物理人教版（浙江版）選修3-1課件第一章靜電場習題課帶電粒子在電場中的運動

第一章

靜電場習題課：帶電粒子在電場中的運動課時要求

1.會利用動力學和功能觀點分析帶電粒子在電場中的直線運動.2.會利用運動的合成與分解方法分析帶電粒子在電場中的類平

拋運動.3.會分析帶電粒子在交變電場及復合場中的運動．內(nèi)容索引題型探究達標檢測1題型探究一、帶電粒子在電場中的直線運動1.帶電粒子在電場中做直線運動(1)勻速直線運動：此時帶電粒子受到的合外力一定等于零，即所受到的電場力與其他力平衡.(2)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.(3)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.2.討論帶電粒子在電場中做直線運動(加速或減速)的方法：(1)力和加速度方法——牛頓運動定律、勻變速直線運動公式；(2)功和能方法——動能定理；(3)能量方法——能量守恒定律.例1

如圖1所示，水平放置的A、B兩平行板相距h，上板A帶正電，現(xiàn)有質量為m、帶電荷量為＋q的小球在B板下方距離B板為H處，以初速度v0豎直向上從B板小孔進入板間電場.(1)帶電小球在板間做何種運動？圖1答案解析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，在電場中受重力和電場力作用做勻減速直線運動.(2)欲使小球剛好打到A板，A、B間電勢差為多少？答案解析整個運動過程中重力和電場力做功，由動能定理得二、帶電粒子在電場中的類平拋運動1.分析帶電粒子在電場中做類平拋運動的方法：利用運動的合成與分解把曲線運動轉換為直線運動.利用的物理規(guī)律有：牛頓運動定律結合運動學公式、動能定理、功能關系等.2.分析此類問題要注意：粒子在哪個方向不受力，在哪個方向受電場力，粒子的運動軌跡向哪個方向彎曲.例2

長為L的平行金屬板水平放置，兩極板帶等量的異種電荷，板間形成勻強電場，一個帶電荷量為＋q、質量為m的帶電粒子，以初速度v0緊貼上極板垂直于電場線方向進入該電場，剛好從下極板邊緣射出，射出時速度恰與下極板成30°角，如圖2所示，不計粒子重力，求：(1)粒子末速度的大小；圖2答案解析粒子離開電場時，合速度與水平方向夾角為30°，由幾何關系得合速度：(2)勻強電場的場強；答案解析粒子在勻強電場中做類平拋運動，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(3)兩板間的距離.答案解析粒子做類平拋運動，三、帶電粒子在交變電場中的運動1.當空間存在交變電場時，粒子所受電場力方向將隨著電場方向的改變而改變，粒子的運動性質也具有周期性.2.研究帶電粒子在交變電場中的運動需要分段研究，并輔以v－t圖象.特別注意帶電粒子進入交變電場時的時刻及交變電場的周期.例3

在如圖3所示的平行板電容器的兩板A、B間分別加如圖4甲、乙所示的兩種電壓，開始B板的電勢比A板高.在電場力作用下原來靜止在兩板中間的電子開始運動.若兩板間距足夠大，且不計重力，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v－t圖象.圖3甲

乙圖4答案解析見解析t＝0時，B板電勢比A板高，在電場力作用下，電子向B板(設為正向)做初速度為零的勻加速直線運動.(a)(b)針對訓練帶正電的微粒放在電場中，場強的大小和方向隨時間變化的規(guī)律如圖5所示.帶電微粒只在電場力的作用下由靜止開始運動，則下列說法中正確的是A.微粒在0～1s內(nèi)的加速度與1～2s內(nèi)的加速度相同B.微粒將沿著一條直線運動C.微粒將做往復運動D.微粒在第1s內(nèi)的位移與第3s內(nèi)的位移不同答案解析√圖5設微粒的速度方向、位移方向向右為正，作出微粒的v－t圖象如圖所示.由圖可知B選項正確.四、帶電粒子在電場(復合場)中的圓周運動例4

如圖6所示，半徑為r的絕緣細圓環(huán)的環(huán)面固定在水平面上，場強為E的勻強電場與環(huán)面平行.一電荷量為＋q、質量為m的小球穿在環(huán)上，可沿環(huán)做無摩擦的圓周運動，若小球經(jīng)A點時，速度vA的方向恰與電場垂直，且圓環(huán)與小球間沿水平方向無力的作用，求：(1)速度vA的大??；圖6答案解析(2)小球運動到與A點對稱的B點時，對環(huán)在水平方向的作用力的大小.答案解析6qE解以上兩式得小球在B點受到環(huán)的水平作用力為：FB＝6qE.由牛頓第三定律知，球對環(huán)在水平方向的作用力大小FB′＝6qE.技巧點撥解決電場(復合場)中的圓周運動問題，關鍵是分析向心力的來源，向心力的提供有可能是重力和電場力的合力，也有可能是單獨的重力或電場力.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，找出等效“最高點”和“最低點”.達標檢測21.靜電噴漆技術具有效率高、質量好、有益于健康等優(yōu)點，其裝置可簡化為如圖7所示.A、B為有一定間距的兩塊平行金屬板，兩板間存在由B指向A的勻強電場.在A板的中央放置一個安全接地的靜電油漆噴槍P，油漆噴槍可向豎直向下方向均勻地噴出初速度大小不同、帶負電的油漆微粒，假設油漆微粒的質量、電荷量大小均相等，微粒的重力和所受空氣阻力均不計，油漆微粒最后都能落在金屬板B上.對油漆微粒，下列說法正確的是A.每個微粒的加速度不相同

B.所有微粒到達B板前的瞬間速度大小相等C.電場力對每個微粒所做的功相同D.所有微粒到達B板所需的時間相同123答案√圖742.如圖8甲所示，在間距足夠大的平行金屬板A、B之間有一電子，在A、B之間加上如圖乙所示規(guī)律變化的電壓，在t＝0時刻電子靜止且A板電勢比B板電勢高，則A.電子在A、B兩板間做往復運動B.在足夠長的時間內(nèi)，電子一定會碰上A板C.當t＝

時，電子將回到出發(fā)點D.當t＝

時，電子的位移最大圖8√答案解析1234電子先向A板做半個周期的勻加速運動，接著做半個周期的勻減速運動，經(jīng)歷一個周期后速度為零，以后重復以上過程，運動方向不變，選B.12343.如圖9所示，在某一真空中，只有水平向右的勻強電場和豎直向下的重力場，在豎直平面內(nèi)有初速度為v0的帶電微粒，恰能沿圖示虛線由A向B做直線運動.那么A.微粒帶正、負電荷都有可能B.微粒做勻減速直線運動C.微粒做勻速直線運動D.微粒做勻加速直線運動答案解析圖9√1234因為微粒沿A向B方向直線運動，它受豎直向下重力與水平向左電場力時，恰能滿足條件，因此微粒只能帶負電，做勻減速直線運動，因此B對，A、C、D錯誤.12344.(2016·浙江余姚期末)真空中的某裝置如圖10所示，現(xiàn)有質子、氘核和α粒子都從O點由靜止釋放，經(jīng)過相同加速電場和偏轉電場，射出后都打在同一個與OO′垂直的熒光屏上，使熒光屏上出現(xiàn)亮點(已知質子、氘核和α粒子質量之比為1∶2∶4，電荷量之比為1∶1