2011屆高考物理一輪復(fù)習(xí)教學(xué)案精品集65帶電粒子在電場(chǎng)中的直線運(yùn)動(dòng)

1、第五課時(shí) 帶電粒子在電場(chǎng)中的直線運(yùn)動(dòng)考點(diǎn)剖析【教學(xué)要求】1.學(xué)會(huì)帶電粒子在電場(chǎng)中平衡問題的求解。2結(jié)合運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)知識(shí)求解帶電粒子在電場(chǎng)中的直線運(yùn)動(dòng)問題?！局R(shí)再現(xiàn)】一、 帶電粒子在電場(chǎng)中的平衡帶電粒子在電場(chǎng)中靜止或做勻速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)， 必有與_大小相等、方向相反.滿足：mg =_二、 帶電粒子的加速帶電粒子沿與電場(chǎng)方向相同或相反的方向進(jìn) 入電場(chǎng)若只受電場(chǎng)力作用，則粒子做加（減）速直線運(yùn)動(dòng).三、 帶電粒子在電場(chǎng)中的直線運(yùn)動(dòng)帶電粒子在電場(chǎng)中做直線運(yùn)動(dòng)的條件是合力與速度在同一條直線上，可利用的規(guī)律有牛頓運(yùn)動(dòng) 定律、動(dòng)能定理和運(yùn)動(dòng)學(xué)規(guī)律。對(duì)帶電粒子進(jìn)行分析時(shí)，應(yīng)注意考慮電場(chǎng)力的 特點(diǎn)，即電場(chǎng)方向和帶

2、電粒子的性質(zhì)。若油滴進(jìn)入電場(chǎng)時(shí)的速度可以忽略， 當(dāng)兩金屬板 間的電勢(shì)差u=U時(shí)，觀察到某個(gè)質(zhì)量為m2的油滴 進(jìn)入電場(chǎng)后做勻加速運(yùn)動(dòng)，經(jīng)過時(shí)間t運(yùn)動(dòng)到下極 板，求此油滴所帶電荷量Q.導(dǎo)示：由平衡的條件可得：qU0/d=mtg求得：q =m,gd /U0（2）由牛頓第二定律得2d = at / 2求得：知識(shí)點(diǎn)二帶電粒子的加速質(zhì)、軌跡形狀也無關(guān)后落到勻強(qiáng)電場(chǎng)中，通過顯微鏡可以觀察到油滴的調(diào)節(jié)兩金屬板間的電勢(shì)u,當(dāng)u=Uo時(shí)，使得 某個(gè)質(zhì)量為m1的油滴恰好做勻速運(yùn)動(dòng).該油滴所 帶電荷量q為多少？知識(shí)點(diǎn)一密立根油滴實(shí)驗(yàn)【應(yīng)用1】電子所帶電荷量最早是由美國(guó)科學(xué)家 密立根通過油滴實(shí)驗(yàn)測(cè)岀的.油滴實(shí)驗(yàn)的原理如

3、圖所示，兩塊水平放置的平行金屬板與電源連接，上、下板分別帶正、負(fù) 電荷油滴從噴霧 器噴岀后，由于摩 擦而帶電，油滴進(jìn) 入上板中央小孔若初速度vo=O則v_2qU【應(yīng)用2】?jī)善叫薪饘侔逑嗑酁?一電子質(zhì)量為m，電荷量為e， 從0點(diǎn)沿垂直于極板的方向射 岀，最遠(yuǎn)到達(dá)A點(diǎn)，然后返回， 如圖所示，那么，此電子具有的初動(dòng)能是（）d.電勢(shì)差為U，運(yùn)動(dòng)情況兩金屬板間的距離為d,忽略空氣對(duì)油滴的浮力和阻力.導(dǎo)示:eljhqum1admigm2dQ fg_2d)ut* 2重點(diǎn)突破知識(shí)點(diǎn)三帶電粒子在電場(chǎng)中的直線運(yùn)動(dòng)【應(yīng)用3】（07重慶卷）飛行時(shí)間質(zhì)譜儀可通過測(cè)量離子飛行時(shí)間得 到離子的荷質(zhì)比q/m.如題，帶正電的離

4、子 經(jīng)電壓為U的電場(chǎng)加 速后進(jìn)入長(zhǎng)度為L(zhǎng)的真空管AB,可測(cè)得離 子飛越AB所用時(shí)間L 2mvv qE(V - v)要使t0,則須丄 幻=0所以E=2mvvvv qEqLt1.改進(jìn)以上方法，女口 圖，讓離子飛越AB后 進(jìn)入場(chǎng)強(qiáng)為E(方向 如圖)的勻強(qiáng)電場(chǎng)區(qū)域BC,在電場(chǎng)的作用下離子返回B端，此時(shí)，測(cè)得離子從A出發(fā)后飛行的總時(shí)間t2,(不計(jì)離子重力)(1)忽略離子源中離子的初速度，用t1計(jì)算荷質(zhì)比;用t2計(jì)算荷質(zhì)比.(2)離子源中相同荷質(zhì)比離子的初速度不盡相同， 設(shè)兩個(gè)荷質(zhì)比都為q/m的離子在A端的速度分別為V和v(vzv),在改進(jìn)后的方法中， 它們飛行 的總時(shí)間通常不同， 存在時(shí)間差 場(chǎng)E使厶t

5、=0.求此時(shí)E的大小.t.可通過調(diào)節(jié)電導(dǎo)示：(1)設(shè)離子帶電量為場(chǎng)加速后的速度為V,則qUJ22二一mv離子飛越真空管，AB做勻速直線運(yùn)動(dòng)，貝U由以上兩式得離子荷質(zhì)比 -m 2Ut；方法探究類型一用圖像分析帶電粒子運(yùn)動(dòng)過程【例1】(07廣東卷)平行板間加如圖(a)所示周期變化的電壓，重力 不計(jì)的帶電粒子靜 止在平行板中央，從t=0時(shí)刻開始將其 釋放，運(yùn)動(dòng)過程無碰o-Iii772：:M血(a)板情況。下圖中，能定性描述粒子運(yùn)動(dòng)的速度圖象q,質(zhì)量為m,經(jīng)電導(dǎo)示：帶電粒子在電場(chǎng)中，從t=0開始運(yùn)動(dòng)，故用設(shè)加速離子在勻強(qiáng)電場(chǎng)區(qū)域BC中做往返運(yùn)動(dòng),L丄2v度為a,則qE=ma，t2=v a初速度為零的勻

6、加速運(yùn)動(dòng)，到T/2時(shí)電場(chǎng)反向，以可求得離子荷質(zhì)比q.1L L / /U U$ $1 1或iL i 22U . E t2后作勻減速運(yùn)動(dòng)，T時(shí)刻速度剛好為零，以后重復(fù)L2以上的運(yùn)動(dòng)。答案：A。兩離子初速度分別為v、v,則qEmt亠.空qEv扁若帶電粒子從不同的時(shí)刻開始運(yùn)動(dòng)，則其運(yùn)動(dòng)的情況是不同的。類型二電場(chǎng)中力學(xué)綜合問題【例2】如圖為一有界勻強(qiáng)電場(chǎng)， 場(chǎng)強(qiáng)方向?yàn)樗?方向(虛線為電場(chǎng)線)，一帶負(fù)電微粒以某一角度9從電場(chǎng)的a點(diǎn)斜向上方射 - - 入，沿直線運(yùn)動(dòng)到b點(diǎn)，即m可知()-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)能與電勢(shì)能之和與在b點(diǎn)時(shí) 的動(dòng)能與電勢(shì)能之和相等C微粒在a點(diǎn)時(shí)的

7、動(dòng)能小于在b點(diǎn)時(shí)的動(dòng)能，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)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)能電場(chǎng)線，電場(chǎng)方向未知，A，B是電場(chǎng)中的兩點(diǎn)，AB兩點(diǎn)的連線長(zhǎng)為I且與電場(chǎng)線所夾的銳角為9.一個(gè)質(zhì)量為m，電荷量為一q的帶電粒子以初 速度Vo。從A點(diǎn)垂直進(jìn)入電場(chǎng)，該帶電粒子恰好能 經(jīng)過B點(diǎn).不考慮帶電粒子的重力大小.(1)根據(jù)你學(xué)過的物理學(xué)規(guī)律和題中所給的信息， 對(duì) 反映電場(chǎng)本身性質(zhì)的物理量(例如電場(chǎng)方向)，你能 作岀哪些定性判斷或求得哪些定量結(jié)果？(2)若僅知道帶電小球的電荷量一q、初動(dòng)能Eko以及AB兩點(diǎn)的連線與電場(chǎng)線所夾的銳角9三個(gè)量，對(duì)反映電場(chǎng)本身性

8、質(zhì)的物理量，你能求得哪些定量 結(jié)果？導(dǎo)示：物體做直線運(yùn)動(dòng)的條件是合外力與速度共方向向下，所以電場(chǎng)方向豎直向上。線，僅受電場(chǎng)力作用不可能沿直線ab運(yùn)動(dòng)，所以水平方向勻速運(yùn)動(dòng)，有：Isinv=vot一定受重力作用。因?yàn)橹亓ωQ直向下，則電場(chǎng)力必須向左才能使合力沿直線ab，因此場(chǎng)強(qiáng)方向水平向 右，a點(diǎn)電勢(shì)高于b點(diǎn)電勢(shì)，A錯(cuò)誤。由a到b過 程中重力做負(fù)功，電場(chǎng)力做負(fù)功，動(dòng)能減小，電勢(shì) 能增加，C錯(cuò)誤，D正確。a到b減少的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電勢(shì)能與重力勢(shì)能的增加，即a點(diǎn)的動(dòng)能與電勢(shì)能之和大于b點(diǎn)的動(dòng)能與電勢(shì)能之和，B錯(cuò)誤。，不計(jì)重力并豎直方向做初速度為零的勻加速運(yùn)動(dòng)，有Icos：- - at22解得：加速度a-

9、-2v2v0coscosr rI sin20由qE=ma，得電場(chǎng)強(qiáng)度大小E= ma 2mv：cosq qlsin2日B點(diǎn)的電勢(shì)高于A點(diǎn)的電勢(shì)，有A、B兩點(diǎn)間的電勢(shì)差為：UABUAB= - El cos*-2mV0co宀一沁 cot2qsin 日q不是不計(jì)質(zhì)量。不計(jì)重力是因?yàn)橹亓εc其他力相比(2)設(shè)初速度大小為V0，小球過B點(diǎn)豎直分小得多而可以忽略，而質(zhì)量是物體慣性大小的量 度，一個(gè)無質(zhì)量的物體是不能受力的，因?yàn)橐坏┦?到任何力都要產(chǎn)生無窮大的加速度。所以任何電場(chǎng) 中的電荷都必須具有一定的質(zhì)量。類型三開放性試題速度為Vy，瞬時(shí)速度為VB,水平和豎直位移分別為X和y，則有：yrt，X=V0t而=c

10、ot -2X所以Vy= 2V0cot二【例3】(07丹陽(yáng))如圖所示,豎直平行直線為勻強(qiáng)電場(chǎng)的導(dǎo)示:(1)因粒子帶負(fù)電且向下偏轉(zhuǎn)，故電場(chǎng)力由動(dòng)能定理得:答案：DA12.22所以A、B間的電勢(shì)差|4Eko COt二AB :q成功體驗(yàn)1. （07蘇高中）一勻強(qiáng)電場(chǎng)的電 場(chǎng)強(qiáng)度E隨時(shí)間t變化的圖像如圖所示，在該勻強(qiáng)電 場(chǎng)中，有一個(gè)帶電粒子于t=0時(shí)刻由靜止釋放，若帶電粒子只受電場(chǎng) 力作用，則下列說法中正確的是（）A.帶電粒子只向一個(gè)方向運(yùn)動(dòng)B.Os2s內(nèi)，電場(chǎng)力的功等于0C.4s末帶電粒子回到原出發(fā)點(diǎn)D.2.5s4s,電場(chǎng)力沖量等于02.（05遼寧高考）一勻強(qiáng)電場(chǎng)，場(chǎng)強(qiáng)方向是水平的（如圖所示），一個(gè)質(zhì)量為m的帶正電的小球，從O點(diǎn) 岀發(fā)，初速度的大小為v0，在電場(chǎng)力與重力的作用 下，恰能做沿與場(chǎng)強(qiáng)的反方向成9角的直線運(yùn)動(dòng)。求小球運(yùn)動(dòng)到最高