高三物理帶電粒子在電場中的運動

1、 1.先確定是Q還是U不變：電容器保持與電源連接，U不變；電容器充電后斷開電源，Q不變。 2.據(jù)平行板電容器C=rS/(4kd)來確定電容的變化。 3.由C=Q/U的關(guān)系判定Q、U的變化。 要點一 電容器的動態(tài)問題分析方法學(xué)案3 電容器 帶電粒子在電場中的運動4.動態(tài)分析如下表1.如圖6-3-2所示電路中，A、B為兩塊豎直放 置的金屬板，G是一只靜電計。開關(guān)S合上 充電完畢后再斷開開關(guān)，靜電計指針張開 一個角度，下述哪些做法可使指針張角增 大( ) A.使A、B兩板靠近一些 B.使A、B兩板間加絕緣介質(zhì) C.使B板向右平移一些 D.使A、B正對面積錯開一些C D體驗應(yīng)用圖6-3-2 2.物理模

2、型 (1)帶電粒子在電場中的加速(如圖6-3-3) 由動能定理得：qU加=1/2mv2 得： 。 (2)帶電粒子在電場中的偏轉(zhuǎn)(如圖6-3-4) vxt=v0t=L 1/2at2=y y=1/2at2=qU偏L2/(2mdv20) vx=v0 vy=at要點二 帶電粒子在電場中的運動圖6-3-3圖6-3-4 位移 vy=qU偏L/(mdv0)速度： 1.求解方法 (1)從力的觀點出發(fā)，應(yīng)用牛頓第二定律求解。 (2)從能的觀點出發(fā)，應(yīng)用動能定理或能量守恒定律求解。 1.用正交分解法處理 帶電體在重力場、電場中受到的重力、電場力均為恒力，可用正交分解法。 處理這種運動的基本思想與處理偏轉(zhuǎn)運動是類似

3、的，可以將此復(fù)雜的運動分解為兩個互相正交的比較簡單的直線運動，而這兩個直線運動的規(guī)律我們是可以掌握的，然后再按運動合成的觀點去求出復(fù)雜運動的有關(guān)物理量。 2.用能量的觀點處理 從功能觀點出發(fā)分析帶電粒子的運動問題時，在對帶電粒子受力情況和運動情況進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，再考慮恰當(dāng)?shù)囊?guī)律解題。如果選用動能定理，要分清有幾個力做功，做正功還是負(fù)功，是恒力做功還是變力做功，以及初、末狀態(tài)的動能；如果選用能量守恒定律解題，要分清有多少種形式的能參與轉(zhuǎn)化，哪種能量增加，哪種能量減少，并注意電場力做功與路徑無關(guān)。名師支招： 運動學(xué)公式只適用于處理勻強電場中的運動問題，而能量觀點更具有普適性，所以要隨時關(guān)注用能量

4、的觀點處理帶電粒子在電場或復(fù)合場中的運動問題，尤其是復(fù)合場中不規(guī)則曲線運動問題。要點三 帶電體在重力場、電場中的運動2.2009年高考福建理綜卷如圖6-3-5，在水平地面上固定一傾角為的光滑絕緣斜面，斜 面處于電場強度大小為E、方向沿斜面向下的勻強電場中。一勁度系數(shù)為k的絕緣輕質(zhì)彈 簧的一端固定在斜面底端，整根彈簧處于自然狀態(tài)。一質(zhì)量為m、帶電量為q(q0)的滑塊 從距離彈簧上端為s0處靜止釋放，滑塊在運動過程中電量保持不變，設(shè)滑塊與彈簧接觸過 程沒有機械能損失，彈簧始終處在彈性限度內(nèi)，重力加速度大小為g。 (1)求滑塊從靜止釋放到與彈簧上端接觸瞬間所經(jīng)歷的時間t1； (2)若滑塊在沿斜面向下

5、運動的整個過程中最大速度大小為vm，求滑塊從靜止釋放到速度 大小為vm的過程中彈簧的彈力所做的功W； (3)從滑塊靜止釋放瞬間開始計時，請在圖6-3-6中畫出滑塊在沿斜面向下運動的整個過程 中速度與時間關(guān)系v-t圖象。圖中橫坐標(biāo)軸上的t1、t2及t3分別表示滑塊第一次與彈簧上 端接觸、第一次速度達(dá)到最大值及第一次速度減為零的時刻，縱坐標(biāo)軸上的v1為滑塊 在t1時刻的速度大小，vm是題中所指的物理量。(本小題不要求寫出計算過程)【答案】 (1) (2) (3)見圖圖6-3-5圖6-3-6體驗應(yīng)用【例1】2009年高考福建理綜卷如圖6-3-7所示，平行板電容器與電動勢為E的直流 電源(內(nèi)阻不計)連

6、接，下極板接地。一帶電油滴位于電容器中的P點且恰好處于平 衡狀態(tài)?，F(xiàn)將平行板電容器的上極板豎直向上移動一小段距離( ) A.帶點油滴將沿豎直方向向上運動 B.P點的電勢將降低 C.帶點油滴的電勢能將減少 D.若電容器的電容減小，則極板帶電量將增大熱點一 平行板電容器的動態(tài)分析B 【名師支招】(1)由C=rS/(4kd)，C=Q/U及平行板電容器的帶電量不變，可方便地分析場強變化情況。 (2)P點電勢的變化情況，依據(jù)電勢的定義分析判斷，這是分析電勢的最基本方法。 【解析】本題考查電容器、電勢、電勢能等知識，主要考查學(xué)生的理解、推理能力。電容器與電源相連，當(dāng)上極板上移時，板間距離d增大，場強E=U

7、/d減小，電場力減小，帶電粒子將向下運動，A錯；由U=Ed知，P與下極板電勢差減小，P點電勢降低，B對；由EP=q知，粒子帶負(fù)電，電勢能增加，C錯；由C=Q/U知C減小，U不變，Q將減小，D錯。圖6-3-7 1如圖6-3-8所示，一平行板電容器充電后與電源斷開，負(fù)極板接地。在兩極板間有一點P，用E表示兩極板間的場強，U表示電容器的電壓，表示P點的電勢。若保持負(fù)極板不動，將正極板移到圖中虛線所示的位置，則( )A.U變小，E不變B.E變大，變大C.U變小，不變D.U不變，不變A C圖6-3-8【例2】如圖6-3-9所示,水平放置的A、B兩平行板相距h，上板A帶正電?，F(xiàn)有質(zhì)量為m、電荷量 為+q的

8、小球在B板下方距離為H處，以初速度v0豎直向上從B板小孔進(jìn)入板間電場，欲使小 球剛好打到A板，A、B間電勢差UAB應(yīng)為多大？ 【名師支招】討論帶電粒子在電場中做直線運動(加速或減速)的方法： 能量方法能量守恒定律； 功能關(guān)系動能定理； 力和加速度方法牛頓運動定律，勻變速直線運動公式。 【解析】法一：小球運動分兩個過程，在B板下方時僅受重力作用，做豎直上拋運動；進(jìn)入電場后受向下的電場力和重力作用，做勻減速直線運動。小球運動到B板時速度為vB， 對第一個運動過程：vB2=v02-2gH 對第二個運動過程：加速度為a=(mg+qE)/m 按題意，h為減速運動的最大位移，故有h=vB2/(2a)，整理

9、得 vB2=2gh+2qhE/m 聯(lián)立兩式解得hE=mv02-2g(H+h)/(2q) 由平行板電容器內(nèi)部勻強電場的場強和電勢差的關(guān)系，易知UAB=hE，故有UAB=mv02-2g(H+h)/(2q) 法二：對小球的整個運動過程由動能定理得 -mg(H+h)-qUAB=-1/2mv02 解得：UAB=mv02-2g(H+h)/(2q)。 【答案】mv20-2g(H+h)/(2q)圖6-3-9熱點二 帶電粒子在電場中的直線運動 2【答案】(1) (2)飛行時間質(zhì)譜儀可通過測量離子飛行時間得到離子的比荷q/m。如圖6-3-10所示，帶正電的離子經(jīng)電壓為U的電場加速后，進(jìn)入長度為L的真空管AB，可測

10、得離子飛越AB所用時間t1。改進(jìn)以上方法，如圖6-3-11所示，讓離子飛越AB后進(jìn)入場強為E(方向如圖6-3-11)的勻強電場區(qū)域BC，在電場的作用下，離子返回B端，此時，測得離子從A出發(fā)后飛行的總時間t2。(不計離子重力)(1)忽略離子源中離子的初速度，用t1計算比荷；用t2 計算比荷。(2)離子源中相同比荷離子的初速度不盡相同，設(shè)兩個比 荷都為q/m的離子在A端的速度分別為v和v(vv)， 在改進(jìn)后的方法中，它們飛行的總時間通常不同，存在時間差t，可通過調(diào)節(jié) 電場E使t=0,求此時E的大小。圖6-3-10圖6-3-11【例3】一個電子以初速度v03.0106 m/s沿著垂直于場強方向射入兩

11、帶電平行金屬板間，金屬板長L=6.010-2 m，兩板之間可以看成是勻強電場，場強大小為E=2103 N/C，電子的電量e=1.610-19 C，質(zhì)量m=9.110-31 kg，求： (1)電子射離電場時的速度； (2)出射點與入射點沿場強方向的距離。 【名師支招】(1)處理帶電粒子垂直射入勻強電場中的偏轉(zhuǎn)問題的一般方法是運動的合成與分解。 (2)在不涉及速度方向時，用動能定理求解較方便。 (3)微觀粒子(如電子、質(zhì)子、粒子等)的重力都忽略不計；但當(dāng)帶電體是液滴、小球等時，一般要考慮重力。 【解析】電子垂直于電場方向射入勻強電場后，做類平拋運動，如圖6-3-12所示。 設(shè)電子射離電場的時間為t

12、，偏轉(zhuǎn)距離為y，則有 L=v0t y=1/2at2 又因為電子只受電場力作用，由牛頓第二定律得 qE=ma 解聯(lián)立方程組可得 y=7.010-2 m 設(shè)電子射出電場時速度為v，由動能定理得 qEy=1/2mv2-1/2mv20 解得v=7.62106 m/s 設(shè)射出時速度與射入時速度間夾角為，則有 cos=v0/v=0.393 7 所以=66.8圖6-3-12【答案】(1)7.62106 m/s，與入射時速度間夾角為66.8 (2)7.010-2 m熱點三 帶電粒子在勻強電場中的偏轉(zhuǎn) 3【答案】 (1)(-2L，L/4) (2)y=L2/(4x) (3)y=L2/(4x)+L2/(2nx) 如

13、圖6-3-13所示為研究電子槍中電子在電場中運動的簡化模型示意圖。在Oxy平面的ABCD區(qū)域內(nèi)，存在兩個場強大小均為E的勻強電場和，兩電場的邊界均是邊長為L的正方形(不計電子所受重力)。(1)在該區(qū)域AB邊的中點處由靜止釋放電子，求電子離 開ABCD區(qū)域的位置；(2)在電場區(qū)域內(nèi)適當(dāng)位置由靜止釋放電子，電子恰能從ABCD區(qū)域左下角D處離 開，求所有釋放點的位置；(3)若將左側(cè)電場整體水平向右移動L/n(n1)，仍使電子從ABCD區(qū)域左下角D處 離開(D不隨電場移動)，求在電場區(qū)域內(nèi)由靜止釋放電子的所有位置。圖6-3-13； / b2b平臺 jor937fhl 來，暮笙飛身向上，用劍刺向了火龍的

14、頭部，另一條火龍迅速裹住暮笙的腰，緊緊地抓住暮笙的腰，暮笙的衣服全部燒焦，露出了整個身體他的身體全是紋身，有和山神一樣的麒麟，有鳳凰，有青龍，全都像真的一樣盤踞在暮笙的身上。冒著黑煙。暮笙左肩的鳳凰開始變成火紅色泛著黃紅色的光，真的從他的左肩里飛出來了，火紅色的鳳凰有一米多高，全身都燃燒著火紅色的火焰，鳳凰飛出來站在暮笙的頭頂，的皮膚開始泛紅隨后開始像鳳凰一樣的燃燒，頃刻間暮笙變成了一只比剛才大出一倍的鳳凰，暮笙飛向應(yīng)龍所在的地方，應(yīng)龍的火是黃色，暮笙的火是紅色，兩種火焰糾纏在一起，暮笙拿著黑劍，黑劍也開始燃燒著黑藍(lán)色的火焰，鳳凰飛到應(yīng)龍的頭頂，鳳爪抓住應(yīng)龍的犄角，應(yīng)龍試圖將鳳凰甩出去，可怎么

15、甩鳳凰牢牢的抓住，鳳凰翅膀上火紅色的羽毛變成鋒利的匕首，插向應(yīng)龍的身體。暮笙飛到應(yīng)龍后面拉住應(yīng)龍的尾巴，黑劍從尾巴穿插而過，刺入地下深處，應(yīng)龍被固定在了地面上。漸漸地紅色的火焰越來越多把黃色的火焰也給壓下去了，幾個小時之后，大火終于滅了，應(yīng)龍的身體開始一片焦黑，瞬間鱗片變成了鋼鐵，像鎧甲一樣閃著光澤。應(yīng)龍不見了。暮笙恢復(fù)了剛才的模樣。草原又變成了古宅的模樣。大火持續(xù)了這么久，古宅依然完好無損，這古宅究竟是什么做的這么厲害。經(jīng)歷了這樣的事情居然沒少一塊磚，沒缺一個口，不禁讓我心生敬佩。暮笙卻消失在了我的視野中。從那以后媽媽隱姓埋名生活在人間，開了一家茶館。媽媽豎起了頭發(fā)，穿上了男人的衣服，英姿颯爽，有種別樣的味道，在明朝，媽媽讓我稱他為父親。我終于明白母親說的我是你，你也是我，我并不是她生的，而是有她和暮笙的精血再加上上古神獸和妖精鬼怪的法力而成。原來有些事情，有些命運從一開始就已經(jīng)注定。4面具下的臉孔|這個龍形手鐲跟這件事有什么關(guān)系，揭開面具的那一瞬間，感覺時間靜止了。我現(xiàn)在都現(xiàn)象的到我的臉色有多難看。頓時五雷轟頂，又好像被人從頭到腳澆了一盆涼水。我下意識的咬緊了牙。只覺得腦袋被撕裂了。不知道時間過去