高中物理人教必修三微型专题03 带电粒子在电场中的运动（四种题型）（课件）(共33张)

1、新人教版 必修三第十章 静电场中的能量微型专题3 带电粒子在电场中的运动 （四种题型） -2-带电粒子在电场中的运动1.加速问题(1)在匀强电场中:W=qEd=qU= 。(2)在非匀强电场中:W=qU= 。2.偏转问题(1)条件分析:不计重力的带电粒子以速度v0垂直于电场线方向飞入匀强电场。(2)运动性质: 匀变速曲线运动。(3)处理方法:利用运动的合成与分解。沿初速度方向:做 匀速运动。沿电场方向:做初速度为零的 匀加速运动。-3-注意：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.电场中的带电粒子一般可分为两类：1.带电的基本粒子：如电子，质子，粒子，正负离子等。这些粒子所受重力

2、和电场力相比小得多，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。带电粒子在匀强电场中运动状态：匀变速直线运动加速、减速匀变速曲线运动偏转平衡（F合=0）匀变速运动（F合0）静止匀速直线运动命题点一带电粒子在电场中的直线运动1.做直线运动的条件(1)粒子所受合外力F合0，粒子或静止，或做匀速直线运动.(2)粒子所受合外力F合0，且与初速度方向在同一条直线上，带电粒子将做匀加速直线运动或匀减速直线运动.2.用动力学观点分析3.用功能观点分析非匀强电场中：WqUEk2Ek1-7-例1.如图所示,

3、一充电后的平行板电容器的两极板相距l。在正极板附近有一质量为m0、电荷量为q(q0)的粒子;在负极板附近有另一质量为m、电荷量为-q的粒子。在电场力的作用下,两粒子同时从静止开始运动。已知两粒子同时经过一平行于正极板且与其相距 l的平面。若两粒子间相互作用力可忽略,不计重力,则m0m为()A.32 B.21C.52D.31思维点拨 1.带电体是否考虑重力的判断(1)微观粒子(如电子、质子、离子等),一般都不计重力。(2)带电微粒(如油滴、液滴、尘埃、小球等),一般要考虑重力。(3)原则上,所有未明确交代的带电体,都应根据题中运动状态和过程,反推是否考虑重力(即隐含条件)。2.带电体在匀强电场中

4、的直线运动问题的分析方法 变式1.如图所示,板长l=4 cm的平行板电容器,板间距离d=3 cm,板与水平线夹角=37,两板所加电压为U=100 V。有一带负电液滴,电荷量为q=310-10 C,以v0=1 m/s的水平速度自A板边缘水平进入电场,在电场中仍沿水平方向并恰好从B板边缘水平飞出(g取10 m/s2,sin 37=0.6,cos 37=0.8)。求:(1)液滴的质量;(2)液滴飞出时的速度。解析:(1)根据题意画出带电液滴的受力图如图所示,可得qEcos =mg代入数据得m=810-8 kg。(2)因液滴沿水平方向运动,所以重力做功为零。对液滴由动能定理得命题点二带电粒子在交变电场

5、中的运动1.常见的交变电场常见的产生交变电场的电压波形有方形波、锯齿波、正弦波等.2.常见的题目类型(1)粒子做单向直线运动(一般用牛顿运动定律求解).(2)粒子做往返运动(一般分段研究).(3)粒子做偏转运动(一般根据交变电场特点分段研究).3.思维方法(1)注重全面分析(分析受力特点和运动规律)：抓住粒子的运动具有周期性和在空间上具有对称性的特征，求解粒子运动过程中的速度、位移、做功或确定与物理过程相关的边界条件.(2)从两条思路出发：一是力和运动的关系，根据牛顿第二定律及运动学规律分析；二是功能关系.(3)注意对称性和周期性变化关系的应用.例2.如图(a)所示，两平行正对的金属板A、B间

6、加有如图(b)所示的交变电压，一重力可忽略不计的带正电粒子被固定在两板的正中间P处.若在t0时刻释放该粒子，粒子会时而向A板运动，时而向B板运动，并最终打在A板上.则t0可能属于的时间段是变式2.(多选)(2015山东理综20)如图甲所示，两水平金属板间距为d，板间电场强度的变化规律如图乙所示.t0时刻，质量为m的带电微粒以初速度v0沿中线射入两板间，0 时间内微粒匀速运动，T时刻微粒恰好经金属板边缘飞出.微粒运动过程中未与金属板接触.重力加速度的大小为g.关于微粒在0T时间内运动的描述，正确的是A.末速度大小为B.末速度沿水平方向C.重力势能减少了 mgdD.克服电场力做功为mgd命题点三带

7、电粒子在电场中的偏转 例3.如图所示，电子由静止开始经加速电场加速后，沿平行于板面的方向射入偏转电场，并从另一侧射出.已知电子质量为m，电荷量为e，加速电场电压为U0，偏转电场可看做匀强电场，极板间电压为U，极板长度为L，板间距为d. (1)忽略电子所受重力，求电子射入偏转电场时的初速度v0和从电场射出时沿垂直板面方向的偏转距离y；(2)分析物理量的数量级，是解决物理问题的常用方法.在解决(1)问时忽略了电子所受重力，请利用下列数据分析说明其原因.已知U2.0102 V，d4.0102 m，m9.11031 kg，e1.61019 C，g10 m/s2.解析(2)只考虑电子所受重力和电场力的数

8、量级，有重力Gmg1029 N电场力F 1015 N由于FG，因此不需要考虑电子所受的重力.变式3.空间存在一方向竖直向下的匀强电场，O、P是电场中的两点.从O点沿水平方向以不同速度先后发射两个质量均为m的小球A、B.A不带电，B的电荷量为q(q0).A从O点发射时的速度大小为v0，到达P点所用时间为 ；B从O点到达P点所用时间为.重力加速度为g，求：(1)电场强度的大小；(2)B运动到P点时的动能解析(1)设电场强度的大小为E，小球B运动的加速度为a.根据牛顿第二定律、运动学公式和题给条件，有mgqEma解析(2)设B从O点发射时的速度为v1，到达P点时的动能为Ek，O、P两点的高度差为h，

9、根据动能定理有联立式得Ek2m(v02g2t2).命题点四 带电粒子在电场(复合场)中的圆周运动1.等效重力法将重力与电场力进行合成，如图4所示，则F合为等效重力场中的“重力”，g 为等效重力场中的“等效重力加速度”，F合的方向等效为“重力”的方向，即在等效重力场中的竖直向下方向.2.物理最高点与几何最高点在“等效力场”中做圆周运动的小球，经常遇到小球在竖直平面内做圆周运动的临界速度问题.小球能维持圆周运动的条件是能过最高点，而这里的最高点不一定是几何最高点，而应是物理最高点.几何最高点是图形中所画圆的最上端，是符合人眼视觉习惯的最高点.而物理最高点是物体在圆周运动过程中速度最小(称为临界速度

10、)的点.例4.如图所示，半径为r的绝缘光滑圆环固定在竖直平面内，环上套有一质量为m、带电荷量为q的珠子，现在圆环平面内加一个匀强电场，使珠子由最高点A从静止开始释放(AC、BD为圆环的两条互相垂直的直径)，要使珠子沿圆弧经过B、C刚好能运动到D.(重力加速度为g)(1)求所加电场的场强最小值及所对应的场强的方向；(2)当所加电场的场强为最小值时，求珠子由A到达D的过程中速度最大时对环的作用力大小；(3)在(1)问电场中，要使珠子能完成完整的圆周运动，在A点至少应使它具有多大的初动能？解析（1）根据题述，珠子运动到BC弧中点M时速度最大，作过M点的直径MN，设电场力与重力的合力为F，则其方向沿N

11、M方向，分析珠子在M点的受力情况，由图可知，当F电垂直于F时，F电最小，最小值为：把电场力与重力的合力看做是“等效重力”，对珠子由A运动到M的过程，由动能定理得由牛顿第三定律知，珠子对环的作用力大小为解析由题意可知，N点为等效最高点，只要珠子能到达N点，就能做完整的圆周运动，珠子在N点速度为0时，所需初动能最小，此过程中，由动能定理得：F(r )0EkA变式4.如图所示的装置是在竖直平面内放置的光滑绝缘轨道，处于水平向右的匀强电场中，带负电荷的小球从高为h的A处由静止开始下滑，沿轨道ABC运动并进入圆环内做圆周运动.已知小球所受电场力是其重力的 圆环半径为R，斜面倾角为60，sBC2R.若使小球在圆环内能做完整的圆周运动，h至少为多少？(si