高中物理 第一章第8讲 带电粒子在电场中的运动课件 教科版选修31.ppt

高中物理 选修3 1 教科版 第一章静电场 第八讲习题课带电粒子在电场中的运动 目标定位 带电粒子在电场中的运动 加深对电场中带电粒子的加速和偏转的理解和应用 巩固用能量的观点解决电场力做功的问题 1 2 目标定位 预习导学 课堂讲义 对点练习 掌握电场中带电粒子的圆周运动问题 3 预习导学 2 动能定理牛顿第二定律结合运动学公式动能定理 3 匀速直线匀加速直线 带电粒子在电场中的运动 目标定位 预习导学 课堂讲义 对点练习 4 课堂讲义 一 带电粒子在电场中的直线运动 1 基本粒子和带电微粒的比较 1 基本粒子 如电子 质子 粒子 离子等 除特殊说明外一般忽略粒子的重力 但并不忽略质量 2 带电微粒 如液滴 油滴 尘埃 小球等 除特殊说明外 一般不忽略重力 2 运动状态分析 带电粒子沿平行电场线的方向进入匀强电场 受到的电场力与运动方向在同一直线上 做匀变速直线运动 3 物理过程分析方法 带电粒子在电场中的运动 1 根据带电粒子受的力 包含电场力 用牛顿定律求出加速度 结合运动学公式确定带电粒子的速度 位移等 2 由动能定理 粒子动能的变化量等于合外力做的功 电场可以是匀强电场或非匀强电场 目标定位 预习导学 课堂讲义 对点练习 课堂讲义 带电粒子在电场中的运动 目标定位 预习导学 课堂讲义 对点练习 例1如图所示 水平放置的a b两平行板相距h 上板a带正电 现有质量为m 带电荷量为 q的小球在b板下方距离b板为h处 以初速度v0竖直向上从b板小孔进入板间电场 1 带电小球在板间做何种运动 2 欲使小球刚好打到a板 a b间电势差为多少 取决于初速度和受力 解析 1 小球进入板间 在电场中在重力和静电力作用下做匀减速直线运动 课堂讲义 带电粒子在电场中的运动 目标定位 预习导学 课堂讲义 对点练习 例1如图所示 水平放置的a b两平行板相距h 上板a带正电 现有质量为m 带电荷量为 q的小球在b板下方距离b板为h处 以初速度v0竖直向上从b板小孔进入板间电场 1 带电小球在板间做何种运动 2 欲使小球刚好打到a板 a b间电势差为多少 到达上板减速到0 2 全程应用动能定理 解得 课堂讲义 带电粒子在电场中的运动 目标定位 预习导学 课堂讲义 对点练习 例1如图所示 水平放置的a b两平行板相距h 上板a带正电 现有质量为m 带电荷量为 q的小球在b板下方距离b板为h处 以初速度v0竖直向上从b板小孔进入板间电场 1 带电小球在板间做何种运动 2 欲使小球刚好打到a板 a b间电势差为多少 到达上板减速到0 带电小球 带电油滴 带电颗粒等一些带电体的重力较大 在分析其运动情况时不能忽略其重力的作用 规律总结 课堂讲义 二 带电粒子在电场中的曲线运动 带电粒子在电场中的运动 目标定位 预习导学 课堂讲义 对点练习 1 带电粒子在垂直于电场方向进入匀强电场 做类平抛运动 一般根据运动的合成与分解分析 2 涉及到功能关系时 也可以根据动能定理列方程 带电粒子垂直进入电场做类平抛运动的规律 加速度 沿电场方向 运动时间 垂直电场方向 侧移量 偏转角 课堂讲义 例2如图所示水平放置的两平行金属板 板长为10cm 两板相距2cm 一束电子以v0 4 0 107m s的初速度从两板中央水平射入板间 然后从板间飞出射到距板右端l为45cm 宽d为20cm的荧光屏上 不计电子重力 荧光屏中点在两板间的中线上 电子质量m 9 0 10 31kg 电荷量e 1 6 10 19c 求 带电粒子在电场中的运动 目标定位 预习导学 课堂讲义 对点练习 1 电子飞入两板前所经历的加速电场的电压 2 为使带电粒子能射中荧光屏所有位置 两板间所加电压的取值范围 解析 代入数据得u1 4 5 103v 1 由动能定理得 课堂讲义 例2如图所示水平放置的两平行金属板 板长为10cm 两板相距2cm 一束电子以v0 4 0 107m s的初速度从两板中央水平射入板间 然后从板间飞出射到距板右端l为45cm 宽d为20cm的荧光屏上 不计电子重力 荧光屏中点在两板间的中线上 电子质量m 9 0 10 31kg 电荷量e 1 6 10 19c 求 带电粒子在电场中的运动 目标定位 预习导学 课堂讲义 对点练习 1 电子飞入两板前所经历的加速电场的电压 2 为使带电粒子能射中荧光屏所有位置 两板间所加电压的取值范围 2 解析 因此电压在 360v 360v时 电子可打在荧光屏上的任何位置 课堂讲义 例2如图所示水平放置的两平行金属板 板长为10cm 两板相距2cm 一束电子以v0 4 0 107m s的初速度从两板中央水平射入板间 然后从板间飞出射到距板右端l为45cm 宽d为20cm的荧光屏上 不计电子重力 荧光屏中点在两板间的中线上 电子质量m 9 0 10 31kg 电荷量e 1 6 10 19c 求 带电粒子在电场中的运动 目标定位 预习导学 课堂讲义 对点练习 1 电子飞入两板前所经历的加速电场的电压 2 为使带电粒子能射中荧光屏所有位置 两板间所加电压的取值范围 本题涉及带电粒子在电场中加速和偏转的基本理论及实际应用的理想模型 还涉及动能 电场力做功等基本概念和匀速直线运动 匀变速直线运动等理想运动模型以及速度分解 动能定理的综合运用 是一个力学和电学知识综合性较强的题目 规律总结 课堂讲义 三 带电粒子在交变电场中的运动 带电粒子在电场中的运动 目标定位 预习导学 课堂讲义 对点练习 交变电场作用下粒子所受的电场力方向发生改变 从而影响粒子的运动性质 需要分段研究 同时还要注意 由于电场力周期性变化 粒子的运动性质也具有周期性 课堂讲义 三 带电粒子在交变电场中的运动 带电粒子在电场中的运动 例3如图甲所示 在距离足够大的平行金属板a b之间有一电子 在a b之间加上如图乙所示规律变化的电压 在t 0时刻电子静止且a板电势比b板电势高 则 在0 t 2电子做朝a板做v0 0 匀加速直线运动 t 2 t电子朝a板做末速度为零的匀减速直线运动 然后周期性地重复前面的运动 目标定位 预习导学 课堂讲义 对点练习 解析 a 电子在a b两板间做往复运动b 在足够长的时间内 电子一定会碰上a板c 当t 时 电子将回到出发点d 当t 时 电子的位移最大 一直朝a板运动 b 课堂讲义 四 带电粒子在电场中的圆周运动 带电粒子在电场中的运动 含有电场力作用下的圆周运动分析 与力学中的圆周运动一样 主要是两大规律的应用 牛顿第二定律和动能定理 对于竖直平面内的变速圆周运动问题 在电场中临界问题可能出现在最低点 要注意受力分析 找准临界点和临界条件 目标定位 预习导学 课堂讲义 对点练习 课堂讲义 例4如图所示 长l 0 20m的丝线的一端拴一质量为m 1 0 10 4kg 带电荷量为q 1 0 10 6c的小球 另一端连在一水平轴o上 丝线拉着小球可在竖直平面内做圆周运动 整个装置处在竖直向上的匀强电场中 电场强度e 2 0 103n c 现将小球拉到与轴o在同一水平面上的a点 然后无初速度地将小球释放 取g 10m s2 求 带电粒子在电场中的运动 目标定位 预习导学 课堂讲义 对点练习 1 小球通过最高点b时速度的大小 解析 1 小球由a运动到b 由动能定理 qel mgl 课堂讲义 例4如图所示 长l 0 20m的丝线的一端拴一质量为m 1 0 10 4kg 带电荷量为q 1 0 10 6c的小球 另一端连在一水平轴o上 丝线拉着小球可在竖直平面内做圆周运动 整个装置处在竖直向上的匀强电场中 电场强度e 2 0 103n c 现将小球拉到与轴o在同一水平面上的a点 然后无初速度地将小球释放 取g 10m s2 求 带电粒子在电场中的运动 目标定位 预习导学 课堂讲义 对点练习 2 小球通过最高点时 丝线对小球拉力的大小 2 小球到达b点时 mg 1 0 10 3n qe 2 0 10 3n qe mg tb一定指向圆心 由牛顿第二定律 课堂讲义 例4如图所示 长l 0 20m的丝线的一端拴一质量为m 1 0 10 4kg 带电荷量为q 1 0 10 6c的小球 另一端连在一水平轴o上 丝线拉着小球可在竖直平面内做圆周运动 整个装置处在竖直向上的匀强电场中 电场强度e 2 0 103n c 现将小球拉到与轴o在同一水平面上的a点 然后无初速度地将小球释放 取g 10m s2 求 带电粒子在电场中的运动 目标定位 预习导学 课堂讲义 对点练习 3 若要使带电小球运动到最低点c 则在a处至少给小球多大的速度 c t恰为0 由牛顿第二定律 从a至c的过程 3 对点练习 1 下列带电粒子均从静止开始在电场力作用下做加速运动 经过相同的电势差u后 哪个粒子获得的速度最大 a 质子11hb 氘核12hc 粒子24hed 钠离子na 带电微粒在电场中的直线运动 带电粒子在电场中的运动 解析 目标定位 预习导学 课堂讲义 对点练习 根据动能定理 比荷越大 速度越大 a 对点练习 带电粒子在电场中的类平抛运动 2 如图所示 静止的电子在加速电压u1的作用下从o经p板的小孔射出 又垂直进入平行金属板间的电场 在偏转电压u2的作用下偏转一段距离 现使u1加倍 要想使电子的运动轨迹不发生变化 应该 带电粒子在电场中的运动 a 使u2加倍b 使u2变为原来的4倍c 使u2变为原来的倍d 使u2变为原来的1 2倍 解析 由 目标定位 预习导学 课堂讲义 对点练习 偏转距离y y不变 a 对点练习 3 如图所示 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 带电粒子在交变电场中的运动 带电粒子在电场中的运动 画特殊时刻为出发点的v t图象 目标定位 预习导学 课堂讲义 对点练习 a 0 t0 b t0 c t0 td t t0 解题思路 分析运动性质 判断位移 对点练习 3 如图所示 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 带电粒子在交变电场中的运动 带电粒子在电场中的运动 目标定位 预习导学 课堂讲义 对点练习 a 0 t0 b t0 c t0 td t t0 解析 t 0时 t 2 t粒子朝b板做末速度为零的匀减速直线运动 然后周期性地重复前面的运动 1 在0 t 2粒子做朝b板做v0 0的匀加速直线运动 一直朝b板运动 对点练习 3 如图所示 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 带电粒子在交变电场中的运动 带电粒子在电场中的运动 目标定位 预习导学 课堂讲义 对点练习 a 0 t0 b t0 c t0 td t t0 t t 4时 t 2 3t 4粒子做末速度为零的匀减速直线运动 3t 4 t粒子朝a板做匀加速直线运动 t 5t 4朝a板做末速度为零减速直线运动 2 在t 4 t 2粒子做朝b板做v0 0的匀加速直线运动 周期性往复运动 对点练习 3 如图所示 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 带电粒子在交变电场中的运动 带电粒子在电场中的运动 目标定位 预习导学 课堂讲义 对点练习 a 0 t0 b t0 c t0 td t t0 t t 2时 t 3t 2粒子朝a板做末速度为零的匀减速直线运动 然后周期性地重复前面的运动 一直朝a板运动 最终打到a板上 3 在t 2 t粒子做朝a板做v0 0的匀加速直线运动 一直朝a板运动 对点练习 3 如图所示 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 带电粒子在交变电场中的运动 带电粒子在电场中的运动 b 目标定位 预习导学 课堂讲义 对点练习 a 0 t0 b t0 c t0 td t t0 t 3t 4时 t 5t 4粒子朝a板做末速度为零的匀减速直线运动 5t 4 3t 2朝b板做匀加速直线运动 3t 2 7t 4 朝b板做匀减速直线运动 4 在3t 4 t粒子做朝a板做v0 0的匀