202X學年高中物理第一章靜電場專題突破與題型專練帶電粒子在電場中的運動課件新人教版選修3_1

1、專題突破與題型專練帶電粒子在電場中的專題突破與題型專練帶電粒子在電場中的運動運動題型核心題型核心 探究探究題型一題型一: :帶電粒子在加速電場、偏轉電場中的綜合問題帶電粒子在加速電場、偏轉電場中的綜合問題1.1.運用到的物理規(guī)律運用到的物理規(guī)律: :涉及運動學公式、牛頓運動定律、動能定理、功能涉及運動學公式、牛頓運動定律、動能定理、功能關系的綜合應用關系的綜合應用. .2.2.分析偏轉問題的方法分析偏轉問題的方法: :利用運動的合成與分解把曲線運動轉換為直線運動利用運動的合成與分解把曲線運動轉換為直線運動. .【例【例1 1】 (2021 (2021湖南長沙雅禮中學高二測試湖南長沙雅禮中學高二

2、測試) )如下圖如下圖, ,電子在電勢差為電子在電勢差為U0=U0=4 500 V4 500 V的加速電場中的加速電場中, ,從左極板由靜止開場運動從左極板由靜止開場運動, ,經(jīng)加速電場加速后從右板經(jīng)加速電場加速后從右板中央垂直射入電勢差為中央垂直射入電勢差為 U=45 V U=45 V的偏轉電場中的偏轉電場中, ,經(jīng)偏轉電場偏轉后打在豎直放經(jīng)偏轉電場偏轉后打在豎直放置的熒光屏置的熒光屏M M上上, ,整個裝置處在真空中整個裝置處在真空中, ,電子的質量為電子的質量為m=9.0m=9.010-31 kg,10-31 kg,電荷電荷量為量為e=-1.6e=-1.610-19C,10-19C,偏轉

3、電場的板長為偏轉電場的板長為L1=10 cm,L1=10 cm,板間距離為板間距離為d=1 cm,d=1 cm,熒光熒光屏屏M M到偏轉電場極板右端的距離到偏轉電場極板右端的距離L2=15 cm.L2=15 cm.求求: :(1)(1)電子從加速電場射入偏轉電場的速度電子從加速電場射入偏轉電場的速度v0;v0;(2)(2)電子飛出偏轉電場時的偏轉距離電子飛出偏轉電場時的偏轉距離( (側移距離側移距離)y;)y;(3)(3)電子飛出偏轉電場時偏轉角的正切電子飛出偏轉電場時偏轉角的正切tan ;tan ;(4)(4)電子打在熒光屏上時到中心電子打在熒光屏上時到中心O O的距離的距離Y.Y.思維導圖

4、思維導圖 答案答案: :(1)4(1)410107 7 m/s m/s(2)0.25 cm(2)0.25 cm(3)0.05(3)0.05(4)1 cm(4)1 cm方法技巧方法技巧解決帶電粒子在加速電場解決帶電粒子在加速電場, ,偏轉電場中的綜合問題的分析技巧偏轉電場中的綜合問題的分析技巧(1)(1)在分析此類問題時在分析此類問題時, ,注意運用運動的合成與分解解決問題注意運用運動的合成與分解解決問題, ,并畫并畫出示意圖出示意圖. .(2)(2)電子在加速電場中做勻加速直線運動電子在加速電場中做勻加速直線運動, ,滿足動能定理、牛頓第二滿足動能定理、牛頓第二定律定律. .(3)(3)在偏轉

5、電場中做類平拋運動在偏轉電場中做類平拋運動, ,滿足動能定理滿足動能定理, ,也可以結合運動的也可以結合運動的合成與分解解決問題合成與分解解決問題. .【針對訓練【針對訓練1 1】 (2021 (2021山西康杰中學高二期末山西康杰中學高二期末) )如下圖如下圖, ,氕、氘、氚的原氕、氘、氚的原子核初速度為零子核初速度為零, ,經(jīng)同一電場加速后經(jīng)同一電場加速后, ,又經(jīng)同一勻強電場偏轉又經(jīng)同一勻強電場偏轉, ,最后打在熒最后打在熒光屏上光屏上, ,那么那么( ( ) )A.A.經(jīng)過加速電場的過程中經(jīng)過加速電場的過程中, ,靜電力對氚核做的功最多靜電力對氚核做的功最多B.B.經(jīng)過偏轉電場的過程中

6、經(jīng)過偏轉電場的過程中, ,靜電力對氚核做的功最多靜電力對氚核做的功最多C.C.三種原子核打在屏上的速度一樣大三種原子核打在屏上的速度一樣大D.D.三種原子核都打在屏的同一位置上三種原子核都打在屏的同一位置上D D題型二題型二: : 帶電粒子在交變電場中的運動帶電粒子在交變電場中的運動1.1.交變電場作用下粒子所受的靜電力發(fā)生改變交變電場作用下粒子所受的靜電力發(fā)生改變, ,從而影響粒子的運動性質從而影響粒子的運動性質; ;由于靜電力周期性變化由于靜電力周期性變化, ,粒子的運動性質也具有周期性粒子的運動性質也具有周期性. .2.2.研究帶電粒子在交變電場中的運動需要分段研究研究帶電粒子在交變電場

7、中的運動需要分段研究, ,特別注意帶電粒子進入特別注意帶電粒子進入交變電場的時間及交變電場的周期交變電場的時間及交變電場的周期. .【例【例2 2】 (2021 (2021河南羅山高中高二測試改編河南羅山高中高二測試改編) )在如下圖的平行板電容器的在如下圖的平行板電容器的兩板兩板A,BA,B上分別加如圖上分別加如圖( (甲甲),(),(乙乙) )所示的兩種電壓所示的兩種電壓, ,開場開場B B板的電勢比板的電勢比A A板高板高. .在靜電力作用下原來靜止在兩板中間的電子開場運動在靜電力作用下原來靜止在兩板中間的電子開場運動. .假設兩板間距足夠大假設兩板間距足夠大, ,且不計重力且不計重力,

8、 ,試分析電子在兩種交變電壓作用下的運動情況試分析電子在兩種交變電壓作用下的運動情況, ,并畫出相應的并畫出相應的v-tv-t圖像圖像. .思路探究思路探究 (1)(1)電子在加速或減速時加速度大小和方向有什么特點電子在加速或減速時加速度大小和方向有什么特點? ?(2)(2)加圖加圖( (甲甲) )所示的電壓時所示的電壓時, ,粒子加速與減速時間有什么關系粒子加速與減速時間有什么關系? ?粒子的運動粒子的運動具有周期性和對稱性嗎具有周期性和對稱性嗎? ?粒子在哪些時刻的速度為零粒子在哪些時刻的速度為零? ?(3)(3)加圖加圖( (乙乙) )所示的電壓時所示的電壓時, ,粒子加速與減速的時間有

9、什么關系粒子加速與減速的時間有什么關系? ?粒子的運粒子的運動具有周期性嗎動具有周期性嗎? ?粒子在哪些時刻的速度為零粒子在哪些時刻的速度為零? ?答案答案:(1):(1)電子在加速或減速時加速度大小相等電子在加速或減速時加速度大小相等, ,方向相反方向相反. .(2)(2)粒子加速時間與減速時間相等粒子加速時間與減速時間相等, ,運動時具有周期性和對稱性運動時具有周期性和對稱性. .在在t=nTt=nT時時刻速度為零刻速度為零. .(3)(3)粒子正向加速與減速時間相等粒子正向加速與減速時間相等, ,反向加速與減速時間相等反向加速與減速時間相等. .運動時具有運動時具有周期性和對稱性周期性和

10、對稱性. .在在t= t= 時刻速度為零時刻速度為零. .2nT答案答案: :見解析見解析帶電粒子在交變電場中的運動分析方法帶電粒子在交變電場中的運動分析方法(1)(1)注重受力和運動分析注重受力和運動分析, ,特別注意特別注意: :初始運動條件以及電場的變化是否初始運動條件以及電場的變化是否具有對稱性具有對稱性. .(2)(2)利用運動速度的對稱割補法利用運動速度的對稱割補法, ,將運動過程分成幾個階段研究將運動過程分成幾個階段研究, ,確保每確保每個階段是一個獨立的運動過程個階段是一個獨立的運動過程. .(3)(3)借助于速度圖像來分析解決相關問題借助于速度圖像來分析解決相關問題. .方法

11、總結方法總結【針對訓練【針對訓練2 2】 (2021 (2021湖北恩施一中高三測試湖北恩施一中高三測試)()(多項選擇多項選擇) )帶正電的微粒帶正電的微粒放在電場中放在電場中, ,電場強度的大小和方向隨時間變化的規(guī)律如下圖電場強度的大小和方向隨時間變化的規(guī)律如下圖. .帶電微粒只帶電微粒只在靜電力的作用下由靜止開場運動在靜電力的作用下由靜止開場運動, ,那么以下說法中正確的選項是那么以下說法中正確的選項是( ( ) )A.A.微粒在微粒在0 01 s1 s內(nèi)的加速度與內(nèi)的加速度與1 12 s2 s內(nèi)的加速度一樣內(nèi)的加速度一樣B.B.微粒將沿著一條直線運動微粒將沿著一條直線運動C.C.微粒將

12、做往復運動微粒將做往復運動D.D.微粒在第微粒在第1 s1 s內(nèi)的位移與第內(nèi)的位移與第3 s3 s內(nèi)的位移一樣內(nèi)的位移一樣BDBD解析解析: :設微粒的速度方向設微粒的速度方向, ,位移方向向右為正位移方向向右為正, ,作出微粒的作出微粒的v-tv-t圖像如下圖圖像如下圖. .由圖可知選項由圖可知選項B,DB,D正確正確. .題型三題型三: : 帶電粒子帶電粒子( (帶電體帶電體) )在電場中的直線運動在電場中的直線運動1.1.帶電粒子在電場中做直線運動帶電粒子在電場中做直線運動(1)(1)勻速直線運動勻速直線運動: :此時帶電粒子受到的合外力一定等于零此時帶電粒子受到的合外力一定等于零, ,

13、即所受到的靜電即所受到的靜電力與其他力平衡力與其他力平衡. .(2)(2)勻加速直線運動勻加速直線運動: :帶電粒子受到的合外力與其初速度方向同向帶電粒子受到的合外力與其初速度方向同向. .(3)(3)勻減速直線運動勻減速直線運動: :帶電粒子受到的合外力與其初速度方向反向帶電粒子受到的合外力與其初速度方向反向. .2.2.討論帶電粒子在電場中做直線運動討論帶電粒子在電場中做直線運動( (加速或減速加速或減速) )的方法的方法(1)(1)力與運動關系方法力與運動關系方法牛頓運動定律牛頓運動定律, ,勻變速直線運動公式勻變速直線運動公式. .(2)(2)功和能關系方法功和能關系方法動能定理動能定

14、理. .(3)(3)能量守恒方法能量守恒方法能量守恒定律能量守恒定律. .【例【例3 3】 (2021 (2021湖南桃江縣四中高二測試湖南桃江縣四中高二測試) )如下圖如下圖, ,水平放置的水平放置的A,BA,B兩平行板兩平行板相距相距h,h,上板上板A A帶正電帶正電, ,現(xiàn)有質量為現(xiàn)有質量為m,m,帶電荷量為帶電荷量為+q+q的小球在的小球在B B板下方距離板下方距離B B板為板為H H處處, ,以初速度以初速度v0v0豎直向上運動豎直向上運動, ,從從B B板小孔進入板間電場板小孔進入板間電場. .(1)(1)帶電小球在板間做何種運動帶電小球在板間做何種運動? ?(2)(2)欲使小球剛

15、好打到欲使小球剛好打到A A板板,A,B,A,B間電勢差為多少間電勢差為多少? ?思路探究思路探究 (1) (1)帶電小球在板間所受的靜電力的方向如何帶電小球在板間所受的靜電力的方向如何? ?合力方合力方向與初速度方向有什么關系向與初速度方向有什么關系? ?(2)(2)小球在運動時有哪些力做功小球在運動時有哪些力做功? ?答案答案:(1):(1)小球在板間的靜電力是豎直向下的小球在板間的靜電力是豎直向下的. . 合力方向是豎直向下合力方向是豎直向下, ,與初速度方向相反與初速度方向相反. .(2)(2)小球在運動中有重力做負功小球在運動中有重力做負功, ,在板間還有靜電力做負功在板間還有靜電力

16、做負功. .解析解析: :(1)(1)帶電小球在電場外只受重力的作用做勻減速直線運動帶電小球在電場外只受重力的作用做勻減速直線運動, ,在電場在電場中受重力和靜電力作用做勻減速直線運動中受重力和靜電力作用做勻減速直線運動. .帶電物體在電場中做直線運動的處理方法帶電物體在電場中做直線運動的處理方法通過受力分析和運動過程分析通過受力分析和運動過程分析, ,確定物體做直線運動的性質確定物體做直線運動的性質, ,假設物體假設物體做勻變速直線運動做勻變速直線運動, ,那么可以運用運動學公式或動能定理解決問題那么可以運用運動學公式或動能定理解決問題; ;假假設物體做非勻變速直線運動設物體做非勻變速直線運

17、動, ,那么一般選擇動能定理解決問題那么一般選擇動能定理解決問題. .假設研假設研究某一狀態(tài)或瞬時問題究某一狀態(tài)或瞬時問題, ,那么通過受力分析和牛頓第二定律解決那么通過受力分析和牛頓第二定律解決. .方法總結方法總結【針對訓練【針對訓練3 3】 (2021 (2021陜西寶雞中學高三月考陜西寶雞中學高三月考) )如下圖如下圖, ,一個電子一個電子( (質量為質量為m)m)電荷量為電荷量為e,e,以初速度以初速度v0v0沿著勻強電場的電場線方向飛入勻強電場沿著勻強電場的電場線方向飛入勻強電場, ,勻強勻強電場的電場強度大小為電場的電場強度大小為E,E,不計重力不計重力, ,問問: :(1)(1

18、)電子進入電場的最大距離電子進入電場的最大距離; ;(2)(2)電子進入電場最大距離的一半時的動能電子進入電場最大距離的一半時的動能. .題型四題型四: :帶電粒子帶電粒子( (帶電體帶電體) )在電場中的曲線運動在電場中的曲線運動1.1.帶電粒子在電場帶電粒子在電場( (復合場復合場) )中的圓周運動中的圓周運動解決電場解決電場( (復合場復合場) )中的圓周運動問題中的圓周運動問題, ,關鍵是分析向心力的來源關鍵是分析向心力的來源, ,指向圓心指向圓心的力提供向心力的力提供向心力, ,向心力的提供有可能是重力和靜電力的合力向心力的提供有可能是重力和靜電力的合力, ,也有可能是也有可能是單獨

19、的重力或靜電力單獨的重力或靜電力. .有時可以把復合場中的圓周運動等效為豎直面內(nèi)的有時可以把復合場中的圓周運動等效為豎直面內(nèi)的圓周運動圓周運動, ,找出等效找出等效“最高點和最高點和“最低點最低點. .2.2.對于一般的曲線運動對于一般的曲線運動, ,分析此類問題要注意分析此類問題要注意粒子在哪個方向不受力粒子在哪個方向不受力, ,在哪個方向受靜電力在哪個方向受靜電力, ,粒子的運動軌跡向哪個方向粒子的運動軌跡向哪個方向彎曲彎曲. .【例【例4 4】 (2021 (2021海南海口實驗中學高三月考海南?？趯嶒炛袑W高三月考) )如下圖如下圖, ,長長L=0.20 mL=0.20 m的絲線的絲線的

20、一端拴一質量為的一端拴一質量為m=1.0m=1.010-4 kg,10-4 kg,帶電荷量為帶電荷量為q=+1.0q=+1.010-6C10-6C的小球的小球, ,另另一端連在一水平軸一端連在一水平軸O O上上, ,絲線拉著小球可在豎直平面內(nèi)做圓周運動絲線拉著小球可在豎直平面內(nèi)做圓周運動, ,整個裝整個裝置處在豎直向上的勻強電場中置處在豎直向上的勻強電場中, ,電場強度電場強度E=2.0E=2.0103 N/C.103 N/C.現(xiàn)將小球拉到與現(xiàn)將小球拉到與軸軸O O在同一水平面上的在同一水平面上的A A點點, ,然后無初速度地將小球釋放然后無初速度地將小球釋放, ,取取g=10 m/s2.g=10 m/s2.求求: :(1)(1)小球通過最高點小球通過最高點B B時速度的大小時速度的大小; ;(2)(2)小球通過最高點時小球通過最