高中物理 九、帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)學(xué)案 新人教版選修

1、九、帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng) 知識(shí)網(wǎng)絡(luò)圖：1、運(yùn)動(dòng)狀態(tài)分析：帶電粒子沿著與電場(chǎng)平行的方向進(jìn)入勻強(qiáng)電場(chǎng)，受到的電場(chǎng)力與運(yùn)動(dòng)方向在 上，做 運(yùn)動(dòng)。2、用功能觀(guān)點(diǎn)分析：粒子動(dòng)能的變化等于電場(chǎng)力做的功。表達(dá)式： 帶電粒子的加速 帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)1、電場(chǎng)使帶電粒子的速度方向發(fā)生改變，這種作用就是帶電粒子的偏轉(zhuǎn)，其中最簡(jiǎn)單的情況是事電粒子以垂直場(chǎng)強(qiáng)的方向進(jìn)入勻強(qiáng)電場(chǎng)，帶電粒子的運(yùn)動(dòng)類(lèi)似于 2、運(yùn)動(dòng)分析：帶電粒子在水平方向做勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，速度vX=v0，通過(guò)電場(chǎng)時(shí)所需時(shí)間 在豎直方向上做勻加速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，加速度 速度 ，位移 。粒子離開(kāi)電場(chǎng)時(shí)偏轉(zhuǎn)角（偏離入射方向的角度）的正切值為 。帶電粒子的偏轉(zhuǎn)讓 一、

2、帶電粒子的加速問(wèn)題1：一使帶電粒子在電場(chǎng)中只被加速而不改變運(yùn)動(dòng)方向該怎么辦？+U-.-qU.+q方案1：v0=0，僅受電場(chǎng)力就會(huì)做加速運(yùn)動(dòng)，可達(dá)到目的。方案2：v00，僅受電場(chǎng)力，電場(chǎng)力的方向應(yīng)同v0同向才能達(dá)到加速的目的。問(wèn)題2：上面示意圖中兩電荷電性換一下能否達(dá)到加速的目的？ 問(wèn)題3：結(jié)合圖示，分別從運(yùn)動(dòng)學(xué)的角度和能量的角度兩個(gè)方面推導(dǎo)，當(dāng)v0=0時(shí)，帶電粒子到達(dá)另一極板時(shí)的速度大?。糠椒ㄒ唬悍椒ǘ?jiǎn)栴}4：結(jié)合牛頓第二定律及動(dòng)能定理中做功條件（W=FScos恒力，W=qU任何電場(chǎng)）討論各方法的實(shí)用性地。練習(xí)1：若初速度v00，推導(dǎo)最終的速度表達(dá)式。+Q練習(xí)2：如圖所示，在點(diǎn)電荷+Q的電場(chǎng)

3、中有A、B兩點(diǎn)，將質(zhì)子和粒子 （氦的原子核）分別從A點(diǎn)由靜止釋放到達(dá)B點(diǎn)，這們的速度大小之比為多少？【例1】如圖，E發(fā)射的電子初速度為零，兩電源的電壓分別為45V、30V，A、B兩板上有小孔Oa、Ob，則電子經(jīng)過(guò)Oa、Ob孔以及到達(dá)C板時(shí)的動(dòng)能分別是：EKA= ，EKB= ，EKC= .例2、一勻強(qiáng)電場(chǎng)的電場(chǎng)強(qiáng)度隨時(shí)間變化的圖象如圖所示，勻強(qiáng)電場(chǎng)中有一帶電粒子，在t=0時(shí)由靜止釋放，若帶電粒子只受電場(chǎng)力的作用，則在開(kāi)始運(yùn)動(dòng)的4s時(shí)間內(nèi)，下列說(shuō)法正確的是（ ）A在t=2s時(shí)，帶電粒子離出發(fā)點(diǎn)最遠(yuǎn) B在t=1.5s時(shí)，帶電粒子離出發(fā)點(diǎn)最遠(yuǎn)C帶電粒子將向一個(gè)方向運(yùn)動(dòng) D4s末帶電粒子回到原出發(fā)點(diǎn)例3

4、、如圖所示，在平行金屬板AB間和BC間分別由電源提供恒定的電壓U1和U2，且U2U1。在A(yíng)板附近有一電子，質(zhì)量為m,電荷量為-e,由靜止開(kāi)始向右運(yùn)動(dòng)，穿過(guò)B板的小孔進(jìn)人BC之間，若AB間距為d1，BC間距為d2。求：（1）電子通過(guò)B板小孔后向右運(yùn)動(dòng)時(shí)，電子距B板的最大距離；（2）電子在A(yíng)C間往返運(yùn)動(dòng)的周期。例4、如圖所示，整個(gè)空間存在著水平向左電場(chǎng)強(qiáng)度E=5102Vm的勻強(qiáng)電場(chǎng)，質(zhì)量為M=2kg的小車(chē)B靜止在光滑水平面上，現(xiàn)將一個(gè)質(zhì)量為m=05 kg帶正電荷q=10-3C的小物體A無(wú)初速度放在B的右端，同時(shí)給小車(chē)B一個(gè)水平向右的恒力F=1N，它們將由靜止開(kāi)始運(yùn)動(dòng)。物體與小車(chē)之間絕緣且有摩擦力作

5、用，求：(1)若想物體不會(huì)從車(chē)上滑下，物體與小車(chē)之間動(dòng)摩擦因數(shù)0至少為多少?(2)若物體與小車(chē)之間動(dòng)唪擦因數(shù)=03，并給A水平向左的初速度V0=9ms。求小車(chē)的長(zhǎng)度至少為多少物體不會(huì)從車(chē)上滑下?A與B相互作用過(guò)程中系統(tǒng)增加的內(nèi)能(g=10m/s2)例1：【解析】由圖示可知：A、B板帶正電，且電勢(shì)相等，電子在E、A之間被電場(chǎng)加速，由動(dòng)能定理可得：eUEAEKA0 而UEA45V 所以EKA45eV 電子在A(yíng)、B之間作勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，所以EKBEKA45eV 電子在B、C之間作減速運(yùn)動(dòng)，由動(dòng)能定理可得：eUBCEKCEKB 而 UBC30V 所以EKCEKBeUBC15eV【答案】45eV、45eV

6、、15eV2、答案：BD3、答案: 解析（1）（共4分）設(shè)這個(gè)最大距離為xm，則由功能關(guān)系，有： qd1 = qxm （2分） xm=（2分） （2）（共6分）eU1 =mv（2分） d1 =t1 （1分） xm=t2（1分） T=2t1+2t2= =( +)（2分）二、帶電粒子的偏轉(zhuǎn)：如果帶電粒子在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)方向與加速度方向不在同一條直線(xiàn)上，帶電粒子的運(yùn)動(dòng)情況又如何呢？下面我們通過(guò)一種較特殊的情況來(lái)研究。問(wèn)題1：如圖所示，電子以初速度v0垂直于電場(chǎng)線(xiàn)射入勻強(qiáng)電場(chǎng)，討論：（1）分析帶電粒子的受力情況。（2）你認(rèn)為這種情況同哪種運(yùn)動(dòng)類(lèi)似，這種運(yùn)動(dòng)的研究方法是什么？（3）你能類(lèi)比得到帶電粒子在電場(chǎng)

7、中運(yùn)動(dòng)的研究方法嗎？小結(jié)：（1）：（2）：（3）：?jiǎn)栴}2：如圖所示，設(shè)負(fù)電荷帶電荷量為q，平行板長(zhǎng)為L(zhǎng)，兩板間距為d，電勢(shì)差為U，初速度為v0，試求： 帶電粒子受力情況分析。 1、帶電粒子在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間t。 2、粒子運(yùn)動(dòng)的加速度。3、粒子在射出電場(chǎng)時(shí)豎直方向上的偏轉(zhuǎn)距離。4、粒子在離開(kāi)電場(chǎng)時(shí)豎直方向的分速度。5、粒子在離開(kāi)電場(chǎng)時(shí)的速度大小。6、粒子在離開(kāi)電場(chǎng)時(shí)的偏轉(zhuǎn)角練習(xí)3：一個(gè)氫離子以速度v垂直電場(chǎng)方向飛入平行板電容器的兩板間，它飛離電場(chǎng)時(shí)的偏轉(zhuǎn)距離為d.如果換成一個(gè)兩價(jià)氦離子以速度2v沿同樣的方向飛入該電場(chǎng)，則飛離電場(chǎng)時(shí)的偏轉(zhuǎn)距離為多少？練習(xí)4：如圖所示，平行金屬板長(zhǎng)為L(zhǎng)，一個(gè)帶電為+

8、q、質(zhì)量為m的粒子以初速度v0緊貼上板垂直射入電場(chǎng)，剛好從下板邊緣射出，末速度恰與下板成30角，粒子重力不計(jì)，求：（1）粒子末速度大?。?）電場(chǎng)強(qiáng)度（3）兩極板間距離歸結(jié)2：三、帶電粒子在電場(chǎng)中先加速后偏轉(zhuǎn)問(wèn)題3：如圖，質(zhì)量為m，帶負(fù)電q的粒子，在靜電力作用下，由靜止開(kāi)始，經(jīng)過(guò)加速電壓U1加速后進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)U2，試求：（1）偏移的距離y？；（2）偏移的角度 ？小結(jié)：根據(jù)上式可知，粒子的偏角與 無(wú)關(guān)，僅決定于 .即不同的的帶電粒子從靜止經(jīng)過(guò)同一電場(chǎng)加速后進(jìn)入同一偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)后，它們?cè)陔妶?chǎng)中的偏轉(zhuǎn)角度總是 .練習(xí)5：一束電子流在經(jīng)U5000 V的加速電壓加速后，在距兩極板等距處垂直進(jìn)入平行板間的勻強(qiáng)電

9、場(chǎng)，如圖所示，若兩板間距d=1.0 cm，板長(zhǎng)l=5.0 cm，那么，要使電子能從平行板間飛出，兩個(gè)極板上最多能加多大電壓?1、如圖所示，相距為d的兩塊平行金屬板M、N與電源相連，電鍵S閉合后，MN間有勻強(qiáng)電場(chǎng)，一個(gè)帶電粒子，垂直于電場(chǎng)方向從M板邊緣射入電場(chǎng)，恰好打在N板中央。若不計(jì)重力，下列說(shuō)法正確的是：（ ）A若將N板向下移動(dòng)d，可使粒子剛好飛出電場(chǎng)，B若將N板向下移動(dòng)2d，可使粒子剛好飛出電場(chǎng)，C若S打開(kāi)，為使粒子剛好飛出電場(chǎng)，可將N板向下移動(dòng)dD若S打開(kāi)，為使粒子剛好飛出電場(chǎng)，可將N板向下移動(dòng)3d2、一個(gè)動(dòng)能為k 的帶電粒子，垂直于電場(chǎng)線(xiàn)方向飛入平行板電容器，飛出電容器時(shí)動(dòng)能為2k ，

10、如果使這個(gè)帶電粒子的初速度變?yōu)樵瓉?lái)的兩倍，那么它飛出電容器時(shí)的動(dòng)能變?yōu)椋海?）A8k； B425k ；C5k； D4k3、如圖所示，一個(gè)帶電粒子，從粒子源飄入（初速度很小，可忽略不計(jì)）電壓為U1的加速電場(chǎng)，經(jīng)加速后從小孔S沿平行金屬板A、B的中心線(xiàn)射入，A、B板長(zhǎng)為L(zhǎng)，相距為d，電壓為U2。則帶電粒子能從A、B板間飛出，應(yīng)該滿(mǎn)足的條件是（ ）A B C DLBm,qdv0A4. 如圖所示，水平放置的平行板電容器，原來(lái)兩板不帶電，上極板接地，它的極板長(zhǎng)L = 0.1m，兩板間距離 d = 0.4 cm，有一束相同微粒組成的帶電粒子流從兩板中央平行極板射入，由于重力作用微粒能落到下板上，已知微粒質(zhì)量為 m = 210-6kg，電量q = 110-8 C，電容器電容為C =10-6 F求(1) 為使第一粒子能落點(diǎn)范圍在下板中點(diǎn)到緊靠邊緣的B點(diǎn)之內(nèi)，則微粒入射速度v0應(yīng)為多少？(2) 以上述速度入射的帶電粒子，最多能有多少落