定水平 的勻速直線運(yùn)動(dòng) 沿電場(chǎng)力方向的勻加速直線運(yùn)動(dòng)沿初速度方向 l v0tvx v0 沿電場(chǎng)力方向 偏轉(zhuǎn)角 2 涉及功能關(guān)系時(shí) 也可以根據(jù)動(dòng)能定理列方程 例3如圖3所示 三個(gè)質(zhì)量相等的 分別帶正電 負(fù)電和不帶電的小球 以相同速率在平行放置的帶電金屬板間的p點(diǎn)沿垂直于電場(chǎng)方向射入電場(chǎng) 落在a b c三點(diǎn) 則 解析答案 溫馨提示 返回 圖3 a 落到a點(diǎn)的小球帶正電 落到b點(diǎn)的小球帶負(fù)電 落到c點(diǎn)的小球不帶電b 三小球在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)間相等c 三小球到達(dá)下極板的動(dòng)能關(guān)系是eka ekb ekcd 三小球在電場(chǎng)中的加速度關(guān)系是ac ab aa 解析三個(gè)小球在水平方向都做勻速直線運(yùn)動(dòng) 由圖看出水平位移關(guān)系是 xa xb xc 三個(gè)小球水平速度v0相同 由x v0t得 運(yùn)動(dòng)時(shí)間關(guān)系是 ta tb tc 選項(xiàng)b錯(cuò)誤 溫馨提示 豎直方向上三個(gè)小球都做勻加速直線運(yùn)動(dòng) 由圖看出豎直位移y大小相等 由y at2得到加速度關(guān)系為 aa ab ac 選項(xiàng)d正確 根據(jù)牛頓第二定律得到合力關(guān)系為 fa fb fc 三個(gè)小球重力相同 而平行金屬板上極板帶負(fù)極 可以判斷出來(lái)a帶正電 b不帶電 c帶負(fù)電 選項(xiàng)a錯(cuò)誤 三個(gè)小球所受合力方向都豎直向下 都做正功 豎直位移大小相等 而合力fa fb fc 則合力做功大小關(guān)系為 wa wb wc 根據(jù)動(dòng)能定理得 三小球到達(dá)下極板時(shí)的動(dòng)能關(guān)系是eka ekb ekc 故c錯(cuò)誤 答案d 溫馨提示 質(zhì)子 電子 粒子等基本粒子 由于重力遠(yuǎn)小于電場(chǎng)力 在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)不考慮重力 帶電小球 液滴等由于重力和電場(chǎng)力比較不能忽略 除非特別說(shuō)明 一般要考慮重力 返回 三 帶電粒子在交變電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng) 例4在如圖4甲所示平行板電容器a b兩極板上加上如圖乙所示的交變電壓 開(kāi)始b板的電勢(shì)比a板高 這時(shí)兩極板中間原來(lái)靜止的電子在電場(chǎng)力作用下開(kāi)始運(yùn)動(dòng) 設(shè)電子在運(yùn)動(dòng)中不與極板發(fā)生碰撞 則下述說(shuō)法正確的是 不計(jì)電子重力 典例精析 解析答案 返回 方法點(diǎn)撥 甲乙 圖4 a 電子先向a板運(yùn)動(dòng) 然后向b板運(yùn)動(dòng) 再返回a板做周期性來(lái)回運(yùn)動(dòng)b 電子一直向a板運(yùn)動(dòng)c 電子一直向b板運(yùn)動(dòng)d 電子先向b板運(yùn)動(dòng) 然后向a板運(yùn)動(dòng) 再返回b板做周期性來(lái)回運(yùn)動(dòng) 方法點(diǎn)撥 解析由運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)規(guī)律畫(huà)出如圖所示的v t圖像可知 電子一直向b板運(yùn)動(dòng) c正確 答案c 方法點(diǎn)撥 1 當(dāng)空間存在交變電場(chǎng)時(shí) 粒子所受電場(chǎng)力方向?qū)㈦S著電場(chǎng)方向的改變而改變 粒子的運(yùn)動(dòng)性質(zhì)也具有周期性 2 研究帶電粒子在交變電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)需要分段研究 并輔以v t圖像特別注意帶電粒子進(jìn)入交變電場(chǎng)時(shí)的時(shí)刻及交變電場(chǎng)的周期 返回 四 帶電粒子在電場(chǎng)中的圓周運(yùn)動(dòng) 電學(xué)知識(shí)與圓周運(yùn)動(dòng)結(jié)合的綜合問(wèn)題是近幾年高考熱點(diǎn) 解決這類問(wèn)題的基本方法和力學(xué)中的情形相同 但處理時(shí)要充分考慮到電場(chǎng)力的特點(diǎn) 明確向心力的來(lái)源 靈活應(yīng)用等效法 疊加法等分析解決問(wèn)題 知識(shí)梳理 例5如圖5所示 一絕緣細(xì)圓環(huán)半徑為r 其環(huán)面固定在水平面上 電場(chǎng)強(qiáng)度為e的勻強(qiáng)電場(chǎng)與圓環(huán)平面平行 環(huán)上穿有一電荷量為 q 質(zhì)量為m的小球 可沿圓環(huán)做無(wú)摩擦的圓周運(yùn)動(dòng) 若小球經(jīng)a點(diǎn)時(shí)速度va的方向恰與電場(chǎng)線垂直 且圓環(huán)與小球間沿水平方向無(wú)作用力 則速度va 當(dāng)小球運(yùn)動(dòng)到與a點(diǎn)對(duì)稱的b點(diǎn)時(shí) 小球?qū)A環(huán)在水平方向的作用力fb 典例精析 解析答案 圖5 返回 返回 1 帶電粒子在電場(chǎng)中的直線運(yùn)動(dòng) 多選 如圖6所示 在等勢(shì)面沿豎直方向的勻強(qiáng)電場(chǎng)中 一帶負(fù)電的微粒以一定初速度射入電場(chǎng) 并沿直線ab運(yùn)動(dòng) 由此可知 解析答案 對(duì)點(diǎn)檢測(cè) 1 2 3 4 圖6 a 電場(chǎng)中a點(diǎn)的電勢(shì)低于b點(diǎn)的電勢(shì)b 微粒在a點(diǎn)時(shí)的動(dòng)能大于在b點(diǎn)時(shí)的動(dòng)能c 微粒在a點(diǎn)時(shí)的電勢(shì)能大于在b點(diǎn)時(shí)的電勢(shì)能d 微粒在a點(diǎn)時(shí)機(jī)械能大于在b點(diǎn)時(shí)的機(jī)械能 解析帶負(fù)電微粒受重力 電場(chǎng)力 合外力與運(yùn)動(dòng)方向在同一條直線上 可知所受電場(chǎng)力方向水平向左 場(chǎng)強(qiáng)方向水平向右 沿電場(chǎng)線電勢(shì)降低 所以a點(diǎn)的電勢(shì)高于b點(diǎn)的電勢(shì) 故a錯(cuò)誤 由a到b 微粒做減速運(yùn)動(dòng) 所以動(dòng)能減小 電場(chǎng)力做負(fù)功 電勢(shì)能增加 即微粒在a點(diǎn)的動(dòng)能大于在b點(diǎn)時(shí)的動(dòng)能 在a點(diǎn)時(shí)的電勢(shì)能小于在b點(diǎn)時(shí)的電勢(shì)能 故b正確 c錯(cuò)誤 微粒從a向b運(yùn)動(dòng) 電場(chǎng)力做負(fù)功 機(jī)械能減小 選項(xiàng)d正確 答案bd 1 2 3 4 解析答案 1 2 3 4 2 帶電粒子在電場(chǎng)中的類平拋運(yùn)動(dòng) 如圖7所示 陰極a受熱后向右側(cè)空間發(fā)射電子 電子質(zhì)量為m 電荷量為e 電子的初速率為v 且各個(gè)方向都有 與a極相距l(xiāng)的地方有熒光屏b 電子擊中熒光屏?xí)r便會(huì)發(fā)光 若在a和b之間的空間里加一個(gè)水平向左 與熒光屏面垂直的勻強(qiáng)電場(chǎng) 電場(chǎng)強(qiáng)度為e 求b上受電子轟擊后的發(fā)光面積 圖7 1 2 3 4 解析陰極a受熱后發(fā)射電子 這些電子沿各個(gè)方向射向右邊勻強(qiáng)電場(chǎng)區(qū)域 取兩個(gè)極端情況如圖所示 沿極板豎直向上且速率為v的電子 受到向右的電場(chǎng)力作用做類平拋運(yùn)動(dòng)打到熒光屏上的p點(diǎn) 豎直方向上y vt 解析答案 1 2 3 4 3 帶電粒子在交變電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng) 在空間有正方向水平向右 大小按如圖8所示的圖線變化的電場(chǎng) 位于電場(chǎng)中a點(diǎn)的電子在t 0時(shí)速度為零 在t 1s時(shí) 電子離開(kāi)a點(diǎn)的距離大小為l 那么在t 2s時(shí) 電子將處在 解析答案 1 2 3 4 圖8 a a點(diǎn)b a點(diǎn)左方l處c a點(diǎn)右方2l處d a點(diǎn)左方2l處 解析第1s內(nèi)電場(chǎng)方向向右 電子受到的電場(chǎng)力方向向左 電子向左做勻加速直線運(yùn)動(dòng) 位移為l 第2s內(nèi)電子受到的電場(chǎng)力方向向右 由于電子此時(shí)有向左的速度 因而電子繼續(xù)向左做勻減速直線運(yùn)動(dòng) 根據(jù)運(yùn)動(dòng)的對(duì)稱性 位移也是l t 2s時(shí)總位移為2l 向左 d 4 電場(chǎng)中粒子的圓周運(yùn)動(dòng) 如圖9所示 半徑為r的環(huán)形塑料管豎直放置 ab為該環(huán)的水平直徑 且管的內(nèi)徑遠(yuǎn)小于環(huán)的半徑 環(huán)的ab及以下部分處于水平向左的勻強(qiáng)電場(chǎng)中 管的內(nèi)壁光滑 現(xiàn)將一質(zhì)量為m 帶電荷量為 q的小球從管中a點(diǎn)由靜止釋放