物理人教选修31课件第一章静电场习题课三.ppt

习题课三带电粒子在电场中的运动,带电粒子在电场中的直线运动,精典示例例1如图1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。,图1,(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？,1.带电粒子在电场中做直线运动(1)匀速直线运动：此时带电粒子受到的合外力一定等于零，即所受到的电场力与其他力平衡。(2)匀加速直线运动：带电粒子受到的合外力与其初速度方向同向。(3)匀减直线运动：带电粒子受到的合外力与其初速度方向反向。2.分析带电粒子在电场中做直线运动的方法(1)动力学方法牛顿运动定律、匀变速直线运动公式。(2)功和能方法动能定理。(3)能量方法能量守恒定律。,图2,答案BD,带电粒子在电场中的类平抛运动,精典示例例2长为L的平行金属板竖直放置，两极板带等量的异种电荷，板间形成匀强电场，一个带电荷量为q、质量为m的带电粒子，以初速度v0紧贴左极板垂直于电场线方向进入该电场，刚好从右极板边缘射出，射出时速度恰与右极板成30角，如图3所示，不计粒子重力，求：,图3,(1)粒子末速度的大小；(2)匀强电场的场强；(3)两板间的距离。,(1)分析带电粒子在电场中做类平抛运动的方法：利用运动的合成与分解把曲线运动转换为直线运动。利用的物理规律有：牛顿运动定律结合运动学公式、动能定理、功能关系等。(2)分析此类问题要注意：粒子在哪个方向不受力，在哪个方向受电场力，粒子的运动轨迹向哪个方向弯曲。,针对训练2(2017黄冈模拟)如图4所示，一电荷量为q的带电粒子以一定的初速度由P点射入匀强电场，入射方向与电场线垂直，粒子从Q点射出电场时，其速度方向与电场线夹角为30。已知匀强电场的宽度为d，P、Q两点的电势差为U，不计重力作用，设P点的电势为零。则下列说法正确的是(),图4,答案C,带电粒子在交变电场中的运动,精典示例例3如图5甲所示，热电子由阴极飞出时的初速度忽略不计，电子发射装置的加速电压为U0，电容器板长和板间距离均为L10cm，下极板接地，电容器右端到荧光屏的距离也是L10cm，在电容器两极板间接一交变电压，上极板的电势随时间变化的图象如图乙所示。(每个电子穿过平行板的时间都极短，可以认为电压是不变的)求：,图5,(1)在t0.06s时刻，电子打在荧光屏上的何处；(2)荧光屏上有电子打到的区间有多长？,答案(1)打在屏上的点位于O点上方，距O点13.5cm(2)30cm,(1)注意电场的大小、方向是做周期变化的。(2)电子穿越平行板的时间极短，认为电压是不变的。(3)当U0时，电子向上偏转，U0时，电子向下偏转，因此荧光屏上电子能打到的区间是关于点O对称的。,针对训练3(多选)带正电的微粒放在电场中，场强的大小和方向随时间变化的规律如图6所示。带电微粒只在电场力的作用下由静止开始运动，则下列说法中正确的是(),图6,A.微粒在01s内的加速度与12s内的加速度相同B.微粒将沿着一条直线运动C.微粒做往复运动D.微粒在第1s内的位移与第3s内的位移相同,解析设粒子的速度方向、位移方向向右为正，作出粒子的vt图象如图所示。由图可知选项B、D正确。,答案BD,要点归纳1.解决电场(复合场)中的圆周运动问题，关键是分析向心力的来源，指向圆心的力提供向心力，向心力的提供有可能是重力和静电力的合力，也有可能是单独的重力或静电力。2.有时可以把复合场中的圆周运动等效为竖直面内的圆周运动，找出等效“最高点”和“最低点”。,带电体(或带电粒子)在电场中的圆周运动,精典示例例4如图7所示，半径为r的绝缘细圆环的环面固定在水平面上，场强为E的匀强电场与环面平行。一电荷量为q、质量为m的小球穿在环上，可沿环做无摩擦的圆周运动，若小球经A点时，速度vA的方向恰与电场垂直，且圆环与小球间沿水平方向无力的作用，求：,图7,(1)速度vA的大小；(2)小球运动到与A点对称的B点时，对环在水平方向的作用力的大小。,针对训练4如图8所示，ABCD为放在E1.0103V/m的水平匀强电场中的绝缘光滑轨道，其中BCD部分是直径为20cm的半圆环，AB15cm，今有m10g、q104C的小球从静止由A起沿轨道运动，求：,图8,(1)运动到图中C处时速度；(2)在C处时对轨道的压力；(3)要使小球能运动到D点，开始时小球的位置应离B点距离。,1.(带电粒子在电场中的直线运动)如图9所示，一个平行板电容器充电后与电源断开，从负极板处释放一个电子(不计重力)，设其到达正极板时的速度为v1，加速度为a1。若将两极板间的距离增大为原来的2倍，再从负极板处释放一个电子，设其到达正极板时的速度为v2，加速度为a2，则(),图9,答案D,2.(带电粒子在交变电场中的运动)在空间有正方向水平向右、大小按如图10所示的图线变化的电场，位于电场中A点的电子在t0时速度为零，在t1s时，电子离开A点的距离大小为l。那么在t2s时，电子将处在(),图10,A.A点B.A点左方l处C.A点右方2l处D.A点左方2l处,解析第1s内电场方向向右，电子受到的电场力方向向左，电子向左做匀加速直线运动，位移为l，第2s内电子受到的电场力方向向右，由于电子此时有向左的速度，因而电子继续向左做匀减速直线运动，根据运动的对称性，位移也是l，t2s时总位移为2l，方向向左。答案D,3.(带电粒子在电场中的类平抛运动)如图11所示，阴极A受热后向右侧空间发射电子，电子质量为m，电荷量为e，电子的初速率为v，且各个方向都有。与A极相距l的地方有荧光屏B，电子击中荧光屏时便会发光。若在A和B之间的空间里加一个水平向左、与荧光屏面垂直的匀强电场，电场强度为E，求B上受电子轰击后的发光面积。,图11,解析阴极A受热后发射电子，这些电子沿各个方向射向右边匀强电场区域，取两个极端情况如图所示。沿极板竖直向上且速率为v的电子，受到向右的电场力作用做类平抛运动打到荧光屏上的P点。,4.(电场中粒子的圆周运动)如图12所示，半径为R的环形塑料管竖直放置，AB为该环的水平直径，且管的内径远小于环的