高中物理 第1章 静电场 习题课三 带电体（或带电粒子）在电场中的运动课件 新人教版选修31.ppt

习题课三带电体 或带电粒子 在电场中的运动 课堂探究 达标测评 课堂探究核心导学 要点探究 一 带电体 或带电粒子 在电场中的直线运动1 做好受力分析 根据题设条件判断重力是否可以忽略 2 做好运动分析 要明确带电体的运动过程 运动性质及运动轨迹等 3 应用运动和力的关系 根据牛顿第二定律结合运动学公式求解 例1 如图所示 一带电荷量为 q 质量为m的小物块处于倾角为37 的光滑斜面上 当整个装置置于一水平向右的匀强电场中小物块恰好静止 重力加速度为g 求 1 电场强度的大小 2 若将电场强度减小为原来的1 2 小物块的加速度是多大 3 电场强度变化后 小物块下滑距离l时的动能 思路探究 1 小物块恰好静止时 小物块受力有何特点 可以用哪些方法处理小物块的受力 答案 小物块所受力的合力为零 可以由正交分解或平行四边形定则来处理小物块的受力 2 哪些力做功使小物块的动能发生了变化 答案 小物块的重力和静电力做功改变其动能 3 电场强度变化后物块下滑距离l时 重力做正功 静电力做负功 由动能定理有 mglsin37 qe lcos37 ek 0得出动能ek 0 3mgl 规律方法带电物体在电场中的运动类型和应用规律 1 运动类型 平衡问题 运动问题 a 直线运动 有单向加速直线运动 单向减速直线运动 往复直线运动等 b 曲线运动 类平抛运动 圆周运动 一般曲线运动 2 应用规律 力的平衡条件 即f合 0或fx 0 fy 0 牛顿第二定律f合 ma或fx max fy may 运动学公式 如匀变速直线运动速度公式 位移公式等 平抛运动知识 圆周运动知识等 教师备用 例1 1 多选 如图所示 竖直放置的两个平行金属板间有匀强电场 在两板之间等高处有两个质量相同的带电小球 p小球从紧靠左极板处由静止开始释放 q小球从两板正中央由静止开始释放 两小球最后都能打在右极板上的同一点 则从开始释放到打到右极板的过程中 a 它们的运行时间tp tq 1 1b 它们的动能增加量之比 ekp ekq 4 1c 它们的电势能减少量之比 ep eq 2 1d 它们的电荷量之比qp qq 2 1 ad 2 带电体在合力的方向上分运动为匀变速直线运动 往往要由牛顿第二定律求加速度 还要与运动学公式综合运用解答问题 例2 2016西安市一中期中 如图所示 水平放置的平行板电容器与某一电源相连 它的极板长l 0 4m 两板间距离d 4 10 3m 有一束由相同带电微粒组成的粒子流以相同的速度v0从两板中央平行极板射入 开关s闭合前 两板不带电 由于重力作用微粒能落到下板的正中央 已知微粒质量为m 4 10 5kg 电荷量q 1 10 8c g 10m s2 求 1 微粒入射速度v0为多少 审题指导 答案 1 10m s 2 闭合开关s 为使微粒能从平行板电容器的右边射出电场 所加的电压u应取什么范围 答案 2 120v u 200v 方法总结 1 微粒打在极板上时 沿电场方向的分位移是定值 微粒能飞出电场时垂直于电场方向的分位移为定值 2 刚好沿上极板边缘或下极板边缘射出的情况往往是临界状态 教师备用 例2 1 如图所示 两个板长均为l的平板电极平行正对放置 两极板相距为d 极板之间的电势差为u 板间电场可以认为是匀强电场 一个带电粒子 质量为m 电荷量为 q 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边缘 忽略重力和空气阻力的影响 求 1 该粒子的初速度v0的大小 2 该粒子落到下极板时的末动能ek的大小 3 若使粒子打在下极板的中间位置 粒子射入两极板的初速度应为多少 三 带电体 或带电粒子 在交变电场中的运动1 交变电场作用下粒子所受的静电力发生改变 从而影响粒子的运动性质 由于静电力周期性变化 粒子的运动性质也具有周期性 2 研究带电粒子在交变电场中的运动需要分段研究 特别注意带电粒子进入交变电场的时间及交变电场的周期 例3 一匀强电场的电场强度e随时间t变化的图像如图所示 在该匀强电场中 有一个带电粒子于t 0时刻由静止释放 若带电粒子只受静电力作用 则下列说法中正确的是 a 带电粒子只向一个方向运动b 0 2s内 静电力所做的功等于零c 4s末带电粒子回到原出发点d 2 5 4s内 速度的改变等于零 d 思路探究 1 电场强度随时间变化 那么带电粒子的加速度是如何变化的 2 粒子的运动方向是否改变 是由哪个物理量的特点来判断的 粒子是否回到原点 又是由哪个物理量的特点来判断的 答案 当速度为正值时 粒子的运动方向为正方向 当速度为负值时 粒子的运动方向为负方向 当位移为零时 粒子回到原出发点 2 解决交变电场问题 首先是确定加速度变化规律 然后是确定速度变化规律 画出v t图像有利于理解和突破难点 3 在交变电场中运动的粒子正 负方向的加速度保持的时间不一样 v t图像也是不一样的 由v t图像可以得出不同时间内的位移 教师备用 例3 1 2016成都七中期中 两块水平平行放置的导体板如图 甲 所示 大量电子 质量为m 电荷量为e 由静止开始经电压为u0的电场加速后 连续不断地沿平行板的方向从两板正中间射入两板之间 当两板均不带电时 这些电子通过两板之间的时间为3t0 当在两板间加如图 乙 所示的周期为2t0 恒为u0的周期性电压时 恰好能使所有电子均从两板间通过 不计电子重力 求 1 画出电子在t 0时和t t0时进入电场后沿静电力方向的速度vy随时间t变化的vy t图像 解析 1 以静电力的方向为y轴正方向 画出电子在t 0时和t t0时进入电场后沿静电力方向的速度vy随时间t变化的vy t图像分别如图 a 和图 b 所示 设两平行板之间的距离为d 答案 1 vy t图像见解析 2 这些电子通过两板之间后 侧向位移 垂直于入射速度方向上的位移 的最大值和最小值分别是多少 四 带电体 或带电粒子 的圆周运动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 例4 2016汕头市金山中学月考 在水平方向的匀强电场中 一不可伸长的长为l的不导电细丝一端连着一个质量为m 电荷量为 q的带电小球 另一端固定在o点 将小球拉起直至细线与场强方向平行 然后无初速度释放 则小球沿圆弧做往复运动 已知小球摆到最低点的另一侧与竖直方向成的最大角度为 求 1 匀强电场的方向和大小 2 小球经过最低点时细线对小球的拉力大小 思路探究 1 若电场方向水平向左 带电小球会沿圆弧做往复运动吗 为什么 答案 不会 电场方向水平向左时 静电力水平向左 静电力与重力的合力方向为左下方 带电小球将向左下方做匀加速直线运动 不会沿圆弧运动 2 在带电小球沿圆弧运动过程中 运用动力学规律还是运用功能关系解答问题较为合适 为什么 答案 只能选用功能关系 因为带电小球所受的合力不断变化 加速度不断变化 无法使用运动学公式 只能运用功能关系求解 方法总结圆周运动物理规律的运用 1 带电体做圆周运动时 一般运用动能定理将不同力的功联系起来 或运用动能定理求出不同位置的速度大小 2 在圆周运动中的任何位置 都可由牛顿第二定律将受力与向心加速度联系起来 但要注意只有指向圆心的力才产生向心加速度 教师备用 例4 1 如图所示 竖直平面内的光滑绝缘轨道由斜面部分ac和圆弧部分cb平滑连接 且圆弧轨道半径r 0 2m 整个轨道处于竖直向下的匀强电场中 一个带正电的小球从斜轨道上高度h 0 8m的a点由静止释放 沿轨道滑下 已知小球的质量m 0 2kg 电荷量q 1 10 5c 小球到达轨道最低点c时速度为8m s g取10m s2 求 1 匀强电场的场强大小 答案 1 6 105n c 2 小球到达圆弧轨道最低点c时对轨道的压力 答案 2 72n竖直向下 达标测评随堂演练 检测效果 1 多选 如图所示 有一质量为m 带电荷量为q的油滴被置于竖直放置的两平行金属板间的匀强电场中 设油滴是从两板中间位置并以初速度为零进入电场的 可以判定 a 油滴在电场中做抛物线运动b 油滴在电场中做匀加速直线运动c 油滴打在极板上的运动时间只取决于电场强度和两板间距离d 油滴打在极板上的运动时间不仅取决于电场强度和两板间距离 还取决于油滴的比荷 bd 2 如图所示 一带负电的液滴从坐标原点o以速率v0射入水平的匀强电场中 v0的方向与电场方向成 角 已知液滴质量为m 测得它在电场中运动到最高点p时的速率恰为v0 设p点的坐标为 xp yp 则应有 a xp0c xp 0d 条件不足无法确定 a 3 在平行板电容器a b两板上加上如图所示的交变电压 开始b板的电势比a板高 这时两板中间原来静止的电子在静电力作用下开始运动 设电子在运动中不与极板发生碰撞 则下述说法正确的是 不计电子重力 a 电子一直向a板运动b 电子一直向b板运动c 电子先向a板运动 然后向b板运动 再返回a板做周期性来回运动d 电子先向b板运动 然后向a板运动 再返回b板做周期性来回运动 b 解析 电子先向b板做匀加速运动 然后向b板做匀减速运动 以后一直重复这两种运动 所以选项b正确 4 如图所示 在