高中物理带电粒子在匀强电场中的运动优秀课件

运动对象：电子，质子，α粒子，离子等除题目有说明或有明确暗示外，一般不考虑重力。液滴，油滴，尘埃，小球等除题目有说明或有明确暗示外，一般要考虑重力。带点粒子在电场中的运动运动形式：平衡直线曲线二力平衡三力平衡多力平衡合成法分解法拉密定理正交分解加速减速多过程动能定理牛顿运动定律类平抛〔电偏转〕特殊运动圆周运动〔等效重力〕加速直线运动：例题：将质量为m，电量为+q的带电粒子〔不计重力〕放入相距为d的平行带等量异种电荷金属板一侧，两板间电压为U,那么粒子离开电场时速度多大？vt-+U-++解由动能定理：解由牛二定理：由运动公式：假设题目不给U，而直接给出场强E呢？匀强电场，因为是恒力，所以可用动能定理也可用牛顿定律；假设是非匀强电场，因为是变力，所以通常只能用动能定理。假设粒子以初速度v0进入，那么粒子离开电场时的速度是多大？练习题:如图，P和Q为两平行金属板，板间电压为U，在P板附近有一电子由静止开始向Q板运动．关于电子到达Q板时的速率，以下说法正确的选项是〔〕A．两板间距离越大，加速时间越长，获得的速率就越大B．两板间距离越小，加速度越大，获得的速率就越大C．与两板间距离无关，仅与加速电压U有关D．以上说法都不正确CABC100V300V++--D1.电子能否到达D板吗？例题：初速为零的电子从A孔出发,电子质量m电量-e,AB=BC=CD=d,试问:-eFE减速直线运动：加速v匀速vE’-e减速F’解：A-B由动能定理假设电子减速到0时位于N点C-N由动能定理N2.电子速度减为0时，距C孔的距离为多少？3.将极板CD间距减小为d/3，电子能否穿过D孔吗？4.要想让电子刚好穿过D孔，该如何设计？例题：图1中两金属极板加上图2中所示的电压，一质量m，电量+q的带电粒子(不计重力〕在t=0时刻开始由静止从A极板释放，粒子能到达B板吗？tUABT0UT/2-U图2图1AB0-T/2:E＋F运动：向右匀加速T/2－T:E’＋F’运动：向右匀减速对称性：时间对称位移对称速度对称之后周期重复，所以粒子能到达另一端。vtoT/2T3/2T2T方波形电压:

多过程直线运动：例题：图1中两金属极板加上图2中所示的电压，一质量m，电量+q的带电粒子(不计重力〕在t=0时刻开始由静止从A极板释放，粒子能到达B板吗？tUABT0UT/2-U图2图1AB方波形电压:

多过程直线运动：②判断粒子到达B板的速度？假设要为vmax要满足什么条件？假设要是0要满足什么条件？还有哪些可能？vtoT/2T3/2T2T板间距为单个加速位移的奇数倍。板间距为单个加速位移的偶数倍。〔除0外〕思考：这种情况呢？tUABT0UT/2-U图2T/4T3/4①粒子能不能到达B板？②如果粒子能到达B板，如何求到达速度？如果能要满足什么条件？如果不能要满足什么条件？假设要为vmax要满足什么条件？假设要是0要满足什么条件？图1AB拓展：电场力与重力共同作用下的直线运动：如下图，空间有一水平匀强电场，在竖直平面内有初速度v0的带电微粒，沿图中虚线由A运动到B，其能量变化情况是()A、动能减少，重力势能增加，电势能减少；B、动能减少，重力势能增加，电势能增加；C、动能不变，重力势能增加，电势能减少；D、动能增加，重力势能增加，电势能减少。课堂练习：一匀强电场，场强方向是水平的.一个质量为m的带正电的小球，从0点出发，初速度的大小为v0，在电场力与重力作用下，恰能沿与场强的反方向成θ角的直线运动，求小球运动最高时其电势能与在0点的电势能之差。A设运动最高点位置为A如下图，A、B为平行金属板，两板相距为d，分别与电源两极相连，两板的中央各有孔M和N。今有一带电质点，从处在A板上方相距为h的P点静止自由下落〔P、M、N在同一条直线上〕，空气阻力忽略不计，到达N孔时速度恰好为零，然后沿原路返回，假设保持两极板间的电压不变，那么〔〕A、把A板向上平移段距离，质点自P点自由下落后仍能返回；动能定理：P到NB、把A板向下平移段距离，质点自P点自由下落后将穿过N孔继续下落C、把B板向上平移段距离，质点自P点下落后仍能返回；D、把B板向下平移段距离，质点自P点自由下落后将穿过N孔继续下落。如下图，在粗糙的斜面上固定一点电荷Q，在M点无初速度地释放带有恒定电荷的小物块，小物块在Q的电场中沿斜面运动到N点静止，那么从M到N的过程中()A．小物块所受的电场力减小B．小物块的电势能可能增加C．小物块电势能变化量的大小一定小于克服摩擦力做的功D．M点的电势一定高于N点的电势课堂练习：如下图，绝缘水平面上固定一正点电荷Q，另一电荷量为－q、质量为m的滑块(可看作点电荷)从a点以初速度v0沿水平面向Q运动，到达b点时速度为零．a、b间距离为x，滑块与水平面间的动摩擦因数为μ，重力加速度为g.以下判断正确的选项是()A.滑动过程中所受到的库仑力有可能大于滑动过程中受到的摩擦力D.ab之间的电势差为B.滑块移动到中间时刻时的速度比v0/2大。C.小物块电势能变化量的大小一定小于克服摩擦力做的功如下图，在粗糙的斜面上固定一点电荷Q，在M点无初速度地释放带有恒定电荷的小物块，小物块在Q的电场中沿斜面运动到N点静止，那么从M到N的过程中()A．小物块所受的电场力减小B．小物块的电势能可能增加C．小物块电势能变化量的大小一定小于克服摩擦力做的功D．M点的电势一定高于N点的电势比照上节课的同类题：回忆平抛运动的解法v0βαv0vyvtsxh水平方向匀速直线运动S=v0t①运动特征：竖直方向自由落体运动②各运动参量间存在的等量关系：

vy=gt

射程中点tanβ=2tanα③处理方法：运动合成分解结合牛顿运动定律

动能定理

机械能守恒如下图的匀强电场中，一质量为m〔不计重力〕，带电量为+q的粒子以V0的初速度水平射入电场，两板间电压为U，间距为d，极板长度为L.+-v0+EEq类比平抛运动，推导粒子轨迹βαv0vyvtsxy射程中点抛物线①运动特征：②各运动参量间存在的等量关系：③处理方法：沿初速度方向匀速直线运动垂直初速度方向匀加速直线运动S=v0t

vy=at

tanβ=2tanαEq=maU=Edv0+偏转量运动合成分解结合牛顿运动定律动能定理速度偏转角θ学好电偏差要跨过的4个管卡1.运动分解在沿初速度方向和垂直于初速度方向。2.加速度不再是重力加速度g。3.个别特定物理量的专用符号发生了改变。4.不能使用机械能守恒定律。如下图的匀强电场中，一质量为m〔不计重力〕，带电量为+q的粒子以V0的初速度水平射入电场，两板间电压为U，间距为d，极板长度为L.+-v0+EEqβαv0vyvtsxy射程中点抛物线课堂练习利用题干所给数据，求：1.粒子的飞行时间〔偏转时间〕L=vot如下图的匀强电场中，一质量为m〔不计重力〕，带电量为+q的粒子以V0的初速度水平射入电场，两板间电压为U，间距为d，极板长度为L.+-v0+EEqβαv0vyvtsxy射程中点抛物线课堂练习利用题干所给数据，求：1.粒子的飞行时间〔偏转时间〕2.粒子的偏转量L=vot时间：解：对粒子加速度：偏转量：Eq=maU=Ed

如下图的匀强电场中，一质量为m〔不计重力〕，带电量为+q的粒子以V0的初速度水平射入电场，两板间电压为U，间距为d，极板长度为L.+-v0+EEqβαv0vyvtsxy射程中点抛物线课堂练习利用题干所给数据，求：1.粒子的飞行时间〔偏转时间〕2.粒子的偏转量3.粒子飞出电场时的速度L=vot时间：解：对粒子分速度：偏转角：vy=at加速度：Eq=maU=Ed合速度：

L=vot时间：解：对粒子加速度：偏转量：Eq=maU=Ed

由动能定理：

如下图的匀强电场中，一质量为m〔不计重力〕，带电量为+q的粒子以V0的初速度水平射入电场，两板间电压为U，间距为d，极板长度为L.+-v0+EEqβαv0vyvtsxy射程中点抛物线课堂练习利用题干所给数据，求：1.粒子的飞行时间〔偏转时间〕2.粒子的偏转量3.粒子飞出电场时的速度4.粒子的位移L=vot时间：解：对粒子加速度：偏转量：Eq=maU=Ed

合位移：

方向：

+-v0+EEqβv0vyvt射程中点h拓展：显示屏离板距离为h，假设粒子能飞出极板并最后打在荧光屏上，问着落点A离入射点所正对屏上点B的距离HHβ如下图的匀强电场中，一质量为m〔不计重力〕，带电量为+q的粒子以V0的初速度水平射入电场，两板间电压为U，间距为d，极板长度为L.BA课堂练习1：如下图：一带电粒子质量m，电量q以V0的初速度在距下板h处水平射入电场，两板间距为d，极板长度为L.1)要让粒子能穿过极板,板间电压U应有何限制?dLv0h“能穿过〞是对什么物理量有什么要求？yL=vot时间：解：对粒子加速度：偏转量：Eq=maU=Ed

2)要让粒子打至极板中央,板间电压U应为多大?课堂练习1：如下图：一带电粒子质量m，电量q以V0的初速度在距下板h处水平射入电场，两板间距为d，极板长度为L.dLv0h

时间：解：对粒子加速度：偏转量：Eq=maU=Ed

课堂练习2：一质量为m，电荷量绝对值为e的电子，从A点以速度v0垂直于电场方向射入电场强度为E的匀强电场中，从B点射出电场时的速度方向与电场线成1200角，电子重力不计。〔1〕求A、B两点间的电势差大小U〔2〕求电子从A运动到B的时间t.ABEv012001．有一带电粒子贴着A板沿水平方向射入匀强电场，当偏转电压为U1时，带电粒子沿①轨迹从两板正中间飞出；当偏转电压为U2时，带电粒子沿②轨迹落到B板中间；设粒子两次射入电场的水平速度相同，那么两次偏转电压之比为()A．U1∶U2＝1∶8B．U1∶U2＝1∶4C．U1∶U2＝1∶2D．U1∶U2＝1∶1A2.如下图，带正电的粒子以一定的初速度v0沿两板的中线进入水平放置的平行金属板内，恰好沿下板的边缘飞出．板长为L，板间距离为d，板间电压为U，带电粒子的电荷量为q，粒子通过平行金属板的时间为t(不计粒子的重力)，那么前t/2时间内，电场力做的功是多少？y13、如下图，两块长3cm的平行金属板AB相距1cm，并与300V直流电源的两极相连接，φA>φB.如果在两板正中间有一电子(m＝9×10－31kg，e＝－1.6×10－19C)，沿着垂直于电场线方向以2×107m/s的速度飞入，那么：(1)电子能否飞离平行金属板？(2)如果由A到B分布宽1cm的电子带通过此电场，能飞离电场的电子数占总数的百分之几？方案①：假设射程都为L，比照偏转量yy时间：偏转量：加速度：那么：不能百分之40EEq方案②：假设偏转量都相同，比照射程s4．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，微粒质量为m＝4×10－5kg，电量q＝+1×10－8C．(g＝10m/s2)求：(1)微粒入射速度v0为多少？〔1〕解：由平抛运动水平：竖直：解得：4．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，微粒质量为m＝4×10－5kg，电量q＝+1×10－8C．(g＝10m/s2)求：(1)微粒入射速度v0为多少？(2)为使微粒能从平行板电容器的右边射出电场，电容器的上板应与电源的正极还是负极相连？所加的电压U应取什么范围？上板该与电源负极相连mgEq时间：偏转量：加速度：那么：这个电压是个临界，那要让它飞出来，电压应该比这个值大还是小？取一个临界轨迹如果电压大的太多会发生什么？时间：偏转量：加速度：那么：120V≤U≤200V5．如下图，水平放置的平行板电容器，上板带负电，下板带正电，带电小球以速度v0水平射入电场，且沿下板边缘飞出．假设下板不动，将上板上移段距离，小球仍以相同的速度v0从原处飞入，那么带电小球()A．将打在下板中央B．仍沿原轨迹由下板边缘飞出C．不发生偏转，沿直线运动D．假设上板不动，将下板上移一段距离，小球可能打在下板的中央BD经电场加速后再进入偏转电场6．如下图是一个说明示波管工作原理的示意图，电子经电压U1加速后以速度v0垂直进入右侧的偏转电场，离开偏转电场时的偏转量是h．偏转电场的两平行板间距离为d、电势差为U2、板长为L．为了提高示波管的灵敏度〔每单位电压引起的偏转量h/U2〕,可采用的方法是〔〕A．增大两板间电势差U2 B．尽可能使板长L长些C．尽可能使板间距离d小一些 D．使加速电压U1降低一些BCD示波器的根本原理加速电场偏转电场y+-LV0U1y2=vyt2yY温馨提示：所有跟偏转有关的题目，几乎都涉及到求偏转量。所以关于求偏转量的问题，不是会不会，而是熟不熟练。类比的思想7.如下图,质量为m,带电量为q(q>0)的小球,用一长为L的绝缘细线系于一足够大的匀强电场中的O点,电场方向竖直向下,电场强度为E,为使带电小球能在竖直面内绕O点作完整的圆周运动,求在最低点时施给小球水平初速度v0至少是多少？小球在运动中细线受到的最大拉力是多少？在A点：A到B点：由动能定理mgEqT可以用机械能守恒吗？v0O(变式1)假设上题中的匀强电场方向是竖直向上,其他条件不变,使小球做完整圆周运动,求在最低点时施给小球水平初速度v0至少为多少？小球在运动中细线受到的最大拉力是多少？在A点：在B点：①②③ABA到B点：由动能定理温馨提示：注意几何最高点和物理最高点(变式2)假设上题中的匀强电场方向是水平向右,其他条件不变,其中电场对小球的作用力的大小等于小球的重力，使小球做完整圆周运动,求在最低点时施给小球水平初速度v0至少为多少？小球在运动中细线受到的最大拉力是多少?温馨提示：注意几何最高点和物理最高点练习：在水平向右的匀强电场中，有一质量为m，带正电的小球，用长为L的绝缘细线悬挂于O点。当小球静止时细线与竖直方向夹角为θ，现给小球一个垂直于悬线的初速度，使小球恰能在竖直平面内做圆周运动，试问：〔1〕小球在做圆周运动的过程中，在哪一位置的速度最小？速度最小值为多大？+oBθE+mgEqFEθθF+oABmgEqθEθ与曾经的绳球内轨道模型相似。A点速度最小。AFmgEqθ解：对小球，由