【学海导航】高中物理第2轮复习 专题3 第1讲 带电粒子在电场中的运动课件

专题三带电粒子在电、

磁场中的运动

第一讲

带电粒子在电场中的运动

一、库仑定律二、电场强度1．大小

2．方向(1)正电荷在电场中的受力方向；负电荷在电场中的受力的反方向．(2)电场线的切线方向．(3)电场中电势降低最快的方向．

3．电势差、电势、电势能的变化、电势能电势高低的判断：顺着电场线方向电势降低．(3)电荷移动时其电势能的变化由电场力做的功量度

=-W=-qU.电势能的变化与电场力做功的关系：电场力做正功电势能减少；电场力做负功电势能增加．

三、带电粒子在电场中的运动

1．带电粒子在电场中的加速：通常用

Ek=qU计算带电粒子获得的动能．

2．带电粒子在匀强电场中的偏转：四、电容器

类型一：电场线与等势面、电场力做功与电势能的变化电场线是对电场强度分布情况的形象描绘，等势面是对电势分布情况的形象描绘，两者的关系是：①电场线与等势面垂直；②电场线由电势高的等势面指向电势低的等势面；③电场线越密处等差等势面也越密．电荷在电场中移动时电势能的变化由电场力做的功来量度，两者的关系是：电场力做正功电势能减少，且减少的电势能等于电场力做的功；电场力做负功，电势能增加，且增加的电势能等于克服电场力做的功．【例1】如图3­1­1所示，虚线a、b、c是电场中的三个等势面，相邻等势面间的电势差相同，实线为一个带正电的质点仅在电场力作用下，通过该区域的运动轨迹，P、Q是轨迹上的两点．下列说法中正确的是(

)A．三个等势面中，等势面a的电势最高B．带电质点一定是从P点向Q点运动C．带电质点通过P点时的加速度比通过Q点时小D．带电质点在P点时的电势能比在Q点的电势能大【解析】根据电场线与等势面垂直的关系画出电场线，根据合力和轨迹的关系，可以判定：质点在各点受的电场力方向斜向下方．由于是正电荷，所以电场线方向也斜向下方．画出电场线后，不难判断出答案只有D是正确的．【答案】D【规律方法总结】本题考查了电场强度、电场线、电势差、电势、等势线等基本概念，以及电场线与等势面的关系、电场力做功与电势能的变化关系．解题的关键：①根据电场线与等势面垂直的关系画出电场线．②根据力沿电场线的切线并指向轨迹的凹侧确定力的方向．③根据速度方向(轨迹的切线方向)与力的方向的夹角确定电场力做功的正负．④根据电场力做功与电势能的变化关系确定电势能的变化情况．⑤根据电场线或等势面的疏密比较电场强度的大小，从而比较加速度的大小．【变式式题题】如图图3­­1­­2所示示，，匀匀强强电电场场中中有有a、b、c三点点．．在在以以它它们们为为顶顶点点的的三三角角形形中中，，B【解析析】如图图，，根根据据匀匀强强电电场场的的电电场场线线与与等等差差等等势势面面是是平平行行等等间间距距排排列列，，且且电电场场线线与与等等势势面面处处处处垂垂直直，，沿沿着着电电场场线线方方向向电电势势均均匀匀降降落落，，取取ab的中中点点O，即即为为三三角角形形的的外外接接圆圆的的圆圆心心，，且且该该点点电电势势为为2V，故故Oc为等等类型型二二：：带带电电粒粒子子在在交交变变电电场场中中的的加加速速和和减减速速运运动动对于于带带电电粒粒子子在在交交变变电电场场中中的的运运动动问问题题，，一一般般采采用用图图解解法法较较好好，，画画出出相相应应的的速速度度—时间间图图象象，，横横轴轴表表示示时时间间，，纵纵轴轴表表示示速速度度，，斜斜率率表表示示加加速速度度，，图图线线与与坐坐标标轴轴所所围围面面积积表表示示位位移移．．【例2】】(2011·北京京)静电电场场方方向向平平行行于于x轴，，其其电电势势φ随x的分分布布可可简简化化为为如如图图3­­1­­3所示示的的折折线线，，图图中中和d为已已知知量量．．一一个个带带负负电电的的粒粒子子在在电电场场中中以以x=0为中中心心，，沿沿x轴方方向向做做周周期期性性运运动动．．已已知知该该粒粒子子质质量量为为m、电电量量为为-q，其动能能与电势势能之和和为-A(0<A<qφ0)，忽略重重力．求求：(1)粒子所受受电场力力的大小小；(2)粒子的运运动区间间；(3)粒子的运运动周期期．图3­1­­3【解析】(1)由图可知知，0与d(或-d)两点间的的电势差差为电场强度度的大小小【变式题】(2011·安徽)如图3­1­­4(a)所示的两两平行正正对的金金属板A、B间加有如如图3­1­­4(b)所示的交交变电压压，一重重力可忽忽略不计计的带正正电粒子子被固定定在两板板的正中中间P处．若在在t0时刻释放放该粒子子，粒子子会时而而向A板运动，，时而向向B板运动，，并最终终打在A板上．则则t0可能属于于的时间间段是()图3­1­­4B【解析】本题可从从特殊时时刻开始始研究粒粒子的运运动情况况．类型三：：带电粒粒子在电电场中的的偏转带电粒子子(不计重力力)垂直于电电场线进进入电场场，做匀匀变速曲曲线运动动(类平抛运运动)．【例3】如图3­1­­5所示，正正方形区区域abcd边长L=8cm，内有平平行于ab方向指向向bc边的匀强强电场，，场强E=3750V/m，一带正正电的粒粒子电荷荷量q=10-10C，质量m=10-20kg，沿电场场中心线线RO飞入电场场，初速速度v0=2×106m/s，粒子飞飞出电场场后经过过界面cd、PS间的无电电场区域域后，进进入固定定在O点的点电电荷Q形成的图3­1­­5电场区域域，一进进入该区区域即开开始做匀匀速圆周周运动(设点电荷荷左侧的的电场分分布以界界面PS为界限，，且不受受PS影响)．已知cd、PS相距s=12cm，粒子穿穿过PS最后垂直直打在放放置于中中心线上上的荧光光屏MN上．不计计粒子重重力(静电力常常数k=9×109N·m2/C2)，试求：：(1)粒子穿过过界面PS时偏离中中心线OR的距离y；(2)粒子穿过过界面PS时的速度度大小与与方向；；(3)O点与PS面的距离离x；(4)点电荷Q的电性及及电荷量量大小．．【解析】(1)粒子在正正方形区区域abcd中运动发发生的侧侧移【变式题】(2011·济南模拟拟)如图3­1­­6所示，甲甲图是用用来使带带正电的的离子加加速和偏偏转的装装置．乙乙为该装装置中加加速与偏偏转电场场的等效效模拟图图．以y轴为界，，左侧为为沿x轴正向的的匀强电电场，场场强为E.右侧为沿沿y轴负方向向的另一一匀强电电场．已已知OA⊥AB，OA=AB，且OB间图3­1­­6的电势差差为U0.若在x轴的C点无初速速地释放放一个电电荷量为为q、质量为为m的正离子子(不计重力力)，结果正正离子刚刚好通过过B点，求：：(1)CO间的距离离d；(2)粒子通过过B点的速度度大小．．图3­1­­6【解析】(1)设正离子子到达O点的速度度为v0(其方向沿沿x轴的正方方向)则正离子子从C点到O点，由动动能定理理得：类型四：：电场与与力学知知识的综综合应用用处理带电电粒子在在匀强电电场和重重力场的的叠加场场中的运运动问题题，可将将叠加场场合成为为等效重重力场，，电场力力与重力力的合力力为等效效重力．．【例4】(2011·石家庄模模拟)相距L=12.5m、质量均均为m的两滑块块A、B，静放在在足够长长的绝缘缘水平面面上，与与水平面面间的动动摩擦因因数均为为μ=0.2，其中A电荷量为为+q，B不带电．．现在水水平面附附近空间间加有场场强、水平向向右的匀匀强电场场，A开始向右右运动，，并与B发生多次次对心碰碰撞，且且碰撞时时间极短短，每次次碰后两两滑块交交换速度度、A带电量保保持不变变、B始终不带带电．g取10m/s2.试求：(1)A、B第一次碰碰后B的速度vB1；(2)A、B从第五次次碰后到到第六次次碰的过过程中B运动的时时间t；(3)B运动的总总路程x.【解析】(1)对A，根据牛牛顿第二二定律【变式题】(2011·海淀一模模)在真空中中水平放放置平行行板电容容器，两两极板间间有一个个带电油油滴，电电容器两两板间距距为d，当平行行板电容容器的电电压为U0时，油滴滴保持静静止状态态，如图图3­1­­7所示．当当给电容容器突然然充电使使其电图3­1­­7【解析】(1)油滴静止止时类型五：：电容器器与传感感器【例5】传感器应应用的一一个基本本思想是是“转换换”的思思想，即即利用传传感器把把难以直直接测量量的力学学量转换换为容易易测量的的电学量量．这种种转换既既使测量量比较方方便，而而且能输输入电子子计算机机，对电电学量所所载的信信息进行行计算和和处理．．如图3­1­8所示为一测速速计原理图，，其基本原理理即是把测量量速度这一力力学量转换成成电流进行测测量．滑动图3­1­8图3­1­8【解析】计算出滑动触触头P移过一微小距距离时电容器上的的电压变化，，可得电容器器上的充放电电电流的表达达式，据此可可求得速度．．先估计流过过电阻丝上的的【答案】0.1m/s；向右【规律方法总结结】分析有关电容容器在静电场场中的应用的的习题的思路路是：①首先确定不不变量，若电电容器充电后后断开电源，，则Q不变；若电容容器始终和直直流电源相连连，则U