2021-2022高中創(chuàng)新設(shè)計(jì)物理教科版選修3-1課件：第一章 第8講 習(xí)題課帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)

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1、第一章靜電場(chǎng) 1.加深對(duì)電場(chǎng)中帶電粒子的加速和偏轉(zhuǎn)的理解和應(yīng)用.2.掌握電場(chǎng)中帶電粒子的圓周運(yùn)動(dòng)問(wèn)題的分析方法.目標(biāo)定位 二、帶電粒子在電場(chǎng)中的類(lèi)平拋運(yùn)動(dòng)三、帶電粒子在交變電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)對(duì)點(diǎn)檢測(cè) 自查自糾欄目索引 一、帶電粒子在電場(chǎng)中的直線運(yùn)動(dòng)四、帶電粒子在電場(chǎng)中的圓周運(yùn)動(dòng) 一、帶電粒子在電場(chǎng)中的直線運(yùn)動(dòng)例1如圖1所示，水平放置的A、B兩平行板相距h，上極板A帶正電，現(xiàn)有質(zhì)量為m、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(jìn)入板間電場(chǎng).(1)帶電小球做何種運(yùn)動(dòng)？n典例精析 解析答案圖1解析帶電小球在電場(chǎng)外只受重力的作用做勻減速直線運(yùn)動(dòng)，在電場(chǎng)中受重力和電場(chǎng)力作用做勻減

2、速直線運(yùn)動(dòng).答案見(jiàn)解析 (2)欲使小球剛好打到A板，A、B間電勢(shì)差為多少？ 解析答案總結(jié)提升 圖1答案見(jiàn)解析 返回 總結(jié)提升(1)帶電小球、帶電油滴、帶電顆粒等一些帶電體的重力較大，除有特殊說(shuō)明外，在分析其運(yùn)動(dòng)情況時(shí)不能忽略其重力的作用.(2)帶電粒子在電場(chǎng)中做加速或減速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，若是勻強(qiáng)電場(chǎng)，可用動(dòng)能定理或牛頓第二定律結(jié)合運(yùn)動(dòng)學(xué)公式兩種方法分析求解；若是非勻強(qiáng)電場(chǎng)，只能用動(dòng)能定理分析求解. 返回 二、帶電粒子在電場(chǎng)中的類(lèi)平拋運(yùn)動(dòng)例2長(zhǎng)為L(zhǎng)的平行金屬板豎直放置，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緊貼左極板垂直于電場(chǎng)線方向進(jìn)入該電場(chǎng)，剛

3、好從右極板邊緣射出，射出時(shí)速度恰與右極板成30角，如圖2所示，不計(jì)粒子重力，求：(1)粒子末速度的大??；n典例精析 解析答案圖2解析粒子離開(kāi)電場(chǎng)時(shí)，合速度與豎直方向夾角為30，由速度關(guān)系得合速度：. (2)勻強(qiáng)電場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)； 解析答案 圖2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：Lv0t，在水平方向上：vyat，由牛頓第二定律得：qEma (3)兩板間的距離. 解析答案總結(jié)提升 圖2 總結(jié)提升(1)帶電粒子垂直進(jìn)入勻強(qiáng)電場(chǎng)中做類(lèi)平拋運(yùn)動(dòng)研究方法：將運(yùn)動(dòng)分解為沿初速度方向(不一定水平)的勻速直線運(yùn)動(dòng)，沿電場(chǎng)力方向的勻加速直線運(yùn)動(dòng)沿初速度方向：Lv0tvxv0,沿電場(chǎng)力方向： 212qEa

4、at y atm 偏轉(zhuǎn)角0tan vv y (2)涉及功能關(guān)系時(shí)，也可以根據(jù)動(dòng)能定理列方程. 例3如圖3所示，三個(gè)質(zhì)量相等的，分別帶正電、負(fù)電和不帶電的小球，以相同速率在平行放置的帶電金屬板間的P點(diǎn)沿垂直于電場(chǎng)方向射入電場(chǎng)，落在A、B、C三點(diǎn)，則() 解析答案溫馨提示返回 圖3A.落到A點(diǎn)的小球帶正電，落到B點(diǎn)的小球帶負(fù)電，落到C點(diǎn)的小球不帶電B.三小球在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)間相等C.三小球到達(dá)下極板的動(dòng)能關(guān)系是EkAEkBEkCD.三小球在電場(chǎng)中的加速度關(guān)系是aCaBaA 解析三個(gè)小球在水平方向都做勻速直線運(yùn)動(dòng)，由圖看出水平位移關(guān)系是：xAxBxC，三個(gè)小球水平速度v0相同，由xv0t得，運(yùn)動(dòng)時(shí)間關(guān)

5、系是：tAtBtC，選項(xiàng)B錯(cuò)誤； 溫馨提示 豎直方向上三個(gè)小球都做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，由圖看出豎直位移y大小相等，由y at2得到加速度關(guān)系為：aAaBaC，選項(xiàng)D正確；根據(jù)牛頓第二定律得到合力關(guān)系為：FAFBFC，三個(gè)小球重力相同，而平行金屬板上極板帶負(fù)極，可以判斷出來(lái)A帶正電，B不帶電，C帶負(fù)電，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；三個(gè)小球所受合力方向都豎直向下，都做正功，豎直位移大小相等，而合力FAFBFC，則合力做功大小關(guān)系為：WAWBWC，根據(jù)動(dòng)能定理得，三小球到達(dá)下極板時(shí)的動(dòng)能關(guān)系是EkAEkBEkC，故C錯(cuò)誤.答案D 溫馨提示質(zhì)子、電子、粒子等基本粒子，由于重力遠(yuǎn)小于電場(chǎng)力，在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)不考慮重力；帶電小

6、球、液滴等由于重力和電場(chǎng)力比較不能忽略，除非特別說(shuō)明，一般要考慮重力. 返回 三、帶電粒子在交變電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)例4在如圖4甲所示平行板電容器A、B兩極板上加上如圖乙所示的交變電壓，開(kāi)始B板的電勢(shì)比A板高，這時(shí)兩極板中間原來(lái)靜止的電子在電場(chǎng)力作用下開(kāi)始運(yùn)動(dòng)，設(shè)電子在運(yùn)動(dòng)中不與極板發(fā)生碰撞，則下述說(shuō)法正確的是(不計(jì)電子重力)()n典例精析 解析答案返回方法點(diǎn)撥 甲乙圖4A.電子先向A板運(yùn)動(dòng)，然后向B板運(yùn)動(dòng)，再返回A板做周期性來(lái)回運(yùn)動(dòng)B.電子一直向A板運(yùn)動(dòng)C.電子一直向B板運(yùn)動(dòng)D.電子先向B板運(yùn)動(dòng)，然后向A板運(yùn)動(dòng)，再返回B板做周期性來(lái)回運(yùn)動(dòng) 方法點(diǎn)撥 解析由運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)規(guī)律畫(huà)出如圖所示的vt圖像可知，

7、電子一直向B板運(yùn)動(dòng)，C正確.答案C 方法點(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vt圖像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. 返回 四、帶電粒子在電場(chǎng)中的圓周運(yùn)動(dòng)電學(xué)知識(shí)與圓周運(yùn)動(dòng)結(jié)合的綜合問(wèn)題是近幾年高考熱點(diǎn).解決這類(lèi)問(wèn)題的基本方法和力學(xué)中的情形相同，但處理時(shí)要充分考慮到電場(chǎng)力的特點(diǎn)，明確向心力的來(lái)源，靈活應(yīng)用等效法、疊加法等分析解決問(wèn)題.n知識(shí)梳理 例5如圖5所示，一絕緣細(xì)圓環(huán)半徑為r，其環(huán)面固定在水平面上，電場(chǎng)強(qiáng)度為E的勻強(qiáng)電場(chǎng)與圓環(huán)平面平行，環(huán)上穿

8、有一電荷量為q、質(zhì)量為m的小球，可沿圓環(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)線垂直，且圓環(huán)與小球間沿水平方向無(wú)作用力，則速度vA_.當(dāng)小球運(yùn)動(dòng)到與A點(diǎn)對(duì)稱的B點(diǎn)時(shí)，小球?qū)A環(huán)在水平方向的作用力F B_. n典例精析 解析答案圖5返回 返回 1.(帶電粒子在電場(chǎng)中的直線運(yùn)動(dòng))(多選)如圖6所示，在等勢(shì)面沿豎直方向的勻強(qiáng)電場(chǎng)中，一帶負(fù)電的微粒以一定初速度射入電場(chǎng)，并沿直線AB運(yùn)動(dòng)，由此可知() 解析答案 對(duì)點(diǎn)檢測(cè)圖6A.電場(chǎng)中A點(diǎn)的電勢(shì)低于B點(diǎn)的電勢(shì)B.微粒在A點(diǎn)時(shí)的動(dòng)能大于在B點(diǎn)時(shí)的動(dòng)能C.微粒在A點(diǎn)時(shí)的電勢(shì)能大于在B點(diǎn)時(shí)的電勢(shì)能D.微粒在A點(diǎn)時(shí)機(jī)械能大于在B點(diǎn)時(shí)的機(jī)械能 解

9、析帶負(fù)電微粒受重力、電場(chǎng)力，合外力與運(yùn)動(dòng)方向在同一條直線上，可知所受電場(chǎng)力方向水平向左，場(chǎng)強(qiáng)方向水平向右，沿電場(chǎng)線電勢(shì)降低，所以A點(diǎn)的電勢(shì)高于B點(diǎn)的電勢(shì)，故A錯(cuò)誤；由A到B，微粒做減速運(yùn)動(dòng)，所以動(dòng)能減小，電場(chǎng)力做負(fù)功，電勢(shì)能增加，即微粒在A點(diǎn)的動(dòng)能大于在B點(diǎn)時(shí)的動(dòng)能，在A點(diǎn)時(shí)的電勢(shì)能小于在B點(diǎn)時(shí)的電勢(shì)能，故B正確，C錯(cuò)誤；微粒從A向B運(yùn)動(dòng)，電場(chǎng)力做負(fù)功，機(jī)械能減小，選項(xiàng)D正確.答案BD 解析答案 2.(帶電粒子在電場(chǎng)中的類(lèi)平拋運(yùn)動(dòng))如圖7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，電子的初速率為v，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

10、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，求B上受電子轟擊后的發(fā)光面積.圖7 解析陰極A受熱后發(fā)射電子，這些電子沿各個(gè)方向射向右邊勻強(qiáng)電場(chǎng)區(qū)域，取兩個(gè)極端情況如圖所示.沿極板豎直向上且速率為v的電子，受到向右的電場(chǎng)力作用做類(lèi)平拋運(yùn)動(dòng)打到熒光屏上的P點(diǎn).豎直方向上yvt， 解析答案 3.(帶電粒子在交變電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng))在空間有正方向水平向右、大小按如圖8所示的圖線變化的電場(chǎng)，位于電場(chǎng)中A點(diǎn)的電子在t0時(shí)速度為零，在t1 s時(shí)，電子離開(kāi)A點(diǎn)的距離大小為l.那么在t2 s時(shí)，電子將處在() 解析答案 圖8A.A點(diǎn)B.A點(diǎn)左方l處C.A點(diǎn)右方2l處D.A點(diǎn)左方2l處解析第

11、1 s內(nèi)電場(chǎng)方向向右，電子受到的電場(chǎng)力方向向左，電子向左做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，位移為l，第2 s內(nèi)電子受到的電場(chǎng)力方向向右，由于電子此時(shí)有向左的速度，因而電子繼續(xù)向左做勻減速直線運(yùn)動(dòng)，根據(jù)運(yùn)動(dòng)的對(duì)稱性，位移也是l，t2 s時(shí)總位移為2l，向左.D 4.(電場(chǎng)中粒子的圓周運(yùn)動(dòng))如圖9所示，半徑為R的環(huán)形塑料管豎直放置，AB為該環(huán)的水平直徑，且管的內(nèi)徑遠(yuǎn)小于環(huán)的半徑，環(huán)的AB及以下部分處于水平向左的勻強(qiáng)電場(chǎng)中，管的內(nèi)壁光滑.現(xiàn)將一質(zhì)量為m、帶電荷量為q的小球從管中A點(diǎn)由靜止釋放，已知qEmg.求：(1)小球釋放后，第一次經(jīng)過(guò)最低點(diǎn)D時(shí)的速度和對(duì)管壁的壓力； 解析答案圖9 由牛頓第三定律NN小球?qū)鼙诘膲毫?mg，方向豎直向下. (2)小球釋放后，第一次經(jīng)過(guò)最高點(diǎn)C時(shí)管壁對(duì)小球的作用力. 解析答案返回圖9Nmg，N的方向豎直向下.答案mg，方向豎直向下