浙江省桐乡市高考物理一轮复习 带电粒子在电场中的运动课件.ppt

带电粒子在电场中的运动 一 带电粒子在电场中的加速例1例2例3例4例5例6二 带电粒子在电场中的偏转对偏移公式的讨论例7例8例992年全国7例1004年海南理综3501年上海11 带电粒子在电场中的运动 如图所示 在真空中有一对平行金属板 两板间加以电压u 两板间有一个带正电荷量为q的带电粒子 它在电场力的作用下 由静止开始从正极板向负极板运动 到达负极板时的速度有多大 带电粒子在电场力的作用下 电场力所的功w qu 设带电粒子到达负极板时的速度为v 由动能定理1 2mv2 qu 上式是从匀强电场的情况得出的 但是同样适用非匀强电场的情况 一 带电粒子的加速 例1 如图示 水平放置的平行板电容器间的匀强电场正中间p点有一带电粒子正好处于静止状态 如果把平行带电板瞬时改为竖直放置 带电粒子的运动将是 保持静止状态b 从p点开始做自由落体运动c 从p点开始做平抛运动d 从p点开始做初速度为0 加速度为g的匀加速直线运动 d 例2 如图示 一质量为m带电量为 q的液滴自由下落 并从小孔进入相距为d的两平行板电容器 液滴下落的最大深度为d 2 极板电压为u 液滴开始下落的高度h为 a qu 2mgb qu 2mg d 2c 2mg qu d 2d qu mg d 2 解 由动能定理 mg h d 2 qu 2 0 h qu 2mg d 2 b 例3 如图所示 水平放置的两平行金属板相距h 有一质量为m 带电量为 q的小球在b板小孔正下方h处以初速v0竖直向上进入两板间 欲使小球恰好打到a板 求a b板间的电压的绝对值是多少 解 q从b板到a板过程中 电场力可能做正功 也可能做负功 设ab间电压的绝对值为u 若电场力做正功 则由动能定理 qu mg h h 0 1 2mv02 u mg h h 1 2mv02 q 若电场力做负功 则由动能定理 qu mg h h 0 1 2mv02 u 1 2mv02 mg h h q 综上两种情况 a b两板间电压的绝对值为 例4 如图示 m n是水平放置的一对金属板 其中m板的中央有一个小孔o 板间存在竖直向上的匀强电场 ab是一长9l的轻质绝缘细杆 在杆上等间距地固定着10个完全相同的带正电小球 每个小球的电荷量为q 质量为m 相邻小球距离为l 现将最下端小球置于o处 然后将ab由静止释放 ab在运动过程中始终保持竖直 经观察发现 在第四个小球进入电场到第五个小球进入电场这一过程中 ab做匀速运动 求 1 两板间电场强度e 2 上述匀速运动过程中速度v的大小 3 第几个小球进入电场时速度恰好为0 解 1 有四个小球在电场中时 如图示 由平衡条件 4qe 10mg e 2 5mg q 2 从开始到第四个小球刚好进入电场的过程 由动能定理 10mg 3l qe 3l 2l l 1 2 10mv2 3 第n个小球刚好进入电场之前的过程 由动能定理 10mg n 1 l qel n 1 n 2 2 1 0 10mg n 1 l qel n 1 n 2 0 4qe n 1 l qel n 1 n 2 0 n 8 例5 如图示 静止在光滑水平面上 已经充电的平行板电容器的极板间距为d 在板上有个小孔 电容器固定在一绝缘底座上 总质量为m 有一质量为m的带正电铅丸对准小孔水平向左运动 重力不计 铅丸进入电容器后 距左边最小距离为d 2 求此时电容器已移过的距离 解 铅丸进入电容器后 铅丸和电容器之间有相互作用的电场力 电容器做匀加速运动 铅丸做匀减速运动 距左边最小距离为d 2时 跟电容器相对静止 速度为v 由动量守恒定律mv0 m m v 电容器做匀加速运动 s vt 2 铅丸做匀减速运动 s d 2 v0 v t 2 解以上三式得s 1 2md m m 例6如图示 a b为平行金属板 两板的中央各有一个小孔m和n k闭合时 今有一带电质点 自a板上方相距为h的p点由静止自由下落 p m n在同一竖直线上 空气阻力忽略不计 到达n孔时速度恰好为零 然后沿原路返回 若保持两极板间的电压不变 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点自由下落后仍能返回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 解 原来 ek mg h d qu 0 a板平移 h d不变 ek 0 b板向上平移 ek mg h d qu 0 b板向下平移 ek mg h d qu 0 acd 若k闭合后断开 如何 e不变 ab正确 二 带电粒子的偏转 如图所示 在真空中水平放置一对金属板y和y 板间距离为d 在两板间加以电压u 两板间的匀强电场的场强为e u d 现有一电荷量为 q的带电粒子以水平速度v0射入电场中 带电粒子在初速度方向做匀速运动l v0tt l v0 带电粒子在电场力方向做匀加速运动 带电粒子通过电场的侧移 偏向角 对于不同的带电粒子 1 若以相同的速度射入 则y q m 2 若以相同的动能射入 则y q 3 若以相同的动量射入 则y qm 4 若经相同电压u0加速后射入 则 y与qm无关 随加速电压的增大而减小 随偏转电压的增大而增大 对偏移公式的讨论 例7 带电粒子垂直进入匀强电场中偏转时 除电场力外不计其它力的作用 a 电势能增加 动能增加b 电势能减小 动能增加c 电势能和动能都不变d 上述结论都不正确 b 例8 电子以初速度v0沿垂直场强方向射入两平行金属板中间的匀强电场中 现增大两板间的电压 但仍使电子能够穿过平行板间 则电子穿越平行板所需要的时间 a 随电压的增大而减小b 随电压的增大而增大c 加大两板间距离 时间将减小d 与电压及两板间距离均无关 d 例9 如图所示 质量为m 带电量为q的离子以v0的速度 沿与场强垂直的方向从a点飞入匀强电场 并从另一侧b点沿与场强方向成150 角飞出 则a b两点间的电势差是多少 解 电子做类平抛运动a qe m 由速度分解 vy2 2ay 2qey m 3v02 v0 如图 电子在电势差为u1的加速电场中由静止开始运动 然后射入电势差为u2的两块平行极板间的电场中 入射方向跟极板平行 整个装置处在真空中 重力可忽略 在满足电子能射出平行板区的条件下 下述四种情况中 一定能使电子的偏转角 变大的是 a u1变大 u2变大 b u1变小 u2变大 c u1变大 u2变小 d u1变小 u2变小 解 b 例10 两平行金属板之间存在匀强电场 一带电粒子以初动能ek沿垂直电力线方向飞入 飞离电场时动能为初动能的2倍 若同一带电粒子初速度增加1倍 那么 它飞出电场时动能为 ek 解 设初速度为v0 偏移为y 由动能定理f y ek 2ek ek ek 若初速度为2v0 偏移为y 则y 0 25y 由动能定理f y ek ek 4ek 0 25ek ek 4 25ek 4 25 图5为示波管中偏转电极的示意图 相距为d长度为l的平行板a b加上电压后 可在a b之间的空间中 设为真空 产生电场 设为匀强电场 在ab左端距a b等距离处的o点 有一电量为 q 质量为m的粒子以初速沿水平方向 与a b板平行 射入 如图 不计重力 要使此粒