202X_202X學(xué)年高考物理主題1靜電場(chǎng)微型專題4帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)課件（必修3）

1、主題1靜電場(chǎng)微型專題4帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)學(xué)科素養(yǎng)與目標(biāo)要求物理觀念：1.掌握初速度與場(chǎng)強(qiáng)方向同直線時(shí)帶電體做直線運(yùn)動(dòng)，初速度與場(chǎng)強(qiáng)方向垂直時(shí)帶電體做類平拋運(yùn)動(dòng).2.會(huì)分析圓周運(yùn)動(dòng)向心力的來(lái)源.科學(xué)思維：1.能夠綜合應(yīng)用運(yùn)動(dòng)和力、功和能的關(guān)系分析帶電粒子在電場(chǎng)中的直線運(yùn)動(dòng)問(wèn)題，提高科學(xué)推理能力.2.建立帶粒子在交變電場(chǎng)中直線運(yùn)動(dòng)的思維模型.NEIRONGSUOYIN內(nèi)容索引達(dá)標(biāo)檢測(cè)檢測(cè)評(píng)價(jià) 達(dá)標(biāo)過(guò)關(guān)微型專題練克難解疑 精準(zhǔn)高效重點(diǎn)探究啟迪思維 探究重點(diǎn)重點(diǎn)探究一、帶電粒子在電場(chǎng)中的直線運(yùn)動(dòng)1.帶電粒子在電場(chǎng)中的直線運(yùn)動(dòng)(1)勻速直線運(yùn)動(dòng)：帶電粒子受到的合外力一定等于零，即所受到的電場(chǎng)力與其他

2、力平衡.(2)勻加速直線運(yùn)動(dòng)：帶電粒子受到的合外力與其初速度方向相同.(3)勻減速直線運(yùn)動(dòng)：帶電粒子受到的合外力與其初速度方向相反.2.討論帶電粒子在電場(chǎng)中做直線運(yùn)動(dòng)(加速或減速)的方法(1)力和加速度方法牛頓運(yùn)動(dòng)定律、勻變速直線運(yùn)動(dòng)公式；(2)功和能方法動(dòng)能定理；(3)能量方法能量守恒定律.例1(2018廣州二中高二期中)如圖1所示，水平放置的平行板電容器的兩極板M、N接上直流電源，兩極板間的距離為L(zhǎng)15 cm.上極板M的中央有一小孔A，在A的正上方h處的B點(diǎn)有一小油滴自由落下.已知小油滴的電荷量q3.51014 C、質(zhì)量m3.0109 kg.當(dāng)小油滴即將落到下極板時(shí)速度恰好為零.兩極板間的

3、電勢(shì)差U6105 V.求：(不計(jì)空氣阻力，取g10 m/s2)(1)兩極板間的電場(chǎng)強(qiáng)度E的大小為多少？圖圖1答案4106 V/m解析由勻強(qiáng)電場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)與電勢(shì)差的關(guān)系式可得兩極板間的電場(chǎng)強(qiáng)度為E 4106 V/m(2)設(shè)平行板電容器的電容C4.01012 F，則該電容器所帶電荷量Q是多少？答案2.4106 C解析該電容器所帶電荷量為QCU2.4106 C(3)B點(diǎn)在A點(diǎn)的正上方的高度h是多少？答案0.55 m解析小油滴自由落下，即將落到下極板時(shí)，速度恰好為零由動(dòng)能定理可得：mg(hL)qU0則B點(diǎn)在A點(diǎn)的正上方的高度是二、帶電粒子的類平拋運(yùn)動(dòng)1.先求加速度.2.將運(yùn)動(dòng)分解為沿初速度方向的勻速直線運(yùn)

4、動(dòng)和垂直初速度方向的勻加速直線運(yùn)動(dòng)，在兩個(gè)方向上分別列運(yùn)動(dòng)學(xué)方程.3.涉及功能關(guān)系，也可用動(dòng)能定理列方程.例2(多選)(2018上饒市高二期末)有三個(gè)質(zhì)量相等，分別帶正電、負(fù)電和不帶電的油滴，從極板左側(cè)中央以相同的水平初速度v先后垂直電場(chǎng)射入，落到極板A、B、C處，如圖2所示，則A.油滴A帶正電，B不帶電，C帶負(fù)電B.三個(gè)油滴在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)間相等C.三個(gè)油滴在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的加速度aAaBaCD.三個(gè)油滴到達(dá)極板時(shí)動(dòng)能EkAEkBxBxC，根據(jù)水平方向上做勻速直線運(yùn)動(dòng)，所以由公式xvt得tAtBtC，三個(gè)油滴在豎直方向上的位移相等，根據(jù)y at2，知aAaBaC.從而得知B僅受重力，A所受的電場(chǎng)力

5、方向向上，C所受的電場(chǎng)力方向向下，所以B不帶電，A帶正電，C帶負(fù)電，故A、C正確，B錯(cuò)誤.根據(jù)動(dòng)能定理，三個(gè)油滴重力做功相等，電場(chǎng)力對(duì)A做負(fù)功，電場(chǎng)力對(duì)C做正功，所以C的動(dòng)能變化量最大，A的動(dòng)能變化量最小，A、B、C的初動(dòng)能相等，所以三個(gè)油滴到達(dá)極板時(shí)的動(dòng)能EkAEkB0)，在豎直向下的勻強(qiáng)電場(chǎng)中剛好與水平面成30角以速度v0向上做勻速直線運(yùn)動(dòng).重力加速度為g.(1)求勻強(qiáng)電場(chǎng)的電場(chǎng)強(qiáng)度的大??；圖圖7解析因?yàn)橐旱翁幱谄胶鉅顟B(tài)，所以有Eqmg1234(2)若電場(chǎng)方向改為垂直速度方向斜向下，要使液滴仍做直線運(yùn)動(dòng)，電場(chǎng)強(qiáng)度為多大？液滴前進(jìn)多少距離后可返回？1234解析電場(chǎng)方向改變，液滴受力分析如圖所

6、示.液滴做直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，垂直速度方向的合力為零，即qEmgcos 30液滴在運(yùn)動(dòng)方向的反方向上的合力Fmgsin 30，由牛頓第二定律12343.(帶電粒子在電場(chǎng)中的類平拋運(yùn)動(dòng))如圖8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，電子的初速率有從0到v的各種可能值，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，且電子全部打在熒光屏上，求B上受電子轟擊后的發(fā)光面積.1234圖圖8解析陰極A受熱后發(fā)射電子，這些電子沿各個(gè)方向射入右邊勻強(qiáng)電場(chǎng)區(qū)域，且初速率從0到v各種可能值都有.取兩

7、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).沿極板豎直向下且速率為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Q點(diǎn)，12344.(帶電粒子的圓周運(yùn)動(dòng))(2017宿遷市高一期末)如圖9所示，在豎直平面內(nèi)放置著絕緣軌道ABC，AB部分是半徑R0.40 m的光滑半圓形軌道，BC部分是粗糙的水平軌道，BC軌道所在的豎直平面內(nèi)分布著E1.0103 V/m的水平向右的有界勻強(qiáng)電場(chǎng)，AB為電場(chǎng)的左側(cè)豎直邊界.現(xiàn)將一質(zhì)量為m0.04 kg、電荷量為q1104 C的滑塊(視為質(zhì)點(diǎn))從BC上的某點(diǎn)由靜止釋放，滑塊通過(guò)A點(diǎn)時(shí)對(duì)軌道的壓力恰好為零

8、.已知滑塊與BC間的動(dòng)摩擦因數(shù)為0.05，不計(jì)空氣阻力，g取10 m/s2.求：(1)滑塊通過(guò)A點(diǎn)時(shí)速度vA的大小；圖圖9答案2 m/s解析因?yàn)榛瑝K通過(guò)A點(diǎn)時(shí)對(duì)軌道的壓力恰好為零，1234(2)滑塊在BC軌道上的釋放點(diǎn)到B點(diǎn)的距離x；1234答案5 m解析根據(jù)動(dòng)能定理可得：解得x5 m.(3)滑塊離開(kāi)A點(diǎn)后在空中運(yùn)動(dòng)速度v的最小值.1234答案1.94 m/s解析滑塊離開(kāi)A點(diǎn)后在水平方向上做勻減速直線運(yùn)動(dòng)，1234在豎直方向上做自由落體運(yùn)動(dòng)，所以有vygt10t，微型專題練一、選擇題考點(diǎn)一帶電粒子在電場(chǎng)中的直線運(yùn)動(dòng)1.(多選)如圖1所示，平行板電容器的兩個(gè)極板與水平面成一角度，兩極板與一直流電

9、源相連.若一帶電粒子恰能沿圖中所示水平直線通過(guò)電容器，則在此過(guò)程中，該粒子A.所受重力與電場(chǎng)力平衡 B.電勢(shì)能逐漸增加C.動(dòng)能逐漸增加 D.做勻變速直線運(yùn)動(dòng)123456789 10111213圖圖1解析對(duì)帶電粒子受力分析如圖所示，F(xiàn)合0，則A錯(cuò).由圖可知電場(chǎng)力與重力的合力方向與v0方向相反，F(xiàn)合對(duì)粒子做負(fù)功，其中mg不做功，Eq做負(fù)功，故粒子動(dòng)能減少，電勢(shì)能增加，B正確，C錯(cuò)誤.F合恒定且F合與v0方向相反，粒子做勻減速直線運(yùn)動(dòng)，D項(xiàng)正確.123456789 101112132.如圖2，一平行板電容器連接在直流電源上，電容器的極板水平；兩微粒a、b所帶電荷量大小相等、符號(hào)相反，使它們分別靜止于

10、電容器的上、下極板附近，與極板距離相等.現(xiàn)同時(shí)釋放a、b，它們由靜止開(kāi)始運(yùn)動(dòng).在隨后的某時(shí)刻t，a、b經(jīng)過(guò)電容器兩極板間下半?yún)^(qū)域的同一水平面.a、b間的相互作用和重力可忽略.下列說(shuō)法正確的是A.a的質(zhì)量比b的大B.在t時(shí)刻，a的動(dòng)能比b的大C.在t時(shí)刻，a和b的電勢(shì)能相等D.在t時(shí)刻，a和b的速度大小相等123456789 10111213圖圖23.(多選)(2018宜昌市示范高中高二聯(lián)考)如圖3所示，一帶電液滴在重力和勻強(qiáng)電場(chǎng)對(duì)它的作用力的作用下，從靜止開(kāi)始由b沿直線運(yùn)動(dòng)到d，且bd與豎直方向的夾角為45，則下列結(jié)論中正確的是A.此液滴帶負(fù)電B.液滴做勻加速直線運(yùn)動(dòng)C.合外力對(duì)液滴做的總功等

11、于零D.液滴的電勢(shì)能減少123456789 10111213圖圖3123456789 10111213解析液滴所受的合力沿bd方向，知電場(chǎng)力方向水平向右，則此液滴帶負(fù)電，故A正確；液滴所受合力恒定，加速度恒定，做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，故B正確；合外力不為零，則合外力做功不為零，故C錯(cuò)誤；從b到d，電場(chǎng)力做正功，液滴電勢(shì)能減小，故D正確.考點(diǎn)二帶電粒子的類平拋運(yùn)動(dòng)4.(2018南京師大附中段考)如圖4所示，正方體真空盒置于水平面上，它的ABCD面與EFGH面為金屬板，其他面為絕緣材料.ABCD面帶正電，EFGH面帶負(fù)電.從小孔P沿水平方向以相同速率射入三個(gè)質(zhì)量相同的帶正電液滴a、b、c，最后分別落在1

12、、2、3三點(diǎn)，則下列說(shuō)法正確的是A.三個(gè)液滴在真空盒中都做平拋運(yùn)動(dòng)B.三個(gè)液滴的運(yùn)動(dòng)時(shí)間不一定相同C.三個(gè)液滴落到底板時(shí)的速率相同D.液滴c所帶電荷量最多123456789 10111213圖圖4123456789 10111213解析三個(gè)液滴在水平方向受到電場(chǎng)力作用，在水平方向并不是做勻速直線運(yùn)動(dòng)，所以三個(gè)液滴在真空盒中不是做平拋運(yùn)動(dòng)，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；由于三個(gè)液滴在豎直方向做自由落體運(yùn)動(dòng)，故三個(gè)液滴的運(yùn)動(dòng)時(shí)間相同，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；三個(gè)液滴落到底板時(shí)豎直分速度大小相等，而水平分位移不相等，水平分速度大小不相等，所以三個(gè)液滴落到底板時(shí)的速率不相同，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；由于液滴c在水平方向位移最大，故液滴c在水平

13、方向加速度最大，由牛頓第二定律知，液滴c所受的電場(chǎng)力最大，故液滴c所帶電荷量最多，選項(xiàng)D正確.5.(多選)如圖5所示，一電子(不計(jì)重力)沿x軸正方向射入勻強(qiáng)電場(chǎng)，在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)軌跡為OCD，已知 電子過(guò)C、D兩點(diǎn)時(shí)豎直方向的分速度為vCy和vDy；電子在OC段和OD段動(dòng)能的變化量分別為Ek1和Ek2，則A.vCyvDy12 B.vCyvDy14C.Ek1Ek213 D.Ek1Ek214圖圖5123456789 10111213解析電子沿x軸正方向射入勻強(qiáng)電場(chǎng)，做類平拋運(yùn)動(dòng)，沿x軸方向做勻速直線運(yùn)動(dòng)，已知 ，則電子從O到C與從C到D的時(shí)間相等.電子在y軸方向上做初速度為零的勻加速運(yùn)動(dòng)，則有vCy

14、atOC，vDyatOD，所以vCyvDytOCtOD12，故A正確，B錯(cuò)誤；根據(jù)勻變速直線運(yùn)動(dòng)的推論可知，在豎直方向上yOCyOD14，根據(jù)動(dòng)能定理得Ek1qEyOC，Ek2qEyOD，則得Ek1Ek214，故C錯(cuò)誤，D正確.123456789 101112136.如圖6所示，質(zhì)量相同的兩個(gè)帶電粒子P、Q以相同的速度沿垂直于電場(chǎng)方向射入兩平行板間的勻強(qiáng)電場(chǎng)中，P從兩極板正中央射入，Q從下極板邊緣處射入，它們最后打在上極板的同一點(diǎn)(重力不計(jì))，則從開(kāi)始射入到打到上極板的過(guò)程中A.它們運(yùn)動(dòng)的時(shí)間tQtPB.它們運(yùn)動(dòng)的加速度aQaPC.它們所帶的電荷量之比qPqQ12D.它們的動(dòng)能增加量之比EkP

15、EkQ12圖圖6123456789 10111213解析設(shè)兩板距離為h，P、Q兩粒子的初速度為v0，加速度分別為aP和aQ，123456789 10111213綜上所述，C項(xiàng)正確.考點(diǎn)三帶電粒子在電場(chǎng)(復(fù)合場(chǎng))中的圓周運(yùn)動(dòng)7.(多選)如圖7所示，豎直向下的勻強(qiáng)電場(chǎng)中，用絕緣細(xì)線拴住的帶電小球在豎直平面內(nèi)繞O做圓周運(yùn)動(dòng)，以下四種說(shuō)法中正確的是A.帶電小球可能做勻速圓周運(yùn)動(dòng)B.帶電小球可能做非勻速圓周運(yùn)動(dòng)C.帶電小球通過(guò)最高點(diǎn)時(shí)，細(xì)線拉力一定最小D.帶電小球通過(guò)最低點(diǎn)時(shí)，細(xì)線拉力有可能最小123456789 10111213圖圖78.如圖8所示的裝置是在豎直平面內(nèi)放置的光滑絕緣軌道，處于水平向右的

16、勻強(qiáng)電場(chǎng)中，一帶負(fù)電的小球從高為h的A處由靜止開(kāi)始下滑，沿軌道ABC運(yùn)動(dòng)后進(jìn)入圓環(huán)內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng).已知小球所受電場(chǎng)力是其重力的 ，圓環(huán)半徑為R，斜面傾角為53，軌道水平段BC長(zhǎng)度sBC2R.若使小球在圓環(huán)內(nèi)恰好能做完整的圓周運(yùn)動(dòng)，則高度h為A.2R B.4R C.10R D.17R圖圖8123456789 10111213解析小球所受的重力和電場(chǎng)力均為恒力，123456789 10111213方向與豎直方向的夾角為37偏左下.若使小球在圓環(huán)內(nèi)恰好能做完整的圓周運(yùn)動(dòng)，即通過(guò)等效最高點(diǎn)D時(shí)小球與圓環(huán)間的彈力恰好為0，由A到D的過(guò)程由動(dòng)能定理得解得h10R，故選項(xiàng)C正確，選項(xiàng)A、B、D錯(cuò)誤.考點(diǎn)四帶電

17、粒子在交變電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)9.(多選)如圖9所示，兩平行金屬板分別加上如下列選項(xiàng)中的電壓，能使原來(lái)靜止在金屬板中央的電子(不計(jì)重力)有可能做往返運(yùn)動(dòng)的Ut圖象應(yīng)是(設(shè)兩板距離足夠大)圖圖9123456789 10111213123456789 10111213解析由A圖象可知，電子先做勻加速運(yùn)動(dòng)，由B圖象可知，電子先做勻加速運(yùn)動(dòng)，然后重復(fù)往返運(yùn)動(dòng).由C圖象可知，電子先做加速度減小的加速運(yùn)動(dòng)，T時(shí)速度減為零，回到出發(fā)點(diǎn).然后重復(fù)往返運(yùn)動(dòng).然后重復(fù)加速運(yùn)動(dòng)和勻速運(yùn)動(dòng)一直向一個(gè)方向運(yùn)動(dòng).故選B、C.123456789 1011121310.(多選)如圖10(a)所示，A、B表示真空中水平放置的相距為d的

18、平行金屬板，板長(zhǎng)為L(zhǎng)，兩板加電壓后板間的電場(chǎng)可視為勻強(qiáng)電場(chǎng).現(xiàn)在A、B兩板間加上如圖(b)所示的周期性的交變電壓，在t0時(shí)恰有一質(zhì)量為m、電荷量為q的粒子在左側(cè)板間中央沿水平方向以速度v0射入電場(chǎng)，忽略粒子的重力，則下列關(guān)于粒子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的表述中正確的是A.粒子在垂直于板的方向上的分運(yùn)動(dòng)可 能是往復(fù)運(yùn)動(dòng)B.粒子在垂直于板的方向上的分運(yùn)動(dòng)是 單向運(yùn)動(dòng)C.只要周期T和電壓U0的值滿足一定條件， 粒子就可沿與板平行的方向飛出D.粒子不可能沿與板平行的方向飛出圖圖10123456789 10111213二、非選擇題11.虛線PQ、MN間存在如圖11所示的水平勻強(qiáng)電場(chǎng)，一帶電粒子質(zhì)量為m2.01011 kg、電荷量為q1.0105 C，從a點(diǎn)由靜止開(kāi)始經(jīng)電壓為U100 V的電場(chǎng)加速后，垂直進(jìn)入勻強(qiáng)電場(chǎng)中，從虛線MN上的某點(diǎn)b(圖中未畫出)離開(kāi)勻強(qiáng)電場(chǎng)時(shí)速度與電場(chǎng)方向成30角.已知PQ、MN間距為20 cm，帶電粒子的重力忽略不計(jì).求：(1)帶電粒子剛進(jìn)入勻強(qiáng)電場(chǎng)時(shí)的速率v1；圖圖11123456789 10111213答案1.0104 m/s代入數(shù)據(jù)得v11.0104 m/s.(2)水平勻強(qiáng)電場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)大??；123456789 10111213答案1.7103 N/C解析粒子沿初速度方向做勻速運(yùn)動(dòng)：dv1t粒子沿電場(chǎng)方向做勻加速運(yùn)動(dòng)：vyat由牛頓第二定律得：qEma12345678