高三物理第一轮复习 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 解决带电粒子在电场中运动的基本思路 1 明确研究对象 受力分析 研究对象有两种 1 带电的基本粒子 如电子 质子 正负离子等 一般都不考虑重力 但并不能忽略质量 2 带电微粒 如带电小球 液滴 尘埃等 一般都考虑重力 2 运动轨迹和过程分析 带电粒子运动形式决定于 粒子的受力情况和初速度情况 3 解题的依据 1 力的观点 牛顿运动定律和运动学公式 2 能量的观点 动能定理 能量守恒定律 电场中的研究对象 3 某些带电体是否考虑重力 要根据题目暗示或运动状态来判定 电场中的带电体一般可分为两类 1 带电的基本粒子 如电子 质子 正负离子等 这些粒子所受重力和电场力相比在小得多 除非有说明或明确的暗示以外 一般都不考虑重力 但并不能忽略质量 2 带电微粒 如带电小球 液滴 尘埃等 除非有说明或明确的暗示以外 一般都考虑重力 二 带电体在电场中的运动形式 1 平衡状态 2 变速直线运动 加速或减速 3 匀变速曲线运动 偏转 4 圆周运动 一条长为l的细线上端固定在o点 下端系一个质量为m 电量为 q的小球 将它置于一个很大的匀强电场中 小球在b点平衡 细线与竖直方向的夹角为 求 场强e的最小值和最小时的方向 eq 例1 在真空中的一对平行金属板 两板间的电势差为u 一个质量为m 带电量e的电子 由静止开始运动 计算从负极板运动到正极板时的速度 实验表明 炽热的金属丝可以发射电子 在炽热金属丝和金属板间加以电压u 2500v 从炽热金属丝发射出的电子在真空中被加速后 从金属板的小孔穿出 如图所示 电子穿出后的速度有多大 设电子刚从金属丝射出时的速度为零 如图所示 在p板附近有一电子由静止开始向q板运动 则关于电子在两板间的运动情况 下列叙述正确的是 a 两板间距越大 加速的时间越长b 两板间距离越小 加速度就越大 则电子到达q板时的速度就越大c 电子到达q板时的速度与板间距离无关 仅与加速电压有关d 电子的加速度和末速度都与板间距离无关 p q ac 如图所示 a b为平行金属板 两板相距d 分别与电源两极相连 两板的中央各有一个小孔m n 今有一带电质点 自a板上方相距为d的p点由静止自由下落 p m n在同一竖直线上 空气阻力不计 到达n孔时速度恰好为零 然后沿原路返回 若保持两板板间的电压不变 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 答案 acd 如图所示 a b为平行金属板 两板相距d 分别与电源两极相连 两板的中央各有一个小孔m n 今有一带电质点 自a板上方相距为d的p点由静止自由下落 p m n在同一竖直线上 空气阻力不计 到达n孔时速度恰好为零 然后沿原路返回 若保持两板板间的电压不变 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 从p到n的过程中由动能定理得 mg2d eqd 0 mg2d uq 0 当a板下移 从p到n的过程中 同理 质点到n点时 速度刚好为零 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 所以 仍能返回 p m n a b d d 从p到n的过程中由动能定理得 h vn 0 将穿过n孔继续下落 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 例2 如图所示 a板的电势ua 0 b板的电势ub随时间的变化规律如图所示 则a 若电子是在t 0时刻进入的 它将一直向b板运动b 若电子是在t t 8时刻进入的 它可能时而向b板运动 时而向a板运动 最后打在b板上c 若电子是在t t 4时刻进入的 它可能时而向b板 时而向a板运动d 若电子是在t 3t 8时刻进入的 它可能时而向b板运动 时而向a板运动 最后打在b板上 f eq u0q d f ma a u0q md 若电子是在t 0时刻进入的 周期性运动 t t s u v 0 u0 u0 t 2 2t 3t 2 t t s 0 t 2 2t 3t 2 a m s2 a0 a0 t 0 t 2 2t 3t 2 t s v0 v0 若电子是在t t 8时刻进入的 v m s 周期性 t t s u v 0 u0 u0 t 2 2t 3t 2 t t s 0 t 2 2t 3t 2 a m s2 a0 a0 t 0 t 2 2t 3t 2 t s v0 v0 若电子是在t t 4时刻进入的 v m s 周期性 t t s u v 0 u0 u0 t 2 2t 3t 2 t t s 0 t 2 2t 3t 2 a m s2 a0 a0 t 0 t 2 2t 3t 2 t s v0 v0 若电子是在t 3t 8时刻进入的 v m s 周期性 带电粒子在电场中的直线运动 分析方法 3 图解法 周期性变化的电场 确定研究对象 受力分析 状态分析 画出a t v t图 两个相距为d的平行金属板 有正对着的两小孔a b 如图甲所示 两板间加如图乙所示的交变电场 一质量为m 带电量为 q的带电粒子 在t 0时刻在a孔处无初速释放 试判断带电粒子能否穿过b孔 t 0时刻a板电势高 甲图 u v t s u u 乙图 t t 2 a a v a v 前半周期带电粒子向右匀加速 后半周期向右匀减速 第一个周期末 速度恰为0 一个周期内始终向右运动 以后不断重复第一个周期的运动 直到通过b点 后半周期粒子运动情况 粒子会不会返回 请画出粒子运动的v t图线 a 甲图 u v t s u 乙图 t 2t t s 0 0 v m s u t 2t 丙图 问题 为使带电粒子到达b孔时速度最大 a b间距应满足什么条件 画出速度图线能更清楚了解物体的运动情况 要使带电粒子到达b点时速度最大 必须从a到b一直加速 即在半个周期内到达 解 设带电粒子在半个周期内的位移为s由题意知 只要s d 粒子出电场时速度可达最大 有 问题 从v t图上看 在t 2n 1 t 2时刻粒子速度最大 是否本题有系列解 用w12 qu12计算电场力的功时 要注意w12和u12的对应关系 甲图 t s u 乙图 t 2t t s 0 0 v m s u t 2t 丙图 t 2t u v t s u 乙图 0 u v m s t s 0 丙图 例3 两个相距为d的平行金属板 有正对着的两小孔a b 如图甲所示 两板间加如图乙所示的交变电场 一质量为m 带电量为 q的带电粒子 在t t 4时刻在a孔处无初速释放 试判断带电粒子能否穿过b孔 t 0时刻a板电势高 甲图 答 粒子在t t 4时刻释放 如果在运动的第一个t 2内没有通过b孔 则就不能通过b孔 不论a b间距离多大 问带电粒子何时释放 带电粒子一定能通过b孔 带电粒子在t 4前释放 一定能通过b孔 例4 两个相距为d 1 5m的平行金属板 有正对着的两小孔a b 如图甲所示 两板间加如图乙所示的交变电场 u 1 08 104v 交变电压的周期t 1 0 10 6s t 0时刻a板电势高 一质量为m 带电量为 q的带电粒子 在t t 6时刻在a孔处无初速释放 带电粒子比荷q m 1 0 108c kg 问 粒子运动过程中将与某一极板相碰撞 求从开始运动到粒子与极板碰撞所用时间 t s u u t t 2 t 6 7t 6 t s v m s 0 a b 粒子在t 2时刻 即运动了t 3时间 速度v a t 3 2 4 105m s向右位移s v 2 2t 3 8 10 2m 简解 a qu dm 7 2 1011m s2 粒子在运动的一个周期内向右运动8 10 2m然后再向左运动2 10 2m所以在一个周期内粒子位移向右 为 x 6 10 2m 粒子在t时刻 即运动了5t 6时间 速度v a t 6 1 2 105m s反向位移s v 2 t 3 2 10 2m 粒子在24个周期内运动的位移24 6 10 2m 1 44m 粒子在24个周期内向右运动的最大距离为23 6 10 2m 8 10 2m 1 46m 所以第25个周期内 粒子只要向右运动0 06m就通过b孔 a b t s v 0 t 3 2t 3 对往复运动特别要关注最后一个周期内的运动情况 t总 24t t 3 t 2 443 10 5s t 1 0 10 6s d 1 5m x 6 10 2m 带电粒子在电场中的运动 与力学中的各种运动类似 分析规律同力学 区别在于受力分析时要增加电场力分析 拓展 1 若电子在t 0时刻进入电场