浙江省严州中学新安江校区高考物理 带电粒子在电场中的运动复习课件.ppt

2014高三物理新课标 严州中学新校区 带电粒子在电场中的运动 带电粒子在匀强电场中的运动 例 如图所示 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 a 电场中a点的电势高于b点的电势b 微粒在a点时的动能大于在b点时的动能 在a点时的电势能小于在b点时的电势能c 微粒在a点时的动能小于在b点时的动能 在a点时的电势能大于在b点时的电势能d 微粒在a点时的动能与电势能之和等于在b点时的动能与电势能之和 ab 加 减 速 合成与分解 匀速直线 匀加速直线 一图二结论 一图二结论 练习 如图甲所示 在真空中足够大的绝缘水平地面上 一个质量为m 0 2kg 带电荷量为q 2 0 10 6c的小物块处于静止状态 小物块与地面间的动摩擦因数 0 1 从t 0时刻开始 在空间加上一个如图乙所示的场强大小和方向呈周期性变化的电场 取水平向右为正方向 g取10m s2 求 1 在第15s末小物块的速度大小 2 在0 15s内小物块的位移大小 1 2m s方向向右 2 31 带电体在匀强电场中的直线运动问题的分析方法 例2 如图所示 在两条平行的虚线内存在着宽度为l 电场强度为e的匀强电场 在与右侧虚线相距也为l处有一与电场平行的屏 现有一电荷量为 q 质量为m的带电粒子 重力不计 以垂直于电场线方向的初速度v0射入电场中 v0方向的延长线与屏的交点为o 试求 1 粒子从射入到打到屏上所用的时间 2 粒子刚射出电场时的速度方向与初速度方向间夹角的正切值tan 3 粒子打到屏上的点p到o点的距离x 带电粒子在匀强电场中的偏转问题 练习 如图所示 水平放置的平行板电容器 原来ab两板不带电 b极板接地 它的极板长l 0 1m 两板间距离d 0 4cm 现有一微粒质量m 2 0 10 6kg 带电荷量q 1 0 10 8c 以一定初速度从两板中央平行于极板射入 由于重力作用微粒恰好能落到a板的中点o处 取g 10m s2 试求 1 带电粒子入射初速度v0的大小 2 现使电容器带上电荷 使带电微粒能从平行板电容器的右侧射出 则带电后a板的电势为多少 1 2 5m s 2 6v a 10v 1 带电粒子在电场中偏转时是否考虑重力 1 基本粒子 如电子 质子 粒子 离子等除有说明或明确的暗示以外 一般都不考虑重力 但并不忽略质量 2 带电颗粒 如液滴 油滴 尘埃 小球等 除有说明或明确的暗示以外 一般都不能忽略重力 2 求解带电粒子偏转问题的思路在示波管模型中 带电粒子经加速电场u1加速 再经偏转电场u2偏转后 需再经历一段匀速直线运动才会打到荧光屏上而显示亮点p 如图所示 1 确定最终偏移距离 思路 思路 2 确定偏转后的动能 或速度 思路 思路 1 注重全面分析 分析受力特点和运动规律 抓住粒子的运动具有周期性和在空间上具有对称性的特征 求解粒子运动过程中的速度 位移 做功或确定与物理过程相关的边界条件 2 分析时从两条思路出发 一是力和运动的关系 根据牛顿第二定律及运动学规律分析 二是功能关系 3 此类题型一般有三种情况 1 粒子做单向直线运动 一般用牛顿运动定律求解 2 粒子做往返运动 一般分段研究 3 粒子做偏转运动 一般根据交变电场特点分段研究 带电粒子在交变电场中的运动问题 如图甲所示 在平行板电容器a b两极板间加上如图乙所示的交变电压 开始a板的电势比b板高 此时两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 向a板运动时为速度的正方向 则下列图象中能正确反映电子速度变化规律的是 其中c d两项中的图线按正弦函数规律变化 a 如图 a 所示 两平行正对的金属板a b间加有如图 b 所示的交变电压 一重力可忽略不计的带正电粒子被固定在两板的正中间p处 若在t0时刻释放该粒子 粒子会时而向a板运动 时而向b板运动 并最终打在a板上 则t0可能属于的时间段是 b 2 如图所示为匀强电场的电场强度e随时间t变化的图象 当t 0时 在此匀强电场中由静止释放一个带电粒子 设带电粒子只受电场力的作用 则下列说法中正确的是 a 带电粒子将始终向同一个方向运动b 2s末带电粒子回到原出发点c 3s末带电粒子的速度为零d 0 3s内 电场力做的总功为零 cd 制备纳米薄膜装置的工作电极可简化为真空中间距为d的两平行极板 如图甲所示 加在极板a b间的电压uab做周期性变化 其正向电压为u0 反向电压为 ku0 k 1 电压变化的周期为2 如图乙所示 在t 0时 极板b附近的一个电子 质量为m 电荷量为e 受电场作用由静止开始运动 若整个运动过程中 电子未碰到极板a 且不考虑重力作用 若k 5 4 电子在0 2 时间内不能到达极板a 求d应满足的条件 如图甲 热电子由阴极飞出时的初速度忽略不计 电子发射装置的加速电压为u0 电容器板长和板间距离均为l 10cm 下极板接地 电容器右端到荧光屏的距离也是l 10cm 在电容器两极板间接一交变电压 上极板的电势随时间变化的图象如图乙所示 每个电子穿过平行板的时间都极短 可以认为电压是不变的 求 1 在t 0 06s时刻 电子打在荧光屏上的何处 2 荧光屏上有电子打到的区间有多长 1 打在屏上的点位于o点上方 距o点13 5cm 2 30cm 二 带电体在电场中的直线运动问题例 如图所示 在绝缘光滑水平面上固定两个等量同种电荷a b 在ab连线上的p点由静止释放一带电滑块 则滑块会在a b之间往复运动 则以下判断正确的是 a 滑块一定带的是与a b异种的电荷b 滑块一定带的是与a b同种的电荷c 滑块在由p向b运动过程中 电势能一定是先减小后增大d 滑块的动能与电势能之和一定减小 bc 4 如图所示 一质量为m 电荷量为q的小球在电场强度为e 区域足够大的匀强电场中 以初速度v0沿on在竖直面内做匀变速直线运动 on与水平面的夹角为30 重力加速度为g 且mg eq 则 bd 6 示波器的示意图如图所示 金属丝发射出来的电子被加速后从金属板上的小孔穿出 进入偏转电场 电子在穿出偏转电场后沿直线前进 最后打在荧光屏上 设加速电压u1 1640v 偏转极板长l 4cm 偏转极板间距d 1cm 当电子加速后从两偏转极板的中央沿板平行方向进入偏转电场 1 偏转电压为多大时 电子束打在荧光屏上偏转距离最大 2 如果偏转极板右端到荧光屏的距离l 20cm 则电子束打在荧光屏上最大偏转距离为多少 1 205v 2 0 055m 带电粒子在电场中的运动 例 如图所示 在a板附近有一电子由静止开始向b板运动 则关于电子到达b板时的速率 下列说法正确的是 a 两板间距越大 加速的时间就越长 则获得的速率越大b 两板间距越小 加速度就越大 则获得的速率越大c 与两板间的距离无关 仅与加速电压u有关d 以上解释都不正确 c 例 把一个倾角为 的绝缘斜面固定在匀强电场中 电场方向水平向右 电场强度大小为e 有一质量为m 带电量为 q的物体以初速度v0 从a端滑上斜面恰好能沿斜面匀速运动 求物体与斜面间的动摩擦因数多大 例 一根粗细均匀的直杆 竖直固定在水平面上 置于竖直向上的匀强电场中 场强为e 杆上套着一个质量为m 电量为 q的小球 小球在杆上滑动时受到的摩擦力为f 小球在高出水平面h的a处以初速度v0竖直向上弹出 设竖直杆足够长 小球与水平面碰撞时无能量损失 小球与杆 水平面绝缘 求小球向上的最大位移x以及最大的路程s 如图所示 一带电平行板电容器水平放置 金属板m上开有一小孔 有a b c三个质量均为m 电荷量均为 q的带电小球 可视为质点 其间用长为l的绝缘轻杆相连 处于竖直状态 已知m n两板间距为3l 现使a小球恰好位于小孔中 由静止释放并让三个带电小球保持竖直下落 当a球到达n极板时速度刚好为零 求 三个小球从静止开始运动到a球刚好到达n板的过程中 重力势能的减少量 两极板间的电压 小球在运动过程中的最大速率 题型二 带电粒子在电场中的平衡或匀变速直线运动 如图所示 水平放置的a b两平行板相距h 上板a带正电 现在质