《带电粒子在电场中的运动》课件 新人教版选修3-2

1、带电粒子在电场中带电粒子在电场中 的运动的运动 22:162 今年高考今年高考电磁学电磁学 部分部分考什么？考什么？ 高考新课标卷电磁学试题特点分析 年份年份题号题号分值分值知识内容知识内容 1010年年 17176 6带电粒子在电场力作用下的曲线运动带电粒子在电场力作用下的曲线运动 25251818带电粒子在匀强磁场中的运动带电粒子在匀强磁场中的运动 1111年年 14146 6安培定则和地磁场分布安培定则和地磁场分布 20206 6带电粒子在电场力作用下的曲线运动带电粒子在电场力作用下的曲线运动 25251919带电粒子在匀强磁场中的运动带电粒子在匀强磁场中的运动 1212年年 18186

2、 6带电粒子在电场力作用下的直线运动带电粒子在电场力作用下的直线运动 25251818带电粒子在匀强电场、磁场中的运动带电粒子在匀强电场、磁场中的运动 例例1.1.（20122012年山东理综）图中虚线为一组间距相等的同心年山东理综）图中虚线为一组间距相等的同心 圆，圆心处固定一带正电的点电荷。一带电粒子以一定初圆，圆心处固定一带正电的点电荷。一带电粒子以一定初 速度射入电场，实线为粒子仅在电场力作用下的运动轨迹，速度射入电场，实线为粒子仅在电场力作用下的运动轨迹， a a、b b、c c三点是实线与虚线的交点。则该粒子（三点是实线与虚线的交点。则该粒子（ ） A A带负电带负电 B B在在c

3、 c点受力最大点受力最大 C C在在b b点的电势能大于在点的电势能大于在c c点的电势能点的电势能 D D由由a a点到点到b b点的动能变化大于由点的动能变化大于由b b点点 到到c c点的动能变化点的动能变化 对电场性质的理解和应用对电场性质的理解和应用热点一热点一 审题指导审题指导 1.1.正点电荷电场的电场线分正点电荷电场的电场线分 布特点是什么？等势面呢？布特点是什么？等势面呢？ 2.2.粒子运动过程中所受电场粒子运动过程中所受电场 力的方向如何，为什么？力的方向如何，为什么？ 3.3.粒子运动过程中所受电场粒子运动过程中所受电场 力做功吗？做什么功？对应力做功吗？做什么功？对应

4、形式的能量怎样变化？形式的能量怎样变化？ E v F 热点一热点一 例例1.1.（20122012年山东理综）图中虚线为一组间距相等的同心年山东理综）图中虚线为一组间距相等的同心 圆，圆心处固定一带正电的点电荷。一带电粒子以一定初圆，圆心处固定一带正电的点电荷。一带电粒子以一定初 速度射入电场，实线为粒子仅在电场力作用下的运动轨迹，速度射入电场，实线为粒子仅在电场力作用下的运动轨迹， a a、b b、c c三点是实线与虚线的交点。则该粒子（三点是实线与虚线的交点。则该粒子（ ） A A带负电带负电 B B在在c c点受力最大点受力最大 C C在在b b点的电势能大于在点的电势能大于在c c点的

5、电势能点的电势能 D D由由a a点到点到b b点的动能变化大于有点的动能变化大于有b b点点 到到c c点的动能变化点的动能变化 CDCD 对电场性质的理解和应用对电场性质的理解和应用 知识归纳知识归纳 2.2.理解记忆电场强度的方向理解记忆电场强度的方向 （1 1）规定：正电荷在电场中）规定：正电荷在电场中 该处的受力方向该处的受力方向 （2 2）电场中某处电场线的切线方向）电场中某处电场线的切线方向 E F v 1.1.熟悉几种常见电场的电熟悉几种常见电场的电 场线、等势面分布特点场线、等势面分布特点 3.3.灵活应用功能关系灵活应用功能关系 做功做功 重力做功重力做功mghW G 弹簧

6、弹力做功弹簧弹力做功 FN W 电场力做功电场力做功 ABAB qUW 合外力做功合外力做功 除重力和弹力以外除重力和弹力以外 的其他力做的功的其他力做的功 总 W 能量变化能量变化 重力势能变化重力势能变化 p E 弹性势能变化弹性势能变化 p E 电势能变化电势能变化 p E 动能变化动能变化 K E 机械能变化机械能变化E 合 W 功是能量转化的量度功是能量转化的量度 pG EW pFN EW pAB EW K EW 合 EW 总 方法方法 总结总结 电场线、等势面、运动轨迹电场线、等势面、运动轨迹 相结合问题的解题思路相结合问题的解题思路 1.1.带电粒子仅在电场力作用下带电粒子仅在电

7、场力作用下 做曲线运动时，电场力的方向做曲线运动时，电场力的方向 一定指向轨迹内测一定指向轨迹内测 2.2.已知电场力的方向和电场线已知电场力的方向和电场线 的方向，可以判断电荷的性质，的方向，可以判断电荷的性质， 反之，已知电荷性质，可以判反之，已知电荷性质，可以判 断电场线的方向断电场线的方向 3.3.已知电场力的方向和运动方向，可以判断电场已知电场力的方向和运动方向，可以判断电场 力做功情况和电势能的变化力做功情况和电势能的变化 E F v 变式训练变式训练1 1 两个固定的等量异号点电荷所产生电场的等势面如图中虚线两个固定的等量异号点电荷所产生电场的等势面如图中虚线 所示，一带负电的粒

8、子以某一速度从图中所示，一带负电的粒子以某一速度从图中A A点沿图示方向进点沿图示方向进 入电场在纸面内飞行，最后离开电场，粒子只受静电力作用，入电场在纸面内飞行，最后离开电场，粒子只受静电力作用， 则粒子在电场中（则粒子在电场中（ ） A A做直线运动，电势能先变小后变大做直线运动，电势能先变小后变大 B B做直线运动，电势能先变大后变小做直线运动，电势能先变大后变小 C C做曲线运动，电势能先变小后变大做曲线运动，电势能先变小后变大 D D做曲线运动，电势能先变大后变小做曲线运动，电势能先变大后变小 F F合 合 如果把题中的等量如果把题中的等量异异 种种电荷换成等量电荷换成等量同种同种

9、电荷呢？电荷呢？ 变式训练变式训练1 1 两个固定的等量异号点电荷所产生电场的等势面如图两个固定的等量异号点电荷所产生电场的等势面如图6 65 5中中 虚线所示，一带负电的粒子以某一速度从图中虚线所示，一带负电的粒子以某一速度从图中A A点沿图示方点沿图示方 向进入电场在纸面内飞行，最后离开电场，粒子只受静电力向进入电场在纸面内飞行，最后离开电场，粒子只受静电力 作用，则粒子在电场中（作用，则粒子在电场中（ ） A A做直线运动，电势能先变小后变大做直线运动，电势能先变小后变大 B B做直线运动，电势能先变大后变小做直线运动，电势能先变大后变小 C C做曲线运动，电势能先变小后变大做曲线运动，

10、电势能先变小后变大 D D做曲线运动，电势能先变大后变小做曲线运动，电势能先变大后变小 C C 把题设换成等量同种电荷，答案把题设换成等量同种电荷，答案A A 高考热高考热 点二点二 带电粒子在电场中的加速带电粒子在电场中的加速 和偏转问题和偏转问题 一、带电粒子的加速一、带电粒子的加速 带电粒子平行电场线的方向进入匀强电场，受到的电场力与带电粒子平行电场线的方向进入匀强电场，受到的电场力与 运动方向在同一直线上，做匀加运动方向在同一直线上，做匀加(减减)速直线运动速直线运动 2 0 2 2 1 _ 2 1 mvmvqu m qu vv 2 2 0 适用于一切电场适用于一切电场 高考热高考热

11、点二点二 带电粒子在电场中的加速带电粒子在电场中的加速 和偏转问题和偏转问题 二、带电粒子的偏转二、带电粒子的偏转 带电粒子以初速度带电粒子以初速度v v0 0垂直于电场线方向射入匀强电场中，受垂直于电场线方向射入匀强电场中，受 到恒定电场力作用而做到恒定电场力作用而做 运动运动( (轨迹为抛物线轨迹为抛物线) )匀变速曲线匀变速曲线 1 1垂直电场线方向上以初速度垂直电场线方向上以初速度 做匀速直线动，做匀速直线动， 2 2沿电场线方向上做初速度为零的匀加速直线运动，沿电场线方向上做初速度为零的匀加速直线运动， 加速度加速度 竖直速度竖直速度 竖直偏移量竖直偏移量 0 vvx 0 v l m

12、 F a atv y 3.3.速度偏向角速度偏向角 x y v v tan 2 2 1 aty 位移偏向角位移偏向角 x y tan md qu 0 mdv qul 2 0 2 2mdv qul 2 0 mdv qul tv0 2 0 2mdv qul 例例2 2：如图所示，真空中水平放置的两个平行金属板如图所示，真空中水平放置的两个平行金属板Y Y1 1和和 Y Y2 2长为长为L L，相距，相距d,d,足够大的竖直屏与两板右侧相距足够大的竖直屏与两板右侧相距b b。在两。在两 板间加上可调偏转电压板间加上可调偏转电压U U，一束质量为，一束质量为m m、电荷量为、电荷量为+q+q的粒的粒

13、子（不计重力）从两板左侧中点子（不计重力）从两板左侧中点A A以初速度以初速度V V0 0沿水平方向射沿水平方向射 入电场且能穿出。入电场且能穿出。 （1 1）证明粒子飞出电场后的速度反向延长线交与两板间的）证明粒子飞出电场后的速度反向延长线交与两板间的 中心中心O O点；点； （2 2）求两板间所加偏转电压）求两板间所加偏转电压U U的范围；的范围； （3 3）求粒子可能到达屏上区域的长度。）求粒子可能到达屏上区域的长度。 A 1 Y 2 Y b 审题指导审题指导 1.1.带电粒子在电场中向上还是向下偏转？做出运动带电粒子在电场中向上还是向下偏转？做出运动 的示意图。的示意图。 2.2.粒子

14、在电场中的最大偏转量多大？粒子在电场中的最大偏转量多大？ 3.3.粒子离开电场后做什么运动？在竖直屏上的最粒子离开电场后做什么运动？在竖直屏上的最 大偏转量怎样求解？大偏转量怎样求解？ （1 1）设粒子在运动过程中的加速度为）设粒子在运动过程中的加速度为a,a,离开电场时偏转距离开电场时偏转距 离为离为y,y,沿电场方向的速度为沿电场方向的速度为, ,偏转角为偏转角为，其反向延长线通，其反向延长线通 过过o点点,o点与板右端的水平距离为点与板右端的水平距离为x，如图所示，则有：，如图所示，则有： tvl 0 2 2 1 aty atv y x y v v y 0 tan 联立求解得联立求解得

15、2 l x 即粒子飞出电场后的速度方向的反向延长线交与两即粒子飞出电场后的速度方向的反向延长线交与两 板间的中心板间的中心 （2 2）粒子在电场中偏转的加速度）粒子在电场中偏转的加速度 ma d u q 当粒子的竖直偏转量最大为当粒子的竖直偏转量最大为 时时,电压电压u最大最大 2 d y 2 0 2 2 22 1 2mdv qul at d y解得：解得： 2 2 0 2 ql vmd u 则两板间所加电压的范围为则两板间所加电压的范围为 2 2 0 2 2 2 0 2 ql vmd u ql vmd （3 3） ） 当 当 时时,粒子在屏上侧向偏移的距离最大最大粒子在屏上侧向偏移的距离最大

16、最大 2 d y tan) 2 (b l y 总 l d tan l bld y 2 )2( 总 则粒子可能到达屏上区域的长度为则粒子可能到达屏上区域的长度为 知识归纳知识归纳 从中央垂直于电场方向射入的带电粒子（沿从中央垂直于电场方向射入的带电粒子（沿x x轴）在射出电轴）在射出电 场时速度的反向延长线交场时速度的反向延长线交x x轴上一点，该点与射入点间的距轴上一点，该点与射入点间的距 离为带电粒子在离为带电粒子在x x轴方向上位移的一半。轴方向上位移的一半。 2 00 tan mdv qul v v y 速度偏向角速度偏向角 位移偏向角位移偏向角 2 0 2 tan mdv qul x y 即：速度偏向角的正切值是位移偏向角正切即：速度偏向角的正切值是位移偏向角正切 值的两倍值的两倍 方法总结方法总结 1.1.运动学观点：应用运动合成与分解知识，运动学观点：应用运动合成与分解知识， 解决匀速直线运动或匀变速直线运动解决匀速直线运动或匀变速直线运动 2.2.功能观点：应用动能定理、能量守恒功能观点：应用动能定理、能量守恒 定律等定律等 变式训练变式训练2 2 如图所示，质子（如图所示，质子（ ）和）和 粒子（粒子（ ），），