高中物理 第2章 第5讲 习题课 带电粒子在电场中的运动课件 鲁科版选修31.ppt

高中物理 选修3 1 鲁科版 第二章电势能与电势差 第五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加速 1 电子 质子 粒子 离子等微观粒子 它们的重力远小于电场力 处理问题时可以忽略它们的重力 带电小球 带电油滴 带电颗粒等 质量较大 处理问题时重力不能忽略 若初速度不为零 则 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 带电粒子仅在电场力作用下加速 若初速度为零 则 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 在点电荷 q激发的电场中有a b两点 将质子和 粒子分别从a点由静止释放到达b点时 它们的速度大小之比为多少 解析 由动能定理 对质子 mhv2 qhu 对 粒子 m v2 q u 联立解得 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 在点电荷 q激发的电场中有a b两点 将质子和 粒子分别从a点由静止释放到达b点时 它们的速度大小之比为多少 借题发挥 该电场为非匀强电场 带电粒子在ab间的运动为变加速运动 不可能通过力和加速度的途径解出该题 但注意到电场力做功w qu这一关系对匀强电场和非匀强电场都适用 因此从能量的角度入手 由动能定理来解该题很方便 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 运动状态分析 带电粒子 不计重力 以初速度v0垂直于电场线方向飞入匀强电场时 受到恒定的与初速度方向垂直的静电力作用而做匀变速曲线运动 2 偏转问题的分析处理方法 类似于平抛运动的分析处理方法 即应用运动的合成与分解的知识分析处理 3 运动的规律 带电粒子在匀强电场中的偏转 沿初速度v0方向 沿电场力qe方向 偏转角度 速度 vx v0 位移 x v0t 速度 位移 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 4 两个特殊结论 1 粒子射出电场时速度方向的反向延长线过水平位移的中点 即粒子就像是从极板间l 2处射出的一样 证明 作粒子速度的反向延长线 设交于o点 利用 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 4 两个特殊结论 2 无论粒子的m q如何 只要经过同一电场加速 再垂直进入同一偏转电场 它们飞出的偏移量和偏转角 都是相同的 所以同性粒子运动轨迹完全重合 证明 若加速电场的电压为u0 y和tan 与m和q均无关 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2一束电子流在经u 5000v的加速电压加速后 在距两极板等距离处垂直进入平行板间的匀强电场 如图所示 若两板间距离d 1 0cm 板长l 5 0cm 那么 要使电子能从平行板间飞出 两个极板上最大能加多大电压 进入偏转电场 电子在平行于板面方向做匀速直线 解析 加速过程中 由动能定理有 l v0t 垂直于板面方向做匀加速直线 y u 偏转距离 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2一束电子流在经u 5000v的加速电压加速后 在距两极板等距离处垂直进入平行板间的匀强电场 如图所示 若两板间距离d 1 0cm 板长l 5 0cm 那么 要使电子能从平行板间飞出 两个极板上最大能加多大电压 偏转距离 借题发挥 此题是典型的带电粒子的加速和偏转的综合应用题 解决此类问题要注意加速与偏转的前后联系 使关系式简化 注意恰好飞出的临界条件 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 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 如图所示 电量和质量都相同的带正电粒子以不同的初速度通过a b两板间的加速电场后飞出 不计重力的作用 则 a 它们通过加速电场所需的时间相等b 它们通过加速电场过程中动能的增量相等c 它们通过加速电场过程中速度的增量相等d 它们通过加速电场过程中电势能的减少量相等 带电粒子的直线运动 解析 粒子做匀加速直线运动 v0越大 t越短 t越短 v越小 ep w电 qu ep相同 根据动能定理 bd 对点练习 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 带电粒子的偏转 2 如图所示 有一带电粒子贴着a板沿水平方向射入匀强电场 当偏转电压为u1时 带电粒子沿 轨迹从两板正中间飞出 当偏转电压为u2时 带电粒子沿 轨迹落到b板中间 设粒子两次射入电场的水平速度相同 则两次偏转电压之比为 a u1 u2 1 8b u1 u2 1 4c u1 u2 1 2d u1 u2 1 1 解析 由 得 u1 u2 1 8 a 对点练习 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 在如图甲所示平行板电容器a b两板上加上如图乙所示的交变电压 开始b板的电势比a板高 这时两板中间原来的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 则下述说法正确的是 不计电子重力 带电粒子在交变电场中的运动 a 电子先向a板运动 然后向b板运动 再返回a板做周期性来回运动b 电子一直向a板运动c 电子一直向b板运动d 电子先向b板运动 然后向a板运动 再返回b板做来回周期性运动 在0 t 2电子做朝正向做v0 0 匀加速直线运动 t 2 t电子做末速度为零的正向匀减速直线运动 然后周期性地重复前面的运动 解析 c 对点练习 带电粒子在电场中的圆周运动 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 4