人教版選修31 帶電粒子在電場中的運動 第1課時 學案.doc

帶電粒子在電場中的運動（二）考綱要求：難易程度：如圖所示，平行板電容器兩極板水平放置，電容為c。電容器與一個直流電源相連，初始時開關閉合，極板間的電壓為u，兩極板間距為d，電容器儲存的能量。一個電荷量為q的帶電油滴以初動能ek從平行板電容器的軸線水平射入（極板足夠長），恰能沿圖中所示的水平虛線勻速通過電容器，則a保持開關閉合，只將上極板下移了，帶電油滴仍能沿水平線運動b保持開關閉合，只將上極板下移，帶電油滴將撞擊上極板，撞擊上極板時的動能為c斷開開關后，將上極板上移，若不考慮電容器極板重力勢能的變化，外力對極板做功至少為d斷開開關后，將上極板上移，若不考慮電容帶極板的重力勢能變化，外力對極板做功至少為【參考答案】bd【試題解析】保持開關閉合，開始時油滴沿直線運動，則；若將上極板下移，此時電場力變大，則油滴將向上偏轉，撞到上極板，根據動能定理可知，撞到上極板時的動能，選項a錯誤，b正確；開始時，電容器儲存的能量為，斷開開關后，q不變；將上極板上移，則由可知，電容器的電容變?yōu)?，根據q=cu可知，兩板間的電勢差變?yōu)?，此時電容器儲存的能量；根據能量守恒定律，若不考慮電容器極板重力勢能的變化，外力對極板做功至少為，選項d正確，c錯誤?！久麕燑c睛】此題是關于電容器及帶電粒子在復合場中的運動問題；解題關鍵是分析帶電粒子在符合場中的受力變化及重力和電場力的做功情況，然后根據動能定理分析動能變化；注意當電鍵斷開時，電容器所帶的電荷量保持不變，結合電容器的決定式討論電容的變化?！局R補給】運用動力學的觀點和功能的觀點解決帶電粒子在電場中的運動1動力學的觀點動力學的觀點是指用勻變速運動的公式來解決實際問題，一般有兩種情況：（1）帶電粒子初速度的方向與電場線共線，則粒子做勻變速直線運動；（2）帶電粒子初速度的方向垂直電場線，則粒子做勻變速曲線運動（類平拋運動）。當帶電粒子在電場中做勻變速曲線運動時，一般要采用類平拋運動的規(guī)律解決問題。2功能的觀點：首先對帶電粒子進行受力分析，再分析其運動形式，然后根據具體情況選用相應的公式進行計算。（1）若選用動能定理，則要分清有多少個力做功，是恒力做功還是變力做功，同時要明確初、末狀態(tài)及運動過程中的動能的增量；（2）若選用能量守恒定律，則要分清帶電粒子在運動中共有多少種能量參與轉化，哪些能量是增加的，哪些能量是減少的。一個帶電粒子在電場中只受靜電力作用時，它不可能出現的運動狀態(tài)是a勻速直線運動 b勻加速直線運動c勻變速曲線運動 d勻速圓周運動一個點電荷沿著圖中曲線jk穿過勻強電場，a、b、c、d為等勢面，且abcd，不計粒子受到的重力，可以確定a該勻強電場的方向水平向右b該粒子帶負電c從j到k的過程中，粒子的電勢能減小d從j到k的過程中，粒子的加速度保持不變如圖所示，一個帶電粒子從粒子源進入加速電壓為u1的加速電場（粒子初速不計），經加速后從小孔s沿平行金屬板a、b的中線射入平行板間，a、b板長均為l，兩板間距為d，偏轉電壓為u2。則帶電粒子能從a、b兩板之間飛出必須滿足的條件是a bc d如圖所示，豎直平面內固定一個光滑的絕緣擋板abcd，ab段為直擋板，與水平方向的夾角為45，bcd段是半徑為r的圓弧擋板，ab與圓弧bcd相切于b點。整個擋板處于方向水平向右的勻強電場中。一個帶電小球從擋板內側上的a點由靜止釋放，小球能沿擋板內側運動到d。以下判斷正確的是a小球一定帶正電b小球的重力大于小球所受到的電場力c小球在最低點c時的速度最大d小球從a點到b點的過程中，電勢能增加如圖（1）所示，在兩平行的金屬板間加上如圖（2）所示的電壓。在01 s內，一點電荷在兩極板間處于靜止狀態(tài)，t=2 s時電荷仍運動且未與極板接觸。則在12 s內，點電荷（g取10 m/s2）a做勻加速直線運動，加速度大小為10 m/s2b做變加速直線運動，平均加速度大小為5 m/s2c做變加速直線運動，2 s末加速度大小為10 m/s2d2 s末速度大小為10 m/s如圖所示，abc為豎直平面內的絕緣軌道，ab部分是半徑為r的光滑半圓軌道，bc部分水平，整個軌道處于水平向左的勻強電場中，有一質量為m、帶電荷量為q的小滑塊，它與bc間的動摩擦因數為，已知重力加速度為g，場強大小為，求：（1）要使小滑塊能運動到a點，滑塊應在bc軌道上離b至少多遠處靜止釋放；（2）在上述情況中，小滑塊速度最大時對軌道的壓力。如圖所示的裝置放置在真空中，熾熱的金屬絲可以發(fā)射電子，金屬絲和豎直金屬板之間加一電壓u1=2 500 v，發(fā)射出的電子被加速后，從金屬板上的小孔s射出。裝置右側有兩個相同的平行金屬極板水平正對放置，板長l=6.0 cm，相距d=2 cm，兩極板間加以電壓為u2=200 v的偏轉電場。從小孔s射出的電子恰能沿平行于板面的方向由極板左端中間位置射入偏轉電場。已知電子的電荷量e=1.61019 c，電子的質量m=0.91030 kg，設電子剛離開金屬絲時的速度為0，忽略金屬極板邊緣對電場的影響，不計電子受到的重力。求：（1）電子射入偏轉電場時的動能ek；（2）電子射出偏轉電場時在豎直方向上的側移量y；（3）電子在偏轉電場運動的過程中電場力對它所做的功w。【參考答案】a 粒子只受靜電力作用，當此力為恒力時，可能做勻加速直線運動（f與v同向，或v0=0），當恒力與v0垂直時，粒子做類平拋運動勻變速曲線運動；當靜電力大小不變、方向始終指向一點且與速度垂直時，粒子做勻速圓周運動，例如，電子繞原子核的運動。所以，只有a是不可能的。2、bcdd 設粒子進入偏轉電場的速度為v，則，要想從板間飛出，側向位移， ，又l=vt，聯(lián)立解得，故d正確；abc錯誤。a 小球受到豎直向下的重力、電場力和垂直ab向下的支持力作用，合力沿ab方向，所以電場力的方向一定向右，故小球一定帶正電，a正確；小球在垂直ab的方向上的合力為零，所以有，故電場力一定大于重力，b錯誤；小球在電場和重力場組成的復合場中運動，兩者的方向相互垂直，相當于小球在斜向右下的等效重力場中，b、c之間的某一點為最低點，速度最大，c錯誤；從a點到b點的過程中，電場力做正功，電勢能減小，d錯誤。bc 第1 s電荷受重力和電場力作用處于平衡狀態(tài)，故電場力向上，與重力平衡，第2 s電勢差變大，故電場強度變大，電場力變大，第2 s末電場強度增加為第1 s末的兩倍，故電場力變?yōu)?倍，故合力變?yōu)橄蛏?，大小為mg，且第二秒內合力隨時間均勻增加，故加速度隨時間均勻增加，是變加速直線運動，a錯誤；第2 s末電場強度增加為第1 s末的兩倍，故電場力變?yōu)?倍，故合力變?yōu)橄蛏?，大小為mg，故加速度為g，方向是豎直向上，c正確；第二秒內合力隨時間均勻增加，故加速度隨時間均勻增加，故平均加速度為：，b正確；根據速度時間公式，2秒末速度大小為：，d錯誤；故選bc。（1） （2），方向由o指向p（1）在a點，由牛頓第二定律：從靜止開始運動至a點，由動能定理：得：（2）由等效場的理論，假設電場力和重力的合力與豎直向下成角，則速度最大的位置p點與圓心o的連線與豎直方向也成角，且從b點到a點：從b點到p點：在p點：解得： 方向由o指向p7、電子在豎直方向做勻加速直線運動，設其加速度為a依據牛頓第二定律有=ma解得 電子射出偏轉電場時在豎直方向上的側移量解得y=0.36 cm（3）電子射出偏轉電場的位置與射