「带电粒子在电场中加速（上课课件）」.ppt

带电粒子在电场中的直线运动 东平高级中学 1 上课课件 带电粒子在电场中的运动有三种情况 静止 直线运动 如匀速直线和变速直线 曲线运动 如平抛 圆周运动 2 上课课件 解决带电粒子在电场中运动的基本思路 1 明确研究对象 受力分析研究对象有两种 基本粒子 如电子 质子 粒子 正负离子等 受到的静电力一般远大于重力 通常情况下都不考虑重力 但并不能忽略质量 带电微粒 如带电小球 液滴 尘埃等 一般都考虑重力 2 带电粒子在电场中加速 减速 先受力分析 重力 电场力 弹力 摩擦力 再进行运动过程分析 选择恰当规律解题 3 上课课件 解决带电粒子在电场中运动的基本思路 3 运动轨迹和过程分析带电粒子运动形式决定于 粒子的受力情况和初速度情况 4 解题的依据 力的观点 牛顿运动定律和运动学公式 能的观点 动能定理 能量守恒定律 例如 若质量为m 电荷量为q的带电粒子初速度为零 经过电势差为U的加速电场 由动能定理得 v 若初速度为v0 则v 4 上课课件 在真空中的一对平行金属板 两板间的电势差为U 一个质量为m 带电量e的电子 由静止开始运动 计算从负极板运动到正极板时的速度 5 上课课件 例1 如图所示 在点电荷 Q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点时它们速度大小之比为多少 6 上课课件 当堂达标 A 7 上课课件 跟踪训练1 如图所示 在匀强电场E中 一带电粒子 q的初速度 0恰与电场线方向相同 则带电粒子 q在开始运动后 将 A 沿电场线方向做匀加速直线运动B 沿电场线方向做变加速直线运动C 沿电场线方向做匀减速直线运动D 偏离电场线方向做曲线运动 C qE mg 8 上课课件 mg qE 解 1 微粒受重力和电场力的合力作用 沿AB做匀减速直线运动 9 上课课件 10 上课课件 跟踪训练2 如图所示 两块长均为L的平行金属板M N与水平面成 角放置在同一竖直平面 充电后板间有匀强电场 一个质量为m 带电量为q的液滴沿垂直于电场线方向射入电场 并沿虚线通过电场 下列判断中正确的是 A 电场强度的大小E mgcos qB 电场强度的大小E mgtan qC 液滴离开电场时的动能增量为 mgLtan D 液滴离开电场时的动能增量为 mgLsin AD mg qE 11 上课课件 12 上课课件 13 上课课件 当堂达标答案 14 上课课件 15 上课课件 3 如图所示 足够长的两平行金属板正对竖直放置 它们通过导线与电源E 定值电阻R 开关S相连 闭合开关后 一个带电的液滴从两板上端的中点处无初速度释放 最终液滴落在某一金属板上 下列说法中正确的是A 液滴在两板间运动的轨迹是一条抛物线B 电源电动势越大 液滴在板间运动的加速度越大C 电源电动势越大 液滴在板间运动的时间越短D 定值电阻的阻值越大 液滴在板间运动的时间越长 B D mg qE 分析方法 运动的分解 16 上课课件 6 有一个电子原来静止于平行板电容器的中间 设两板的距离足够大 今在t 0开始在两板间加一个交变电压 使得该电子在开始一段时间内的运动的v t图线如图甲所示 则该交变电压可能是图乙中的哪些 图甲 A 17 上课课件 7 如图甲所示 平行金属板中央有一个静止的电子 不计重力 两板间距离足够大 当两板间加上如图乙所示的交变电压后 在下图中 反映电子速度v 位移x和加速度a三个物理量随时间t的变化规律可能正确的是 18 上课课件 8 如图所示 水平放置的A B两平行金属板相距为d 现有质量为m 电量为 q的小球 从距A板高h处自由下落 通过小孔C进入电场 但没能到达B板 求AB间电势差的最小值 解 对全过程应用动能定理 得mg h d qUmin 0解得 Umin 19 上课课件 20 上课课件 21 上课课件 实验表明 炽热的金属丝可以发射电子 在炽热金属丝和金属板间加以电压U 2500V 从炽热金属丝发射出的电子在真空中被加速后 从金属板的小孔穿出 如图所示 电子穿出后的速度有多大 设电子刚从金属丝射出时的速度为零 22 上课课件 如图所示 在P板附近有一电子由静止开始向Q板运动 则关于电子在两板间的运动情况 下列叙述正确的是 A 两板间距越大 加速的时间越长B 两板间距离越小 加速度就越大 则电子到达Q板时的速度就越大C 电子到达Q板时的速度与板间距离无关 仅与加速电压有关D 电子的加速度和末速度都与板间距离无关 P Q AC 23 上课课件 如图所示 A B为平行金属板 两板相距d 分别与电源两极相连 两板的中央各有一个小孔M N 今有一带电质点 自A板上方相距为d的P点由静止自由下落 P M N在同一竖直线上 空气阻力不计 到达N孔时速度恰好为零 然后沿原路返回 若保持两板板间的电压不变 则 A 把A板向上平移一小段距离 质点自P点自由下落仍能返回B 把A板向下平移一小段距离 质点自P点自由下落后将穿过N孔继续下落C 把B板向上平移一小段距离 质点自P点自由下落仍能返回D 把B板向下平移一小段距离 质点自P点自由下落后将穿过N孔继续下落 24 上课课件 从P到N的过程中由动能定理得 mg2d Eqd 0 mg2d Uq 0 当A板下移 从P到N的过程中 同理 质点到N点时 速度刚好为零 B 把A板向下平移一小段距离 质点自P点自由下落后将穿过N孔继续下落 所以 仍能返回 25 上课课件 P M N A B d d 从P到N的过程中由动能定理得 h vN 0 将穿过N孔继续下落 D 把B板向下平移一小段距离 质点自P点自由下落后将穿过N孔继续下落 答案 ACD 26 上课课件 例2 如图所示 A板的电势UA 0 B板的电势UB随时间的变化规律如图所示 则A 若电子是在t 0时刻进入的 它将一直向B板运动B 若电子是在t T 8时刻进入的 它可能时而向B板运动 时而向A板运动 最后打在B板上C 若电子是在t T 4时刻进入的 它可能时而向B板 时而向A板运动D 若电子是在t 3T 8时刻进入的 它可能时而向B板运动 时而向A板运动 最后打在B板上 27 上课课件 F Eq U0q d F ma a U0q md 若电子是在t 0时刻进入的 周期性运动 28 上课课件 T t s U v 0 U0 U0 T 2 2T 3T 2 T t s 0 T 2 2T 3T 2 a m s2 a0 a0 T 0 T 2 2T 3T 2 t s v0 v0 若电子是在t T 8时刻进入的 v m s 周期性 29 上课课件 T t s U v 0 U0 U0 T 2 2T 3T 2 T t s 0 T 2 2T 3T 2 a m s2 a0 a0 T 0 T 2 2T 3T 2 t s v0 v0 若电子是在t T 4时刻进入的 v m s 周期性 30 上课课件 T t s U v 0 U0 U0 T 2 2T 3T 2 T t s 0 T 2 2T 3T 2 a m s2 a0 a0 T 0 T 2 2T 3T 2 t s v0 v0 若电子是在t 3T 8时刻进入的 v m s 周期性 31 上课课件 带电粒子在电场中的直线运动 分析方法 图解法 周期性变化的电场 确定研究对象 受力分析 状态分析 画出a t v t图 32 上课课件 两个相距为d的平行金属板 有正对着的两小孔A B 如图甲所示 两板间加如图乙所示的交变电压 一质量为m 带电量为 q的带电粒子 在t 0时刻在A孔处无初速释放 试判断带电粒子能否穿过B孔 t 0时刻A板电势高 甲图 U v t s u u 乙图 T T 2 请画出粒子运动的v t图线 33 上课课件 A 甲图 u v t s U 乙图 T 2T t s 0 0 v m s U T 2T 丙图 问题 为使带电粒子到达B孔时速度最大 A B间距应满足什么条件 画出速度图线能更清楚了解物体的运动情况 要使带电粒子到达B点时速度最大 必须从A到B一直加速 即在半个周期内到达 解 设带电粒子在半个周期内的位移为S由题意知 只要S d 粒子出电场时速度可达最大 有 34 上课课件 问题 从v t图上看 在t 2n 1 T 2时刻粒子速度最大 是否本题有系列解 用W12 qU12计算电场力的功时 要注意W12和U12的对应关系 甲图 t s U 乙图 T 2T t s 0 0 v m s U T 2T 丙图 35 上课课件 T 2T u v t s U 乙图 0 U v m s t s 0 丙图 例3 两个相距为d的平行金属板 有正对着的两小孔A B 如图甲所示 两板间加如图乙所示的交变电压 一质量为m 带电量为 q的带电粒子 在t T 4时刻在A孔处无初速释放 试判断带电粒子能否穿过B孔 t 0时刻A板电势高 甲图 答 粒子在t T 4时刻释放 如果在运动的第一个T 2内没有通过B孔 则就不能通过B孔 不论A B间距离多大 问带电粒子何时释放 带电粒子一定能通过B孔 带电粒子在T 4前释放 一定能通过B孔 36 上课课件 例4 两个相距为d 1 5m的平行金属板 有正对着的两小孔A B 如图甲所示 两板间加如图乙所示的交变电压 u 1 08 104V 交变电压的周期T 1 0 10 6s t 0时刻A板电势高 一质量为m 带电量为 q的带电粒子 在t T 6时刻在A孔处无初速释放 带电粒子比荷q m 1 0 108C kg 问 粒子运动过程中将与某一极板相碰撞 求从开始运动到粒子与极板碰撞所用时间 37 上课课件 t s U U T T 2 T 6 7T 6 t s v m s 0 A B 粒子在T 2时刻 即运动了T 3时间 速度v a T 3 2 4 105m s向右位移s v 2 2T 3 8 10 2m 简解 a qU dm 7 2 1011m s2 粒子在运动的一个周期内向右运动8 10 2m然后再向左运动2 10 2m所以在一个周期内粒子位移向右 为 x 6 10 2m 粒子在T时刻 即运动了5T 6时间 速度v a T 6 1 2 105m s反向位移s v 2 T 3 2 10 2m 38 上课课件 粒子在24个周期内运动的位移24 6 10 2m 1 44m 粒子在24个周期内向右运动的