高考物理一轮复习 专题6.5 带电粒子在电场中的运动教学案 新人教版.doc

2016高考物理一轮复习 专题6.5 带电粒子在电场中的运动教学案 新人教版【2015考纲解读】1.能运用运动的合成与分解解决带电粒子的偏转问题.2.用动力学方法解决带电粒子在电场中的直线运动问题【重点知识梳理】1带电粒子在电场中加速若不计粒子的重力，则电场力对带电粒子做的功等于带电粒子动能的增加量(1)在匀强电场中：wqedqumv2mv或fqeqma.(2)在非匀强电场中：wqumv2mv.2带电粒子在电场中的偏转(1)条件分析：带电粒子垂直于电场线方向进入匀强电场(2)运动性质：匀变速曲线运动(3)处理方法：分解成相互垂直的两个方向上的直线运动，类似于平抛运动(4)运动规律：沿初速度方向做匀速直线运动，运动时间沿电场力方向，做匀加速直线运动【特别提醒】带电粒子在电场中的重力问题(1)基本粒子：如电子、质子、粒子、离子等除有说明或有明确的暗示以外，一般都不考虑重力(但并不忽略质量)(2)带电颗粒：如液滴、油滴、尘埃、小球等，除有说明或有明确的暗示以外，一般都不能忽略重力【高频考点】考点1带电粒子(或物体)在电场中的直线运动例1、如图5所示，质量m2.0104 kg、电荷量q1.0106 c的带正电微粒静止在空间范围足够大的电场强度为e的匀强电场中取g10 m/s2.图5(1)求匀强电场的电场强度e的大小和方向；(2)在t0时刻，电场强度大小突然变为e04.0103 n/c，方向不变求在t0.20 s时间内电场力做的功；(3)在t0.20 s时刻突然撤掉电场，求带电微粒回到出发点时的动能 (3)设在t0.20 s时刻突然撤掉电场时微粒的速度大小为v，回到出发点时的动能为ek，则vat由动能定理得mghekmv2解得：ek8.0104 j答案(1)2.0103 n/c方向向上(2)8.0104 j(3)8.0104 j【变式探究】电荷量为q1104 c的带正电的小物块置于绝缘粗糙水平面上，所在空间存在沿水平方向始终不变的电场，电场强度e的大小与时间t的关系和物块的速度v与时间t的关系分别如图6甲、乙所示，若重力加速度g取10 m/s2，根据图象所提供的信息，下列说法正确的是()甲乙图6a物块在4 s内的总位移x6 mb物块的质量m0.5 kgc物块与水平面间的动摩擦因数0.2d物块在4 s内电势能减少14 j考点2带电粒子在电场中的偏转1带电粒子在匀强电场中偏转时的两个结论(1)不同的带电粒子从静止开始经过同一电场加速后再从同一偏转电场射出时，偏移量和偏转角总是相同的证明：由qu0mvyat2()2tan 得：y，tan (2)粒子经电场偏转后，合速度的反向延长线与初速度延长线的交点o为粒子水平位移的中点，即o到偏转电场边缘的距离为.2带电粒子在匀强电场中偏转的功能关系当讨论带电粒子的末速度v时也可以从能量的角度进行求解：quymv2mv，其中uyy，指初、末位置间的电势差例2、如图7所示，两平行金属板a、b长为l8 cm，两板间距离d8 cm，a板比b板电势高300 v，一带正电的粒子电荷量为q1.01010 c，质量为m1.01020 kg，沿电场中心线ro垂直电场线飞入电场，初速度v02.0106 m/s，粒子飞出电场后经过界面mn、ps间的无电场区域，然后进入固定在o点的点电荷q形成的电场区域(设界面ps右侧点电荷的电场分布不受界面的影响)已知两界面mn、ps相距为12 cm，d是中心线ro与界面ps的交点，o点在中心线上，距离界面ps为9 cm，粒子穿过界面ps做匀速圆周运动，最后垂直打在放置于中心线上的荧光屏bc上(静电力常量k9.0109 nm2/c2，粒子的重力不计)图7(1)求粒子穿过界面mn时偏离中心线ro的距离多远？到达ps界面时离d点多远？(2)在图上粗略画出粒子的运动轨迹(3)确定点电荷q的电性并求其电荷量的大小解析(1)粒子穿过界面mn时偏离中心线ro的距离(侧向位移)：yat2alv0t则yat2()20.03 m3 cm粒子在离开电场后将做匀速直线运动，其轨迹与ps交于h，设h到中心线的距离为y，则有，解得y4y12 cm【方法突破】带电粒子在电场中运动问题的两种求解思路1运动学与动力学观点(1)运动学观点是指用匀变速运动的公式来解决实际问题，一般有两种情况：带电粒子初速度方向与电场线共线，则粒子做匀变速直线运动；带电粒子的初速度方向垂直电场线，则粒子做匀变速曲线运动(类平抛运动)(2)当带电粒子在电场中做匀变速曲线运动时，一般要采取类似平抛运动的解决方法2功能观点：首先对带电粒子受力分析，再分析运动形式，然后根据具体情况选用公式计算(1)若选用动能定理，则要分清有多少个力做功，是恒力做功还是变力做功，同时要明确初、末状态及运动过程中的动能的增量(2)若选用能量守恒定律，则要分清带电粒子在运动中共有多少种能量参与转化，哪些能量是增加的，哪些能量是减少的【变式探究】如图8所示，在两条平行的虚线内存在着宽度为l、电场强度为e的匀强电场，在与右侧虚线相距也为l处有一与电场平行的屏现有一电荷量为q、质量为m的带电粒子(重力不计)，以垂直于电场线方向的初速度v0射入电场中，v0方向的延长线与屏的交点为o.试求：图8(1)粒子从射入电场到打到屏上所用的时间；(2)粒子刚射出电场时的速度方向与初速度方向间夹角的正切值tan ；(3)粒子打在屏上的点p到o点的距离x.【高考真题例析】1.（2014山东卷）如图所示，场强大小为e、方向竖直向下的匀强电场中有一矩形区域abcd，水平边ab长为s，竖直边ad长为h.质量均为m、带电荷量分别为q和q的两粒子，由a、c两点先后沿ab和cd方向以速率v0进入矩形区(两粒子不同时出现在电场中)不计重力若两粒子轨迹恰好相切，则v0等于()a. b.c. d.2（2014浙江卷）离子推进器是太空飞行器常用的动力系统某种推进器设计的简化原理如图1所示，截面半径为r的圆柱腔分为两个工作区为电离区，将氙气电离获得1价正离子；为加速区，长度为l，两端加有电压，形成轴向的匀强电场区产生的正离子以接近0的初速度进入区，被加速后以速度vm从右侧喷出区内有轴向的匀强磁场，磁感应强度大小为b，在离轴线处的c点持续射出一定速率范围的电子假设射出的电子仅在垂直于轴线的截面上运动，截面如图2所示(从左向右看)电子的初速度方向与中心o点和c点的连线成角(090)推进器工作时，向区注入稀薄的氙气电子使氙气电离的最小速率为v0，电子在区内不与器壁相碰且能到达的区域越大，电离效果越好已知离子质量为m；电子质量为m，电量为e.(电子碰到器壁即被吸收，不考虑电子间的碰撞)第25题图1(1)求区的加速电压及离子的加速度大小；(2)为取得好的电离效果，请判断区中的磁场方向(按图2说明是“垂直纸面向里”或“垂直纸面向外”)；第25题图2(3)为90时，要取得好的电离效果，求射出的电子速率v的范围；(4)要取得好的电离效果，求射出的电子最大速率vmax与角的关系1(2013新课标16)一水平放置的平行板电容器的两极板间距为d，极板分别与电池两极相连，上极板中心有一小孔(小孔对电场的影响可忽略不计)小孔正上方处的p点有一带电粒子，该粒子从静止开始下落，经过小孔进入电容器，并在下极板处(未与极板接触)返回若将下极板向上平移，则从p点开始下落的相同粒子将()a打到下极板上 b在下极板处返回c在距上极板处返回 d在距上极板d处返回答案d解析粒子两次落到小孔的速度相同，设为v，下极板向上平移后由e知场强变大，故粒子第二次在电场中减速运动的加速度变大，由v22ax得第二次减速到零的位移变小，即粒子在下极板之上某位置返回，设粒子在距上极板h处返回，对粒子两次运动过程应用动能定理得mg(d)qu0，mg(h)qh0.两方程联立得hd，选项d正确2(2012课标全国18)如图10，平行板电容器的两个极板与水平地面成一角度，两极板与一直流电源相连若一带电粒子恰能沿图中所示水平直线通过电容器，则在此过程中，该粒子 ()图10a所受重力与电场力平衡 b电势能逐渐增加c动能逐渐增加 d做匀变速直线运动3(2013新课标24)如图11，匀强电场中有