高中物理第一章靜電場習(xí)題課帶電粒子在電場中的運動課件新人教版

第一章

靜電場習(xí)題課：帶電粒子在電場中的運動學(xué)習(xí)目標(biāo)

1.會利用動力學(xué)和功能觀點分析帶電粒子在電場中的直線運動.2.會利用運動的合成與分解方法分析帶電粒子在電場中的類平拋運動.3.會分析帶電粒子在交變電場及復(fù)合場中的運動.內(nèi)容索引題型探究達(dá)標(biāo)檢測1題型探究一、帶電粒子在電場中的直線運動1.帶電粒子在電場中做直線運動(1)勻速直線運動：此時帶電粒子受到的合外力一定等于零，即所受到的電場力與其他力平衡.(2)勻加速直線運動：帶電粒子受到的合外力與其初速度方向同向.(3)勻減速直線運動：帶電粒子受到的合外力與其初速度方向反向.2.討論帶電粒子在電場中做直線運動(加速或減速)的方法(1)力和加速度方法——牛頓運動定律、勻變速直線運動公式；(2)功和能方法——動能定理；(3)能量方法——能量守恒定律.例1如圖1所示，水平放置的A、B兩平行板相距h，上板A帶正電，現(xiàn)有質(zhì)量為m、帶電荷量為＋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.(1)帶電小球在板間做何種運動？圖1答案解析做勻減速直線運動帶電小球在電場外只受重力的作用做勻減速直線運動，在電場中受重力和靜電力作用做勻減速直線運動.(2)欲使小球剛好打到A板，A、B間電勢差為多少？答案解析整個運動過程中重力和靜電力做功，由動能定理得二、帶電粒子在電場中的類平拋運動1.分析帶電粒子在電場中做類平拋運動的方法：利用運動的合成與分解把曲線運動轉(zhuǎn)換為直線運動.利用的物理規(guī)律有：牛頓運動定律結(jié)合運動學(xué)公式、動能定理、功能關(guān)系等.2.分析此類問題要注意：粒子在哪個方向不受力，在哪個方向受電場力，粒子的運動軌跡向哪個方向彎曲.例2長為L的平行金屬板水平放置，兩極板帶等量的異種電荷，板間形成勻強電場，一個帶電荷量為＋q、質(zhì)量為m的帶電粒子，以初速度v0緊貼上極板垂直于電場線方向進(jìn)入該電場，剛好從下極板邊緣射出，射出時速度恰與下極板成30°角，如圖2所示，不計粒子重力，求：(1)粒子末速度的大??；圖2答案解析粒子離開電場時，合速度與水平方向夾角為30°，由幾何關(guān)系得合速度：(2)勻強電場的場強；答案解析粒子在勻強電場中做類平拋運動，在水平方向上：L＝v0t，在豎直方向上：vy＝at，由牛頓第二定律得：qE＝ma解得：(3)兩板間的距離.答案解析粒子做類平拋運動，三、帶電粒子在交變電場中的運動例3在如圖3所示的平行板電容器的兩板A、B上分別加如圖4甲、乙所示的兩種電壓，開始B板的電勢比A板高.在電場力作用下原來靜止在兩板中間的電子開始運動.若兩板間距足夠大，且不計重力，試分析電子在兩種交變電壓作用下的運動情況，并畫出相應(yīng)的v－t圖象.圖3甲

乙圖4答案解析見解析t＝0時，B板電勢比A板高，在電場力作用下，電子向B板(設(shè)為正向)做初速度為零的勻加速直線運動.(a)(b)技巧點撥1.當(dāng)空間存在交變電場時，粒子所受電場力方向?qū)㈦S著電場方向的改變而改變，粒子的運動性質(zhì)也具有周期性.2.研究帶電粒子在交變電場中的運動需要分段研究，并輔以v－t圖象.特別注意帶電粒子進(jìn)入交變電場時的時刻及交變電場的周期.針對訓(xùn)練1

(多選)帶正電的微粒放在電場中，場強的大小和方向隨時間變化的規(guī)律如圖5所示.帶電微粒只在電場力的作用下由靜止開始運動，則下列說法中正確的是A.微粒在0～1s內(nèi)的加速度與1～2s內(nèi)的加速度相同B.微粒將沿著一條直線運動C.微粒將做往復(fù)運動D.微粒在第1s內(nèi)的位移與第3s內(nèi)的位移相同

答案解析√圖5√設(shè)微粒的速度方向、位移方向向右為正，作出微粒的v－t圖象如圖所示.由圖可知B、D選項正確.四、帶電粒子在電場(復(fù)合場)中的圓周運動例4如圖6所示，半徑為r的絕緣細(xì)圓環(huán)的環(huán)面固定在水平面上，場強為E的勻強電場與環(huán)面平行.一電荷量為＋q、質(zhì)量為m的小球穿在環(huán)上，可沿環(huán)做無摩擦的圓周運動，若小球經(jīng)A點時，速度vA的方向恰與電場垂直，且圓環(huán)與小球間沿水平方向無力的作用，求：

(1)速度vA的大小；圖6答案解析(2)小球運動到與A點對稱的B點時，對環(huán)在水平方向的作用力的大小.答案解析6qE解以上兩式得小球在B點受到環(huán)的水平作用力為：FB＝6qE.由牛頓第三定律知，球?qū)Νh(huán)在水平方向的作用力大小FB′＝6qE.在小球從A運動到B的過程中，根據(jù)動能定理，電場力做的正功等于小球動能的增加量，即

技巧點撥解決電場(復(fù)合場)中的圓周運動問題，關(guān)鍵是分析向心力的來源，向心力的提供有可能是重力和電場力的合力，也有可能是單獨的重力或電場力.有時可以把復(fù)合場中的圓周運動等效為豎直面內(nèi)的圓周運動，找出等效“最高點”和“最低點”.針對訓(xùn)練2

如圖7所示，ABCD為放在E＝1.0×103V/m的水平勻強電場中的絕緣光滑軌道，其中BCD部分是直徑為20cm的半圓環(huán)，AB＝15cm，今有m＝10g、q＝10－4C的小球從靜止由A點沿軌道運動，它運動到圖中C處時的速度是______m/s，在C處時對軌道的壓力是______N；要使小球能運動到D點，開始時小球的位置應(yīng)離B點______m.圖7答案解析0.40.25達(dá)標(biāo)檢測21.(多選)如圖8所示，平行板電容器的兩個極板與水平地面成一角度，兩極板與一直流電源相連.若一帶電粒子恰能沿圖中所示水平直線通過電容器，則在此過程中，該粒子A.所受重力與電場力平衡B.電勢能逐漸增加C.動能逐漸增加D.做勻變速直線運動123√圖84√答案解析1234

對帶電粒子受力分析如圖所示，F(xiàn)合≠0，則A錯.由圖可知電場力與重力的合力方向與v0方向相反，F(xiàn)合對粒子做負(fù)功，其中mg不做功，Eq做負(fù)功，故粒子動能減少，電勢能增加，B正確，C錯誤.F合恒定且F合與v0方向相反，粒子做勻減速運動，D項正確.2.(多選)如圖9甲所示，平行金屬板中央有一個靜止的電子(不計重力)，兩板間距離足夠大.當(dāng)兩板間加上如圖乙所示的交變電壓后，選項中的圖象，反映電子速度v、位移x和加速度a三個物理量隨時間t的變化規(guī)律可能正確的是圖9答案解析1234√√

在平行金屬板之間加上如題圖乙所示的周期性變化的電壓時，因為電子在平行金屬板間所受的電場力F＝

所以電子所受的電場力大小不變，而方向隨電壓呈周期性變化.由牛頓第二定律F＝ma可知，電子在第一個

內(nèi)向B板做勻加速直線運動，在第二個

內(nèi)向B板做勻減速直線運動，在第三個

內(nèi)向A板做勻加速直線運動，在第四個

內(nèi)向A板做勻減速直線運動.所以a－t圖象如圖甲所示，v－t圖象如圖乙所示，又因勻變速直線運動的位移x＝v0t＋

所以x－t圖象應(yīng)是曲線.12343.如圖10所示，半徑為R的光滑圓環(huán)豎直置于場強為E的水平方向的勻強電場中，質(zhì)量為m、帶電荷量為＋q的空心小球穿在環(huán)上，當(dāng)小球從頂點A由靜止開始下滑到與圓心O等高的位置B時，求小球?qū)Νh(huán)的壓力.答案解析圖1012342mg＋3Eq，方向水平向右小球從A運動到B的過程中，重力做正功，電場力做正功，動能增加，由動能1234在B點小球受到重力mg、電場力F和環(huán)對小球的彈力F1三個力的作用，沿半徑方向指向圓心的合力提供向心力，

聯(lián)立以上兩式可得F1＝2mg＋3Eq小球?qū)Νh(huán)的作用力與環(huán)對小球的作用力為一對作用力與反作用力，兩者等大反向，即小球?qū)Νh(huán)的壓力F1′＝2mg＋3Eq，方向水平向右.4.如圖11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，電子的初速率有從0到v的各種可能值，且各個方向都有.與A極相距l(xiāng)的地方有熒光屏B，電子擊中熒光屏?xí)r便會發(fā)光.若在A和B之間的空間里加一個水平向左、與熒光屏面垂直的勻強電場，電場強度為E，求B上受電子轟擊后的發(fā)光面積.答案解析圖111234