2018年高中物理 第一章 静电场 1.12 带电粒子在电场中的加速学案 新人教版选修3-1.doc

带电粒子在电场中的加速1、 考点突破：知识点考纲要求题型说明带电粒子在电场中的加速1. 掌握电场力做功的特点；2. 熟练掌握匀强和非匀强电场中电场力做功的计算方法；3. 理解电场力做的功是电势能转化的量度。选择题、计算题本知识点属于重点内容，是高频考点，命题方向从动力学和能量角度考查带电粒子在电场中的加速。二、重难点提示：重点：1. 熟练掌握匀强和非匀强电场中电场力做功的计算； 2. 理解电场力做的功是电势能转化的量度。 难点：匀强和非匀强电场中电场力做功的计算。一、带电粒子在恒定场中的加速1. 带电粒子的重力是否忽略的问题（1）基本粒子：如电子、质子、粒子、离子等除有说明或有明确的暗示以外，一般都不考虑重力（但并不忽略质量）。（2）带电颗粒：如液滴、油滴、尘埃、小球等，除有说明或有明确的暗示以外，一般都不能忽略重力。2. 电场力做功特点及与电势能变化的关系（1）电场力做功只与始末位置的电势差有关，只要电势差相同其加速效果就相同，与电场是否为匀强场无关。（2）电场力做功是电势能变化的量度，二、带电粒子在电场中加速的规律若不计粒子的重力，则电场力对带电粒子做的功等于带电粒子动能的增加量。（1）在匀强电场中：WqEdqUmv2mv或FqEqma. （2）在非匀强电场中：WqUmv2mv.（3）如果存在其他力做功:例题1 如图所示，电子由静止开始从A板向B板运动，当到达B极板时速度为v，保持两板间电压不变，则 （）A. 当增大两板间距离时，v增大B. 当减小两板间距离时，v增大C. 当改变两板间距离时，v不变D. 当增大两板间距离时，电子在两板间运动的时间变长思路分析：电子从静止开始运动，根据动能定理，从A板运动到B板动能的变化量等于电场力做的功。因为保持两个极板间的电势差不变，所以末速度不变，而位移（两板间距离）如果增加的话，电子在两板间运动的时间变长，故C、D正确。答案：CD例题2 如图所示，质量m2.0104 kg、电荷量q1.0106 C的带正电微粒静止在空间范围足够大的电场强度为E的匀强电场中。取g10 m/s2。（1）求匀强电场的电场强度E的大小和方向；（2）在t0时刻，电场强度大小突然变为E04.0103 N/C，方向不变。求在t0.20 s时间内电场力做的功；（3）在t0.20 s时刻突然撤掉电场，求带电微粒回到出发点时的动能。思路分析：（1）因微粒静止，知其受力平衡，对其受力分析有EqmgE N/C2.0103 N/C，方向向上（2）在t0时刻，电场强度大小突然变为E04.0103 N/C，设微粒的加速度为a，在t0.20 s时间内上升高度为h，电场力做功为W，则qE0mgma解得：a10 m/s2hat2解得：h0.20 mWqE0h解得：W8.0104 J（3）设在t0.20 s时刻突然撤掉电场时微粒的速度大小为v，回到出发点时的动能为Ek，则vat由动能定理得mghEkmv2解得：Ek8.0104 J答案：（1）2.0103 N/C，方向向上（2）8.0104 J（3）8.0104 J【方法提炼】带电粒子在电场中运动问题的两种求解思路1. 运动学与动力学观点运动学观点是指用匀变速运动的公式来解决实际问题，特指在匀强场中的直线运动。2. 功能观点：首先对带电粒子受力分析，再分析运动形式，然后根据具体情况选用公式计算。（1）若选用动能定理，则要分清有多少个力做功，是恒力做功还是变力做功，同时要明确初、末状态及运动过程中动能的增量。（2）若选用能量守恒定律，则要分清带电粒子在运动过程中共有多少种能量参与转化，哪些能量是增加的，哪些能量是减少的。满分训练：微波实验是近代物理实验室中的一个重要部分。反射式速调管是一种结构简单、实用价值较高的常用微波器件之一，它是利用电子团与场相互作用在电场中发生振荡来产生微波，其振荡原理与下述过程类似。如图甲所示，在虚线MN两侧分布着方向平行于x轴的电场，其电势随x的分布可简化为如图乙所示的折线。一带电微粒从A点由静止开始，在电场力作用下沿直线在A、B两点间往返运动。已知带电微粒质量m1.01020 kg，带电荷量q1.0109 C，A点距虚线MN的距离d11.0 cm，不计带电微粒的重力，忽略相对论效应。求： 图甲 图乙（1）B点距虚线MN的距离d2；（2）带电微粒从A点运动到B点所经历的时间t.思路分析：（1）由图乙知虚线左右分别是匀强电场，左侧电场沿x方向，右侧电场沿x方向，大小分别为E12.0103N/C和E24.0103N/C，带电微粒由A运动到B的过程中，由动能定理有|q|E1d1|q|E2d20解得d2d10.50 cm（2）设微粒在虚线MN两侧的加速度大小分别为a1、a2，由牛顿第二定律有|q|E1ma1|q|E2ma2设微粒在虚线MN两侧运动的时间分别为t1、t2，由运动学公式有d1a1td2a2t又tt1t2由式解得t1.5108 s.答案：（1）0.50 cm（2）1.5108 s