物理選修31人教全程導(dǎo)學(xué)筆記課件第一章靜電場(chǎng)微型專(zhuān)題3帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)

微型專(zhuān)題3帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)第一章

靜電場(chǎng)[學(xué)習(xí)目標(biāo)]1.會(huì)利用動(dòng)力學(xué)和功能觀點(diǎn)分析帶電粒子在電場(chǎng)中的直線運(yùn)動(dòng).2.會(huì)利用運(yùn)動(dòng)的合成與分解方法分析帶電粒子在電場(chǎng)中的類(lèi)平拋運(yùn)動(dòng).3.會(huì)分析帶電粒子在交變電場(chǎng)及復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng).內(nèi)容索引重點(diǎn)探究啟迪思維探究重點(diǎn)達(dá)標(biāo)檢測(cè)檢測(cè)評(píng)價(jià)達(dá)標(biāo)過(guò)關(guān)重點(diǎn)探究1.帶電粒子在電場(chǎng)中做直線運(yùn)動(dòng)(1)勻速直線運(yùn)動(dòng)：此時(shí)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同向.(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反向.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——?jiǎng)幽芏ɡ恚?3)能量方法——能量守恒定律.一、帶電粒子在電場(chǎng)中的直線運(yùn)動(dòng)例1

(2017·江蘇單科·4)如圖1所示，三塊平行放置的帶電金屬薄板A、B、C中央各有一小孔，小孔分別位于O、M、P點(diǎn).由O點(diǎn)靜止釋放的電子恰好能運(yùn)動(dòng)到P點(diǎn).現(xiàn)將C板向右平移到P′點(diǎn)，則由O點(diǎn)靜止釋放的電子

A.運(yùn)動(dòng)到P點(diǎn)返回B.運(yùn)動(dòng)到P和P′點(diǎn)之間返回C.運(yùn)動(dòng)到P′點(diǎn)返回D.穿過(guò)P′點(diǎn)圖1√答案解析例2長(zhǎng)為L(zhǎng)的平行金屬板水平放置，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緊貼上極板垂直于電場(chǎng)線方向進(jìn)入該電場(chǎng)，剛好從下極板邊緣射出，射出時(shí)速度恰與水平方向成30°角，如圖2所示，不計(jì)粒子重力，求：(1)粒子離開(kāi)電場(chǎng)時(shí)速度的大小；二、帶電粒子在電場(chǎng)中的類(lèi)平拋運(yùn)動(dòng)圖2答案解析解析粒子離開(kāi)電場(chǎng)時(shí)，速度與水平方向夾角為30°，答案解析(2)勻強(qiáng)電場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)大??；解析粒子在勻強(qiáng)電場(chǎng)中做類(lèi)平拋運(yùn)動(dòng)，在水平方向上：L＝v0t，在豎直方向上：vy＝at，由牛頓第二定律得：qE＝ma答案解析(3)兩板間的距離.解析粒子在勻強(qiáng)電場(chǎng)中做類(lèi)平拋運(yùn)動(dòng)，在豎直方向上：例3在如圖3所示的平行板電容器的兩板A、B上分別加如圖4甲、乙所示的兩種電壓，開(kāi)始B板的電勢(shì)比A板高.在電場(chǎng)力作用下原來(lái)靜止在兩板中間的電子開(kāi)始運(yùn)動(dòng).若兩板間距足夠大且不計(jì)重力，試分析電子分別在甲、乙兩種交變電壓作用下的運(yùn)動(dòng)情況，并定性畫(huà)出相應(yīng)的v－t圖象.三、帶電粒子在交變電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)圖3甲乙圖4答案

見(jiàn)解析答案解析解析t＝0時(shí)，B板電勢(shì)比A板高，在電場(chǎng)力作用下，電子向B板(設(shè)為正向)做初速度為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng).(1)對(duì)于題圖甲，在0～

T內(nèi)電子做初速度為零的正向勻加速直線運(yùn)動(dòng)，

T～T內(nèi)電子做末速度為零的正向勻減速直線運(yùn)動(dòng)，然后周期性地重復(fù)前面的運(yùn)動(dòng)，其速度圖線如圖(a)所示.(2)對(duì)于題圖乙，在0～

內(nèi)做類(lèi)似(1)0～T的運(yùn)動(dòng)，

～T電子做反向先勻加速、后勻減速、末速度為零的直線運(yùn)動(dòng).然后周期性地重復(fù)前面的運(yùn)動(dòng)，其速度圖線如圖(b)所示.技巧點(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圖象.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.例4如圖5所示，半徑為r的絕緣細(xì)圓環(huán)的環(huán)面豎直固定在水平面上，場(chǎng)強(qiáng)為E的勻強(qiáng)電場(chǎng)與環(huán)面平行.一電荷量為＋q、質(zhì)量為m的小球穿在環(huán)上，可沿環(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)垂直，且圓環(huán)與小球間沿水平方向無(wú)力的作用，求：(1)速度vA的大?。淮鸢附馕鰣D5四、帶電粒子在電場(chǎng)(復(fù)合場(chǎng))中的圓周運(yùn)動(dòng)解析在A點(diǎn)，小球在水平方向只受電場(chǎng)力作用，(2)小球運(yùn)動(dòng)到與A點(diǎn)對(duì)稱(chēng)的B點(diǎn)時(shí)，對(duì)環(huán)在水平方向的作用力的大小.答案6qE答案解析解析在小球從A運(yùn)動(dòng)到B的過(guò)程中，根據(jù)動(dòng)能定理，電場(chǎng)力做的正功等于小球動(dòng)能的增加量，解以上兩式得小球在B點(diǎn)受到環(huán)的水平作用力為：FB＝6qE.由牛頓第三定律知，球?qū)Νh(huán)在水平方向的作用力大小FB′＝6qE.解決電場(chǎng)(復(fù)合場(chǎng))中的圓周運(yùn)動(dòng)問(wèn)題，關(guān)鍵是分析向心力的來(lái)源，向心力的提供有可能是重力和電場(chǎng)力的合力，也有可能是單獨(dú)的重力或電場(chǎng)力.有時(shí)可以把復(fù)合場(chǎng)中的圓周運(yùn)動(dòng)等效為豎直面內(nèi)的圓周運(yùn)動(dòng)，找出等效“最高點(diǎn)”和“最低點(diǎn)”.技巧點(diǎn)撥針對(duì)訓(xùn)練如圖6所示，ABCD為豎直放在E＝1.0×103V/m的水平勻強(qiáng)電場(chǎng)中的絕緣光滑軌道，其中BCD部分是直徑為20cm的半圓環(huán)，水平軌道AB＝15cm，直徑BD垂直于AB，今有m＝10g、q＝10－4

C的小球從靜止由A點(diǎn)沿軌道運(yùn)動(dòng)，它運(yùn)動(dòng)到圖中C處時(shí)的速度是______m/s，在C處時(shí)對(duì)軌道的壓力是_____N；要使小球恰好能運(yùn)動(dòng)到D點(diǎn)，開(kāi)始時(shí)小球的位置應(yīng)離B點(diǎn)______m.(g取10m/s2)答案解析圖60.40.25達(dá)標(biāo)檢測(cè)1.(帶電體在電場(chǎng)中的直線運(yùn)動(dòng))如圖7所示，在豎直放置間距為d的平行板電容器中，存在電場(chǎng)強(qiáng)度為E的勻強(qiáng)電場(chǎng).有一質(zhì)量為m、電荷量為＋q的小球從兩極板正中間處?kù)o止釋放，重力加速度為g，不計(jì)空氣阻力.則小球運(yùn)動(dòng)到負(fù)極板的過(guò)程

圖7答案1234√解析2.(帶電粒子在交變電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng))(多選)如圖8(a)所示，A、B表示真空中水平放置的相距d的平行金屬板，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t＝0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(mǎn)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√答案圖81234√3.(帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的圓周運(yùn)動(dòng))如圖9所示，半徑為R的光滑圓環(huán)豎直置于場(chǎng)強(qiáng)為E的水平方向的勻強(qiáng)電場(chǎng)中，質(zhì)量為m、帶電荷量為＋q的空心小球穿在環(huán)上，當(dāng)小球從頂點(diǎn)A由靜止開(kāi)始下滑到與圓心O等高的位置B時(shí)，求小球?qū)Νh(huán)的壓力(重力加速度為g).答案圖9解析1234答案2mg＋3Eq，方向水平向右解析小球從A運(yùn)動(dòng)到B的過(guò)程中，重力做正功，電場(chǎng)力做正功，動(dòng)能增加，1234在B點(diǎn)小球受到重力mg、電場(chǎng)力F和環(huán)對(duì)小球的彈力F1三個(gè)力的作用，沿半徑方向指向圓心的合力提供向心力，聯(lián)立以上兩式可得F1＝2mg＋3Eq小球?qū)Νh(huán)的作用力與環(huán)對(duì)小球的作用力為一對(duì)作用力與反作用力，兩者等大反向，即小球?qū)Νh(huán)的壓力F1′＝2mg＋3Eq，方向水平向右.4.(帶電粒子在電場(chǎng)中的類(lèi)平拋運(yùn)動(dòng))如圖10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，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.答案解析1234圖10解析陰極A受熱后發(fā)射