【学海导航】高中物理第2轮复习 专题3 第1讲 带电粒子在电场中的运动课件.ppt

专题三带电粒子在电 磁场中的运动第一讲带电粒子在电场中的运动 一 库仑定律 二 电场强度1 大小 2 方向 1 正电荷在电场中的受力方向 负电荷在电场中的受力的反方向 2 电场线的切线方向 3 电场中电势降低最快的方向 3 电势差 电势 电势能的变化 电势能 电势高低的判断 顺着电场线方向电势降低 3 电荷移动时其电势能的变化由电场力做的功量度 w qu 电势能的变化与电场力做功的关系 电场力做正功电势能减少 电场力做负功电势能增加 三 带电粒子在电场中的运动1 带电粒子在电场中的加速 通常用ek qu计算带电粒子获得的动能 2 带电粒子在匀强电场中的偏转 四 电容器 类型一 电场线与等势面 电场力做功与电势能的变化电场线是对电场强度分布情况的形象描绘 等势面是对电势分布情况的形象描绘 两者的关系是 电场线与等势面垂直 电场线由电势高的等势面指向电势低的等势面 电场线越密处等差等势面也越密 电荷在电场中移动时电势能的变化由电场力做的功来量度 两者的关系是 电场力做正功电势能减少 且减少的电势能等于电场力做的功 电场力做负功 电势能增加 且增加的电势能等于克服电场力做的功 例1 如图3 1 1所示 虚线a b c是电场中的三个等势面 相邻等势面间的电势差相同 实线为一个带正电的质点仅在电场力作用下 通过该区域的运动轨迹 p q是轨迹上的两点 下列说法中正确的是 a 三个等势面中 等势面a的电势最高b 带电质点一定是从p点向q点运动c 带电质点通过p点时的加速度比通过q点时小d 带电质点在p点时的电势能比在q点的电势能大 解析 根据电场线与等势面垂直的关系画出电场线 根据合力和轨迹的关系 可以判定 质点在各点受的电场力方向斜向下方 由于是正电荷 所以电场线方向也斜向下方 画出电场线后 不难判断出答案只有d是正确的 答案 d 规律方法总结 本题考查了电场强度 电场线 电势差 电势 等势线等基本概念 以及电场线与等势面的关系 电场力做功与电势能的变化关系 解题的关键 根据电场线与等势面垂直的关系画出电场线 根据力沿电场线的切线并指向轨迹的凹侧确定力的方向 根据速度方向 轨迹的切线方向 与力的方向的夹角确定电场力做功的正负 根据电场力做功与电势能的变化关系确定电势能的变化情况 根据电场线或等势面的疏密比较电场强度的大小 从而比较加速度的大小 变式题 如图3 1 2所示 匀强电场中有a b c三点 在以它们为顶点的三角形中 b 解析 如图 根据匀强电场的电场线与等差等势面是平行等间距排列 且电场线与等势面处处垂直 沿着电场线方向电势均匀降落 取ab的中点o 即为三角形的外接圆的圆心 且该点电势为2v 故oc为等 类型二 带电粒子在交变电场中的加速和减速运动对于带电粒子在交变电场中的运动问题 一般采用图解法较好 画出相应的速度 时间图象 横轴表示时间 纵轴表示速度 斜率表示加速度 图线与坐标轴所围面积表示位移 例2 2011 北京 静电场方向平行于x轴 其电势 随x的分布可简化为如图3 1 3所示的折线 图中和d为已知量 一个带负电的粒子在电场中以x 0为中心 沿x轴方向做周期性运动 已知该粒子质量为m 电量为 q 其动能与电势能之和为 a 0 a q 0 忽略重力 求 1 粒子所受电场力的大小 2 粒子的运动区间 3 粒子的运动周期 图3 1 3 解析 1 由图可知 0与d 或 d 两点间的电势差为电场强度的大小 变式题 2011 安徽 如图3 1 4 a 所示的两平行正对的金属板a b间加有如图3 1 4 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 图3 1 4 b 解析 本题可从特殊时刻开始研究粒子的运动情况 类型三 带电粒子在电场中的偏转带电粒子 不计重力 垂直于电场线进入电场 做匀变速曲线运动 类平抛运动 例3 如图3 1 5所示 正方形区域abcd边长l 8cm 内有平行于ab方向指向bc边的匀强电场 场强e 3750v m 一带正电的粒子电荷量q 10 10c 质量m 10 20kg 沿电场中心线ro飞入电场 初速度v0 2 106m s 粒子飞出电场后经过界面cd ps间的无电场区域后 进入固定在o点的点电荷q形成的 图3 1 5 电场区域 一进入该区域即开始做匀速圆周运动 设点电荷左侧的电场分布以界面ps为界限 且不受ps影响 已知cd ps相距s 12cm 粒子穿过ps最后垂直打在放置于中心线上的荧光屏mn上 不计粒子重力 静电力常数k 9 109n m2 c2 试求 1 粒子穿过界面ps时偏离中心线or的距离y 2 粒子穿过界面ps时的速度大小与方向 3 o点与ps面的距离x 4 点电荷q的电性及电荷量大小 解析 1 粒子在正方形区域abcd中运动发生的侧移 变式题 2011 济南模拟 如图3 1 6所示 甲图是用来使带正电的离子加速和偏转的装置 乙为该装置中加速与偏转电场的等效模拟图 以y轴为界 左侧为沿x轴正向的匀强电场 场强为e 右侧为沿y轴负方向的另一匀强电场 已知oa ab oa ab 且ob间 图3 1 6 的电势差为u0 若在x轴的c点无初速地释放一个电荷量为q 质量为m的正离子 不计重力 结果正离子刚好通过b点 求 1 co间的距离d 2 粒子通过b点的速度大小 图3 1 6 解析 1 设正离子到达o点的速度为v0 其方向沿x轴的正方向 则正离子从c点到o点 由动能定理得 类型四 电场与力学知识的综合应用处理带电粒子在匀强电场和重力场的叠加场中的运动问题 可将叠加场合成为等效重力场 电场力与重力的合力为等效重力 例4 2011 石家庄模拟 相距l 12 5m 质量均为m的两滑块a b 静放在足够长的绝缘水平面上 与水平面间的动摩擦因数均为 0 2 其中a电荷量为 q b不带电 现在水平面附近空间加有场强 水平向右的匀强电场 a开始向右运动 并与b发生多次对心碰撞 且碰撞时间极短 每次碰后两滑块交换速度 a带电量保持不变 b始终不带电 g取10m s2 试求 1 a b第一次碰后b的速度vb1 2 a b从第五次碰后到第六次碰的过程中b运动的时间t 3 b运动的总路程x 解析 1 对a 根据牛顿第二定律 变式题 2011 海淀一模 在真空中水平放置平行板电容器 两极板间有一个带电油滴 电容器两板间距为d 当平行板电容器的电压为u0时 油滴保持静止状态 如图3 1 7所示 当给电容器突然充电使其电 图3 1 7 解析 1 油滴静止时 类型五 电容器与传感器 例5 传感器应用的一个基本思想是 转换 的思想 即利用传感器把难以直接测量的力学量转换为容易测量的电学量 这种转换既使测量比较方便 而且能输入电子计算机 对电学量所载的信息进行计算和处理 如图3 1 8所示为一测速计原理图 其基本原理即是把测量速度这一力学量转换成电流进行测量 滑动 图3 1 8 图3 1 8 解析 计算出滑动触头p移过一微小距离时电容器上的电压变化 可得电容器上的充放电电流的表达式 据此可求得速度 先估计流过电阻丝上的 答案 0 1m s 向右 规律方法总结 分析有关电容器在静电场中的应用的习题的思路是 首先确定不变量 若电容器充电后断开电源 则q不变 若电容器始终和直流电源相连 则u不变 变式题 2011