人教版選修31 1.14帶電粒子在電場中的加速和偏轉 學案.docVIP

高中物理帶電粒子在電場中的加速和偏轉一、考點突破：知識點考綱要求題型說明帶電粒子在電場中的加速和偏轉1. 掌握帶電粒子在電場中的加速和偏轉分析方法；2. 會利用動力學和能量觀點解決帶電粒子的加速和偏轉的綜合問題；3. 掌握同電場加速和偏轉的結論。計算題本知識點屬于高考重點、難點，每年必考，主要考查利用基本規(guī)律和方法解決綜合問題的能力，通常以壓軸題的形式出現。二、重難點提示：重點：1. 掌握帶電粒子在電場中的加速和偏轉分析方法； 2. 會利用動力學和能量觀點解決帶電粒子的加速和偏轉的綜合問題。難點：用動力學和能量觀點解決帶電粒子的加速和偏轉的綜合問題。一、帶電粒子在電場中的加速和偏轉1. 靜止帶電粒子在電場中加速 qu0mv 2. 由靜止開始經過同一電場加速后再從同一偏轉電場射出時，偏移量：yat23. 由靜止開始經過同一電場加速后再從同一偏轉電場射出時，偏轉角：tan 聯立上述三個表達式可得：y，tan 結論：1. 不同帶電粒子從靜止進入同一電場加速后再垂直進入同一偏轉電場，射出時的偏轉角度和位移偏轉量y是相同的，與粒子的q、m無關，即從同一位置沿相同方向射出。2. 粒子垂直進入電場偏轉射出后，速度的反向延長線與初速度延長線的交點為粒子水平位移中點。（粒子好像是從中點直線射出！）3. 粒子垂直進入電場偏轉射出時，速度偏轉角正切值（tan）等于位移偏轉角正切值（tan）的兩倍（tan=2tan）。二、帶電粒子在勻強電場中偏轉的功能關系當討論帶電粒子的末速度v時也可以從能量的角度進行求解：quymv2mv，其中uyy指初、末位置間的電勢差。 例題1 如圖所示，一價氫離子（h）和二價氦離子（he）的混合體，經同一加速電場加速后，垂直射入同一偏轉電場中，偏轉后，打在同一熒光屏上，則它們（）a. 同時到達屏上同一點b. 先后到達屏上同一點c. 同時到達屏上不同點d. 先后到達屏上不同點思路分析：一價氫離子（h）和二價氦離子（he）的比荷不同，經過加速電場的末速度不同，因此在加速電場及偏轉電場的時間均不同，但在偏轉電場中偏轉距離相同，所以會先后打在屏上同一點，選b.答案：b例題2 絕緣光滑水平面內有一圓形有界勻強電場，其俯視圖如圖所示，圖中xoy所在平面與光滑水平面重合，電場方向與x軸正向平行，電場的半徑為rm，圓心o與坐標系的原點重合，場強e2 n/c.一帶電荷量為q1105 c、質量m1105 kg的粒子，由坐標原點o處以速度v01 m/s沿y軸正方向射入電場（重力不計），求：（1）粒子在電場中運動的時間；（2）粒子出射點的位置坐標；（3）粒子射出時具有的動能。思路分析：（1）粒子沿x軸負方向做勻加速運動，加速度為a，則有：eqma，xat2沿y軸正方向做勻速運動，有yv0tx2y2r2解得t1 s.（2）設粒子射出電場邊界的位置坐標為（x1，y1），則有x1at21，y1v0t1，即出射點的位置坐標為（1，1）。（3）射出時由動能定理得eqx1ekmv代入數據解得ek2.5105 j.答案：（1）1 s（2）（1，1）（3）2.5105 j【方法提煉】處理帶電粒子在電場中運動的一般步驟帶電粒子在勻強電場中加速和偏轉，帶電粒子的加速是一種勻變速直線運動，帶電粒子的偏轉是一種勻變速曲線運動，類似于平拋運動。處理帶電粒子在電場中運動的一般步驟是：（1）分析帶電粒子的受力情況，尤其要注意是否應該考慮重力，電場力是否恒定等。（2）分析帶電粒子的初始狀態(tài)及條件，確定帶電粒子是做直線運動還是曲線運動。（3）建立正確的物理模型，確定解題方法是動力學，還是能量守恒（或動能定理）。（4）利用物理規(guī)律或其他手段（如圖象等）找出物理量間的關系，建立方程組。滿分訓練：如圖所示，在豎直平面內，ab為水平放置的絕緣粗糙軌道，cd為豎直放置的足夠長絕緣粗糙軌道，ab與cd通過四分之一絕緣光滑圓弧形軌道平滑連接，圓弧的圓心為o，半徑r0.50 m，軌道所在空間存在水平向右的勻強電場，電場強度的大小e1.0104 n/c，現有質量m0.20 kg，電荷量q8.0104 c的帶電體（可視為質點），從a點由靜止開始運動，已知sab1.0 m，帶電體與軌道ab、cd間的動摩擦因數均為0.5.假定帶電體與軌道之間的最大靜摩擦力和滑動摩擦力相等。（取g10 m/s2）求： （1）帶電體運動到圓弧形軌道c點時的速度；（2）帶電體最終停在何處。思路分析：（1）設帶電體到達c點時的速度為v，從a到c由動能定理得：qe（sabr）mgsabmgrmv2解得v10 m/s（2）設帶電體沿豎直軌道cd上升的最大高度為h，從c到d由動能定理得：mghqeh0m