高中物理电场专题课件（8套）人教版选修3带电粒子在电场中的运动.ppt

带电粒子在电场中的运动 一般情况下带电粒子所受的电场力远大于重力 所以可以认为只有电场力做功 由动能定理w qu ek 此式与电场是否匀强无关 与带电粒子的运动性质 轨迹形状也无关 若初速度v0 0则 一 带电粒子在电场中的加速 2 若带电粒子在电场中所受合力不为零时 f 0 且合力与初速度方向在同一直线上 带电粒子将做加速或减速直线运动 一般为变加速直线运动 在匀强电场中为匀变速运动 二 带电粒子在电场力和其它力共同作用下的运动 当带电体的重力和电场力大小可以相比时 不能再将重力忽略不计 这时研究对象经常被称为 带电微粒 带电尘埃 带电小球 等等 1 若带电粒子在电场中所受合力为零时 即 f 0时 粒子将保持静止状态或匀速直线运动状态 3 若带电粒子在电场中所受合力不为零时 f 0 且合力与初速度方向不在同一直线上 带电粒子将做曲线运动 如果是匀强电场 则只需将重力与电场力的合力代替原来的重力 mg mg qe 粒子将作类抛体运动 匀变速曲线运动 031 上海市静安区07 08学年第一学期期末检测10 10 将一带正电荷的小球在电场中由静止释放 若小球仅受电场力作用 则它在电场中运动的过程中 a 始终沿电场线由高电势处向低电势处运动 b 加速度始终沿电场线的切线方向 c 电势能不断减小 动能不断增大 d 无论电势能与动能怎样变化 两者之和始终不变 bd 039 08年深圳市第一次调研考试7 7 如图为一匀强电场 某带电粒子从a点运动到b点 在这一运动过程中克服重力做的功为2 0j 电场力做的功为1 5j 则下列说法正确的是 a 粒子带负电b 粒子在a点的电势能比在b点少1 5jc 粒子在a点的动能比在b点多0 5jd 粒子在a点的机械能比在b点少1 5j cd 045 南京市金陵中学07 08学年一轮复习检测 一 7 7 如图所示为某电场中的一条电场线 一带电q 质量为m的粒子仅在电场力的作用下 以初速度v沿ab方向从a点运动到b点 到达b点时速度为2v 已知ab间距离为l 则关于电场和粒子运动下列说法正确的是 a 电场中ab两点间电势差为3mv2 2qb 粒子在ab两点的加速度可能相等c 粒子在ab两点间运动时速度可能是先减少后增加d 粒子在ab两点间运动时电势能一直是减少的 点拨 电场不一定是匀强电场 但电荷受力方向不会改变 电场线方向一定是电势降低方向 abd 046 南京市2008届第一次模拟考试7 7 一带电粒子射入点电荷 q的电场中 仅在电场力作用下 运动轨迹如图所示 则下列说法中正确的是 a 运动粒子可能带正电b 运动粒子一定是从a运动到bc 粒子在a b间运动过程中加速度先变大后变小d 粒子在a b间运动过程中电势能先变小后变大 cd 042 08年苏 锡 常 镇四市教学情况调查 一 8 8 如图所示 将一个正电荷从c点分别沿直线移动到a点和b点 均需克服电场力做功 且做功的数值相等 则在此空间中 有可能 a 只存在平行于y轴的匀强电场b 只存在平行于x轴的匀强电场c 只在第 象限内某位置有一个负点电荷d 只在第 象限内某位置有一个正点电荷 bd 049 西安市重点中学2008届4月份理综试题12 12 等量异种点电荷的连线和中垂线如图所示 现将一个带负电的检验电荷先从图中的a点沿直线移动到b点 再从b点沿直线移动到c点 则检验电荷在此全过程中 a 所受电场力的方向不变b 所受电场力的大小恒定c 电势能一直减小d 电势能先不变后减小 ad 057 广东省汕头市2008年模拟考试8 8 图中mn是由一负点电荷产生的电场中的一条电场线 一个带正电的粒子 q飞入电场后 只受电场力的作用下沿一条曲线 图中虚线 运动 a b是该曲线上的两点 则 a a点的电场强度ea小于b点的电场强度ebb a点的电势ua低于b点的电势ubc 粒子在a点的动能eka小于在b点的动能ekbd 粒子在a点的电势能epa低于在b点的电势能epb ac 4 m n为正点电荷q的电场中某直线上的两点 距q的距离如图所示 一试验电荷q在q的作用下沿该直线由m向q做加速运动 下列相关说法中正确的是 a 试验电荷q带正电b 试验电荷q在n点的加速度是在m点加速度的4倍c n点电场强度是m点电场强度的2倍d 试验电荷q在n点的电势能比在m点的电势能大 055 08年佛山市教学质量检测 二 4 b 11 如图所示 虚线a b c代表电场中的三个等势面 相邻等势面间的电势差相等 即uab ubc 实线为一带正电的质点仅在电场力作用下的运动轨迹 p q是这条轨迹上的两点 据此可知 a 三个等势面中 a的电势较高b 带电质点通过p点时的电势能较大c 带电质点通过p点时的动能较大d 带电质点通过q点时的加速度较大 066 珠海市2008年高考模拟考试11 b gk011 2008年高考物理海南卷4 4 静电场中 带电粒子在电场力作用下从电势为 a的a点运动至电势为 b的b点 若带电粒子在a b两点的速率分别为va vb 不计重力 则带电粒子的比荷q m 为 解 由电势差公式以及动能定理 c 可得比荷为 031 上海市静安区07 08学年第一学期期末检测21 21 12分 两个半径均为r的圆形平板电极 平行正对放置 相距为d 极板间的电势差为u 板间电场可以认为是均匀的 一个 粒子从正极板边缘以某一初速度垂直于电场方向射入两极板之间 到达负极板时恰好落在极板中心 已知质子电量为e 质子和中子的质量均视为m 忽略重力和空气阻力的影响 求 1 极板间的电场强度e 2 粒子在极板间运动的加速度a 3 粒子的初速度v0 1 极板间电场强度 2 粒子电荷为2e 所受电场力 粒子质量为4m 加速度 解 3 由 得 粒子的初速度 054 08年北京市海淀区一模试卷20 20 如图所示 ab cd是一个圆的两条直径 该圆处于匀强电场中 电场强度方向平行该圆所在平面 在圆周所在的平面内将一个带正电的粒子从a点先后以相同的速率v沿不同方向射向圆形区域 粒子将经过圆周上的不同点 其中经过c点时粒子的动能最小 若不计粒子所受的重力和空气阻力 则下列判断中正确的是 a 电场强度方向由a指向bb 电场强度方向由d指向cc 粒子到达b点时动能最大d 粒子到达d点时电势能最小 d 解见下页 解 粒子经过c点时的动能最小 则克服电场力做功最多 过c点作圆的切线 与cd垂直 即为等势线 匀强电场强度方向由c指向d 粒子到达d点时 电场力做正功最多 动能最大 电势能最小 所以正确选项为d gk007 2008年高考理综天津卷18 18 带负电的粒子在某电场中仅受电场力作用 能分别完成以下两种运动 在电场线上运动 在等势面上做匀速圆周运动 该电场可能由 a 一个带正电的点电荷形成b 一个带负电的点电荷形成c 两个分立的带等量负电的点电荷形成d 一带负电的点电荷与带正电的无限大平板形成 a 解见下页 根据题目中给出的4个电场 同时符合两个条件的是a答案 解析 在仅受电场力的作用在电场线上运动 只要电场线是直线的就可能实现 但是在等势面上做匀速圆周运动 就需要带负电的粒子在电场中所受的电场力提供向心力 060 徐州市07 08学年度第三次质量检测8 8 如图所示 虚线框内存在着匀强电场 方向未画出 一质子从bc边上的m点以速度v0射入电场内 最后从cd边上的q点飞出电场 下列说法不正确的是 a 电荷运动的轨迹一定是抛物线b 电场方向一定是垂直ab边向右c 电场力一定对电荷做了正功d m点的电势一定高于q点的电势 bcd 解见下页 解 质子只受电场力作用 电场力与初速度不在一直线上 运动的轨迹一定是抛物线 a正确 电场力的方向只要在mq连线与v0的反向延长线之间 均可以运动到q点 b错 当电场力的方向与mq连线的夹角小于900时 图1 电场力做正功 m q 当电场力的方向与mq连线垂直时 图2 电场力不做功 m q 当电场力的方向与mq连线的夹角大于900时 图3 电场力做负功 m q c d错 028 上海普陀区08年1月期末调研试卷21 21 如图所示 在光滑水平绝缘平面上 水平匀强电场方向与x轴间成135 角 电场强度e 1 103n c 某带电小球电量为q 2 10 6c 质量m 1 10 3kg 以初速度v0 2m s从坐标轴原点出发 在xoy平面内运动 v0与水平匀强电场垂直 1 该带电小球所受到的电场力的大小 2 该带电小球在第二秒内速度变化量的大小 3 当带电小球再经过x轴时与x轴交于a点 求带电小球经过a点时速度v oa间电势差uoa 1 2 3 解 vy 2v0 代入数字得uoa 4 103v 速度方向 与x轴呈斜向右下方 由动能定理 024 上海市徐汇区07年第一学期期末试卷23 23 12分 如图 甲 所示 a b为两块距离很近的平行金属板 板中央均有小孔 一束电子以初动能e0 120ev 从a板上的小孔o不断地垂直于板射入a b之间 在b板右侧 平行金属板m n间有一个匀强电场 板长l 0 02m 板间距离d 0 004m m n间所加电压为u2 20v 现在a b两板间加一个如图 乙 所示的变化电压u1 在t 0到t 2s的时间内 a板电势低于b板 则在u1随时间变化的第一个周期内 1 电子在哪段时间内可从b板上的小孔o 射出加速电场 2 在哪段时间内电子能从偏转电场右侧飞出 由于a b两板距离很近 电子穿过a b板所用的时间极短 可忽略不计 1 e0 eu0 u0 120v 所以当a板电势比b板电势高120v时 电子无法射出 到达b板速度恰为零 解 则当t1 0 2 6s与t1 3 4s 4 0s电子可从o 射出 2 要使电子能从偏转电场右侧飞出 则偏转位移y d 2 则当t2 0 65s 1 35s时 uab 130v 电子能从偏转电场右侧飞出 解得 u1 130v 此时电场对电子做正功 即当a板电势比b板电势低130v时 电子能从偏转电场右侧飞出 题目 063 上海市南汇区08年第二次模拟考试22 22 12分 如图所示 a b两平行金属板间加一周期为t的交变电压 两板间距为d t 0时b板电势较高 现有一电子在t 0时刻从a板上的小孔进入两板间的电场内 设电子的初速度和重力都可忽略 已知电子的质量为m 电量为e 问 1 为使电子到达b板时速度为零 t应满足什么条件 2 为使电子到达b板时速度最大 t应满足什么条件 解 1 由于电子初速度为0 进入电场后 在0 t 2时间内做初速度为0的匀加速运动 在t 2 t时间内做匀减速运动 到t时刻速度减小到0 以后重复这样的运动 可见 达到b板时速度为0 电子运动时间一定是周期的整数倍 在一个周期内的位移为 电子的加速度大小为 由以上分析可知 d ns n 1 2 3 解上述方程得 n 1 2 3 2 由前面分析可以知道 当电子在t 2时间内到达b板时 被加速的位移最大 因而其速度最大 设最小周期为t0 则有 题目 003 南京师大物理之友电学综合 一 23 解 1 设粒子被加速后的速度为v0 当两板间加上电压u2 如上板为正时 粒子恰好能沿两板中心线射出 如下板为正时 带电粒子射到下板距板的左端1 4处 2 当上板加最大电压正时 粒子斜向上偏转刚好穿出 t l v0 若上板加上最小正电压时 粒子向下偏转恰穿出 题目 若下板加上正电压时 粒子只能向下偏转 可见下板不能加正电压 题目 第2页 033 上海嘉定区2007学年上学期调研22 22 如图 a 所示 a b为两块平行金属板 极板间电压为uab 1125v 板中央有小孔o和o 现有足够多的电子源源不断地从小孔o由静止进入a b之间 在b板右侧 平行金属板m n长l1 4 10 2m 板间距离d 4 10 3m 在距离m n右侧边缘l2 0 1m处有一荧光屏p 当m n之间未加电压时电子沿m板的下边沿穿过 打在荧光屏上的o 并发出荧光 现给金属板m n之间加一个如图 b 所示的变化电压u1 在t 0时刻 m板电势低于n板 已知电子质量为me 9 0 10 31kg 电量为e 1 6 10 19c 1 电子经a b两块金属板加速 有 得 y1 d 说明所有的电子都可以飞出m n 2 当u 22 5v时 电子经过mn极板向下的偏移量最大 为 1 每个电子从b板上的小孔o 射出时的速度多大 2 打在荧光屏上的电子范围是多少 3 打在荧光屏上的电子的最大动能是多少 解 此时电子在竖直方向的速度大小为 电子射出极板mn后到达荧光屏p的时间为 电子射出极板mn后到达荧光屏p的偏移量为 电子打在荧光屏p上的总偏移量为 方向竖直向下 题目 y的计算方法 由三角形相似 有 即 解得y 0 012m 3 当u 22 5v时 电子飞出电场的动能最大 或由动能定理 题目 第2页 gk004 2008年高考物理上海卷14 14 如图所示 在光滑绝缘水平面上 两个带等量正电的点电荷m n 分别固定在a b两点 o为ab连线的中点 cd为ab的垂直平分线 在cd之间的f点由静止释放一个带负电的小球p 设不改变原来的电场分布 在以后的一段时间内 p在cd连线上做往复运动 则 a 小球p的带电量缓慢减小 则它往复运动过程中的振幅不断减小 b 小球p的带电量缓慢减小 则它往复运动过程中每次经过o点时的速率不断减小 c 点电荷m n的带电量同时等量地缓慢增大 则小球p往复运动过程中周期不断减小 d 点电荷m n的带电量同时等量地缓慢增大 则小球p往复运动过程中的振幅不断减小 bcd 解见下页 若点电荷m n电荷量缓慢增大 则中垂线cd上的场强相对增大 振幅减小 加速度相对原来每个位置增大 故一个周期的时间必定减小 c d正确 解析 设f与f 绕o点对称 在f与f 点之间 小球始终受到指向o点的回复力作用下做往复运动 若小球p带电量缓慢减小 f o电场力做的正功比o f 克服电场力做的功多 则此后小球能