2017-2018学年高中物理 第一章 静电场 第8讲 习题课带电粒子在电场中的运动课件 教科版选修3-1.ppt

第一章静电场 第8讲习题课 带电粒子在电场中的运动 1 加深对电场中带电粒子的加速和偏转的理解和应用 2 掌握电场中带电粒子的圆周运动问题的分析方法 目标定位 二 带电粒子在电场中的类平抛运动 三 带电粒子在交变电场中运动 对点检测自查自纠 栏目索引 一 带电粒子在电场中的直线运动 四 带电粒子在电场中的圆周运动 一 带电粒子在电场中的直线运动 例1如图1所示 水平放置的A B两平行板相距h 上极板A带正电 现有质量为m 电荷量为 q的小球在B板下方距离B板为H处 以初速度v0竖直向上从B板小孔进入板间电场 1 带电小球做何种运动 典例精析 解析答案 图1 解析带电小球在电场外只受重力的作用做匀减速直线运动 在电场中受重力和电场力作用做匀减速直线运动 答案见解析 2 欲使小球刚好打到A板 A B间电势差为多少 解析答案 总结提升 图1 答案见解析 返回 总结提升 1 带电小球 带电油滴 带电颗粒等一些带电体的重力较大 除有特殊说明外 在分析其运动情况时不能忽略其重力的作用 2 带电粒子在电场中做加速或减速直线运动时 若是匀强电场 可用动能定理或牛顿第二定律结合运动学公式两种方法分析求解 若是非匀强电场 只能用动能定理分析求解 返回 二 带电粒子在电场中的类平抛运动 例2长为L的平行金属板竖直放置 两极板带等量的异种电荷 板间形成匀强电场 一个带电荷量为 q 质量为m的带电粒子 以初速度v0紧贴左极板垂直于电场线方向进入该电场 刚好从右极板边缘射出 射出时速度恰与右极板成30 角 如图2所示 不计粒子重力 求 1 粒子末速度的大小 典例精析 解析答案 图2 解析粒子离开电场时 合速度与竖直方向夹角为30 由速度关系得合速度 2 匀强电场的场强 解析答案 图2 解析粒子在匀强电场中做类平抛运动 在竖直方向上 L v0t 在水平方向上 vy at 由牛顿第二定律得 qE ma 3 两板间的距离 解析答案 总结提升 图2 总结提升 1 带电粒子垂直进入匀强电场中做类平抛运动研究方法 将运动分解为沿初速度方向 不一定水平 的匀速直线运动 沿电场力方向的匀加速直线运动沿初速度方向 L v0tvx v0 沿电场力方向 偏转角 2 涉及功能关系时 也可以根据动能定理列方程 例3如图3所示 三个质量相等的 分别带正电 负电和不带电的小球 以相同速率在平行放置的带电金属板间的P点沿垂直于电场方向射入电场 落在A B C三点 则 解析答案 温馨提示 返回 图3 A 落到A点的小球带正电 落到B点的小球带负电 落到C点的小球不带电B 三小球在电场中运动时间相等C 三小球到达下极板的动能关系是EkA EkB EkCD 三小球在电场中的加速度关系是aC aB aA 解析三个小球在水平方向都做匀速直线运动 由图看出水平位移关系是 xA xB xC 三个小球水平速度v0相同 由x v0t得 运动时间关系是 tA tB tC 选项B错误 温馨提示 竖直方向上三个小球都做匀加速直线运动 由图看出竖直位移y大小相等 由y at2得到加速度关系为 aA aB aC 选项D正确 根据牛顿第二定律得到合力关系为 FA FB FC 三个小球重力相同 而平行金属板上极板带负极 可以判断出来A带正电 B不带电 C带负电 选项A错误 三个小球所受合力方向都竖直向下 都做正功 竖直位移大小相等 而合力FA FB FC 则合力做功大小关系为 WA WB WC 根据动能定理得 三小球到达下极板时的动能关系是EkA EkB EkC 故C错误 答案D 温馨提示 质子 电子 粒子等基本粒子 由于重力远小于电场力 在电场中运动时不考虑重力 带电小球 液滴等由于重力和电场力比较不能忽略 除非特别说明 一般要考虑重力 返回 三 带电粒子在交变电场中运动 例4在如图4甲所示平行板电容器A B两极板上加上如图乙所示的交变电压 开始B板的电势比A板高 这时两极板中间原来静止的电子在电场力作用下开始运动 设电子在运动中不与极板发生碰撞 则下述说法正确的是 不计电子重力 典例精析 解析答案 返回 方法点拨 甲乙 图4 A 电子先向A板运动 然后向B板运动 再返回A板做周期性来回运动B 电子一直向A板运动C 电子一直向B板运动D 电子先向B板运动 然后向A板运动 再返回B板做周期性来回运动 方法点拨 解析由运动学和动力学规律画出如图所示的v t图像可知 电子一直向B板运动 C正确 答案C 方法点拨 1 当空间存在交变电场时 粒子所受电场力方向将随着电场方向的改变而改变 粒子的运动性质也具有周期性 2 研究带电粒子在交变电场中的运动需要分段研究 并辅以v t图像特别注意带电粒子进入交变电场时的时刻及交变电场的周期 返回 四 带电粒子在电场中的圆周运动 电学知识与圆周运动结合的综合问题是近几年高考热点 解决这类问题的基本方法和力学中的情形相同 但处理时要充分考虑到电场力的特点 明确向心力的来源 灵活应用等效法 叠加法等分析解决问题 知识梳理 例5如图5所示 一绝缘细圆环半径为r 其环面固定在水平面上 电场强度为E的匀强电场与圆环平面平行 环上穿有一电荷量为 q 质量为m的小球 可沿圆环做无摩擦的圆周运动 若小球经A点时速度vA的方向恰与电场线垂直 且圆环与小球间沿水平方向无作用力 则速度vA 当小球运动到与A点对称的B点时 小球对圆环在水平方向的作用力FB 典例精析 解析答案 图5 返回 返回 1 带电粒子在电场中的直线运动 多选 如图6所示 在等势面沿竖直方向的匀强电场中 一带负电的微粒以一定初速度射入电场 并沿直线AB运动 由此可知 解析答案 对点检测 1 2 3 4 图6 A 电场中A点的电势低于B点的电势B 微粒在A点时的动能大于在B点时的动能C 微粒在A点时的电势能大于在B点时的电势能D 微粒在A点时机械能大于在B点时的机械能 解析带负电微粒受重力 电场力 合外力与运动方向在同一条直线上 可知所受电场力方向水平向左 场强方向水平向右 沿电场线电势降低 所以A点的电势高于B点的电势 故A错误 由A到B 微粒做减速运动 所以动能减小 电场力做负功 电势能增加 即微粒在A点的动能大于在B点时的动能 在A点时的电势能小于在B点时的电势能 故B正确 C错误 微粒从A向B运动 电场力做负功 机械能减小 选项D正确 答案BD 1 2 3 4 解析答案 1 2 3 4 2 带电粒子在电场中的类平抛运动 如图7所示 阴极A受热后向右侧空间发射电子 电子质量为m 电荷量为e 电子的初速率为v 且各个方向都有 与A极相距l的地方有荧光屏B 电子击中荧光屏时便会发光 若在A和B之间的空间里加一个水平向左 与荧光屏面垂直的匀强电场 电场强度为E 求B上受电子轰击后的发光面积 图7 1 2 3 4 解析阴极A受热后发射电子 这些电子沿各个方向射向右边匀强电场区域 取两个极端情况如图所示 沿极板竖直向上且速率为v的电子 受到向右的电场力作用做类平抛运动打到荧光屏上的P点 竖直方向上y vt 解析答案 1 2 3 4 3 带电粒子在交变电场中的运动 在空间有正方向水平向右 大小按如图8所示的图线变化的电场 位于电场中A点的电子在t 0时速度为零 在t 1s时 电子离开A点的距离大小为l 那么在t 2s时 电子将处在 解析答案 1 2 3 4 图8 A A点B A点左方l处C A点右方2l处D A点左方2l处 解析第1s内电场方向向右 电子受到的电场力方向向左 电子向左做匀加速直线运动 位移为l 第2s内电子受到的电场力方向向右 由于电子此时有向左的速度 因而电子继续向左做匀减速直线运动 根据运动的对称性 位移也是l t 2s时总位移为2l 向左 D 4 电场中粒子的圆周运动 如图9所示 半径为R的环形塑料管竖直放置 AB为该环的水平直径 且管的内径远小于环的半径 环的AB及以下部分处于水平向左的匀强电场中 管的内壁光滑 现将一质量为m 带电荷量为 q的小球从管中A点由静止释放 已知qE mg 求 1 小球释放后 第一次经过最低点D时的速度和对管壁的压力 解析答案 图9 1 2 3 4 1 2 3 4 由牛顿第三定律N N 小球对管壁的压力为5mg 方向竖直向下 2 小球释放后 第一次经过最高点C时管壁对小球的作用力 解析答案 1 2 3 4 返回 图9 N mg N 的方向竖直向下 答案mg 方向竖直向下 本课结束