《2019_2020学年高中物理第一章电场微型专题4带电粒子在电场中的运动课件粤教版选修3_1.pptx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2019_2020学年高中物理第一章电场微型专题4带电粒子在电场中的运动课件粤教版选修3_1.pptx（60页珍藏版）》请在三一文库上搜索。
1、微型专题4 带电粒子在电场中的运动,第一章 电 场,1.掌握初速度与场强方向同直线时带电体做直线运动，初速度与场强方向垂直时带电体做类平抛运动. 2.会分析圆周运动向心力的来源.,学科素养与目标要求,物理观念：,科学思维：,1.能够综合应用运动和力、功和能的关系分析带电粒子在电场中的直线运动问题，提高科学推理能力. 2.建立带粒子在交变电场中直线运动的思维模型.,NEIRONGSUOYIN,内容索引,重点探究,达标检测,微型专题练,启迪思维 探究重点,检测评价 达标过关,克难解疑 精准高效,重点探究,1.带电粒子在电场中的直线运动 (1)匀速直线运动：带电粒子受到的合外力一定等于零，即所受到的
2、电场力与其他力的合力平衡. (2)匀加速直线运动：带电粒子受到的合外力与其初速度方向相同. (3)匀减速直线运动：带电粒子受到的合外力与其初速度方向相反. 2.求解带电粒子在电场中做直线运动(加速或减速)的方法 (1)力和加速度方法牛顿运动定律、匀变速直线运动公式； (2)功和能方法动能定理； (3)能量方法能量守恒定律.,一、带电粒子在电场中的直线运动,例1 如图1所示，充电后的平行板电容器水平放置，电容为C，极板间距离为d，上极板正中有一小孔.质量为m、电荷量为q的小球从小孔正上方高h处由静止开始下落，穿过小孔到达下极板处速度恰好为零(空气阻力忽略不计，极板间电场可视为匀强电场，重力加速度
3、为g).求： (1)小球到达小孔处的速度大小；,图1,解析 小球从静止开始下落到小孔的过程做自由落体运动，由v22gh，得v,(2)极板间电场强度大小；,解析 在极板间带电小球受重力和电场力作用， 由牛顿第二定律得：mgqEma 由运动学公式知：0v22ad,(3)小球从开始下落到运动到下极板处所用的时间.,1.先求加速度. 2.将运动分解为沿初速度方向的匀速直线运动和垂直初速度方向的匀加速直线运动，在两个方向上分别列运动学方程. 3.涉及功能关系，也可用动能定理列方程.,二、带电粒子在电场中的类平抛运动,例2 (多选)(2018上饶市高二期末)有三个质量相等，分别带正电、负电和不带电的油滴，
4、从极板左侧中央以相同的水平初速度v先后垂直电场射入，落到极板A、B、C处，如图2所示，则 A.油滴A带正电，B不带电，C带负电 B.三个油滴在电场中运动时间相等 C.三个油滴在电场中运动的加速度aAaBaC D.三个油滴到达极板时动能EkAEkBEkC,图2,解析 三个油滴的初速度相等，水平位移xAxBxC，根据水平方向上做匀速直线运动，所以由公式xvt得tAtBtC，三个油滴在竖直方向上的位移相等，根据y at2，知aAaBaC.从而得知B仅受重力，A所受的电场力方向向上，C所受的电场力方向向下，所以B不带电，A带正电，C带负电，故A、C正确，B错误. 根据动能定理，三个油滴重力做功相等，电
5、场力对A做负功，对B不做功，对C做正功，所以C的动能变化量最大，A的动能变化量最小，A、B、C的初动能相等，所以三个油滴到达极板时的动能EkAEkBEkC，故D正确.,解决电场(复合场)中的圆周运动问题，关键是分析向心力的来源，向心力的来源有可能是重力和电场力的合力，也有可能是单独的电场力.有时可以把复合场中的圆周运动等效为竖直面内的圆周运动，找出等效“最高点”和“最低点”.,三、带电体在电场(复合场)中的圆周运动,例3 (2018江西师大附中高二上月考)如图3所示，BCDG是光滑绝缘的 圆形轨道，位于竖直平面内，轨道半径为R，下端与水平绝缘轨道在B点平滑连接，整个轨道处在水平向左的匀强电场中
6、.现有一质量为m、带正电的小滑块(可视为质点)置于水平轨道上，滑块受到的电场力大小为 mg，滑块与水平轨道间的动摩擦因数为0.5，重力加速度为g. (1)若滑块从水平轨道上距离B点s3R的A点由静止释放， 求滑块到达与圆心O等高的C点时对轨道的作用力大小；,图3,解析 设滑块到达C点时的速度为v，从A到C的过程中，由动能定理有,设滑块到达C点时受到轨道的作用力大小为F，,(2)为使滑块恰好始终沿轨道滑行(不脱离轨道)，求滑块在圆形轨道上滑行过程中的最小速度.,解析 要使滑块恰好始终沿轨道滑行，则滑至圆形轨道DG间某点，由电场力和重力的合力提供向心力，此时的速度最小，设为vmin,学科素养 复合
7、场中的圆周运动，涉及受力分析、圆周运动、电场等相关知识点，既巩固了学生基础知识，又锻炼了学生迁移应用与综合分析能力，较好地体现了“科学思维”的学科素养.,1.当空间存在交变电场时，粒子所受电场力方向将随着电场方向的改变而改变，粒子的运动性质也具有周期性. 2.研究带电粒子在交变电场中的运动需要分段研究，并辅以vt图象.特别需注意带电粒子进入交变电场时的时刻及交变电场的周期.,四、带电粒子在交变电场中的运动,例4 在如图4所示的两竖直放置的平行金属板A、B上分别加如图5甲、乙所示的两种电压，开始B板的电势比A板高.在电场力作用下原来静止在两板中间的电子开始运动.若两板间距足够大，且不计重力，试分
8、析电子在两种交变电压作用下的运动情况，并定性画出相应的vt图象.,答案 见解析,图4,图5,对于题图甲所示电压，在0 T内电子做初速度为零的正向匀加速直线运动， TT内电子做末速度为零的正向匀减速直线运动，然后周期性地重复前面的运动，其vt图象如图(a)所示.,解析 t0时，B板电势比A板高，在电场力作用下，电子向B板(设为正向)做初速度为零的匀加速直线运动.,对于题图乙所示电压，在0 内做类似题图甲0T的运动， T电子做反向先匀加速、后匀减速、末速度为零的直线运动，然后周期性地重复前面的运动，其vt图象如图(b)所示.,(a),(b),达标检测,1,2,3,4,1.(带电粒子在交变电场中的运
9、动)(2018西安交大附中质检)如图6甲所示，在两竖直放置的平行金属板间靠近A板附近，有一个带正电的粒子(不计重力)处于静止状态，在A、B两板间加如图乙所示的交变电压，带电粒子在电场力作用下由静止开始运动，经过3t0时间刚好到达B板，设此时粒子的动能大小为Ek3，若用改变A、B两板间距的方法，使粒子在5t0时刻刚好到达B板，此时粒子的动能大小为Ek5，则 等于,图6,1,2,3,4,解析 设两板间的距离为d，经3t0时间刚好到达B板时，粒子运动过程中先加速然后减速再加速，根据运动的对称性和动能定理，可得Ek3q ；同理使粒子在5t0时刻刚好到达B板时 B正确.,1,2,3,4,2.(带电体的直
10、线运动)(2018菏泽市高二上期末)如图7所示，一带电液滴的质量为m、电荷量为q(q0)，在竖直向下的匀强电场中刚好与水平面成30角以速度v0向上做匀速直线运动.重力加速度为g. (1)求匀强电场的电场强度的大小；,解析 因为液滴处于平衡状态，所以有Eqmg,图7,1,2,3,4,(2)若电场方向改为垂直速度方向斜向下，要使液滴仍做直线运动，电场强度为多大？液滴前进多少距离后可返回？,液滴在运动方向的反方向上的合力Fmgsin 30，,解析 电场方向改变，液滴受力分析如图所示. 液滴做直线运动时，垂直速度方向的合力为零，即qEmgcos 30,1,2,3,4,1,2,3,4,3.(带电粒子在电
11、场中的类平抛运动)如图8所示，阴极A受热后向右侧空间发射电子，电子质量为m，电荷量为e，电子的初速率有从0到v的各种可能值，且各个方向都有.与A极相距l的地方有荧光屏B，电子击中荧光屏时便会发光.若在A和B之间的空间加一个水平向左、与荧光屏面垂直的匀强电场，电场强度为E，且电子全部打在荧光屏上，求B上受电子轰击后的发光面积.,图8,解析 阴极A受热后发射电子，这些电子沿各个方向射入右边匀强电场区域，且初速率从0到v各种可能值都有.取两个极端情况如图所示. 沿极板竖直向上且速率为v的电子，受到向右的电场力作用 做类平抛运动打到荧光屏上的P点. 竖直方向上yvt，,沿极板竖直向下且速率为v的电子，
12、受到向右的电场力作用做类平抛运动打到 荧光屏上的Q点，同理可得,1,2,3,4,4.(带电粒子的圆周运动)(2017宿迁市期末)如图9所示，在竖直平面内放置着绝缘轨道ABC，AB部分是半径R0.40 m的光滑半圆形轨道，BC部分是粗糙的水平轨道，BC轨道所在的竖直平面内分布着E1.0103 V/m的水平向右的有界匀强电场，AB为电场的左侧竖直边界.现将一质量为m0.04 kg、电荷量为q1104 C的滑块(视为质点)从BC上的某点由静止释放，滑块通过A点时对轨道的压力恰好为零.已知滑块与BC间的动摩擦因数为0.05，不计空气阻力，g取10 m/s2.求： (1)滑块通过A点时速度vA的大小；,
13、图9,答案 2 m/s,解析 因为滑块通过A点时对轨道的压力恰好为零，,1,2,3,4,1,2,3,4,(2)滑块在BC轨道上的释放点到B点的距离s；,答案 5 m,解析 根据动能定理可得：,(3)滑块离开A点后在空中运动速度v的最小值.,解析 滑块离开A点后在水平方向上做匀减速直线运动，,答案 1.94 m/s,在竖直方向上做自由落体运动，所以有vygt10t，,1,2,3,4,微型专题练,一、选择题 考点一 带电粒子在电场中的直线运动 1.(多选)如图1所示，两平行金属板与水平面成一角度，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两板间，则在此过程中，该粒子 A.所受重
14、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,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,图1,解析 对带电粒子受力分析如图所示，F合0，则A错误. 由图可知电场力与重力的合力方向与v0方向相反，F合对粒子做负功，其中mg不做功，Eq做负功，故粒子动能减少，电势能增加，B正确，C错误. F合恒定且与v0方向相反，粒子做匀减速直线运动，D正确.,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,2.如图2，一水平放置的平行金属板连接在直流电源上，两微粒a、b所带电荷量大小相等、符号相反，使它们分别静止于上、下极板附近，与极板距离相等.现同时
15、释放a、b，它们由静止开始运动.在随后的某时刻t，a、b经过两极板间下半区域的同一水平面.a、b间的相互作用和重力可忽略.下列说法正确的是 A.a的质量比b的大 B.在t时刻，a的动能比b的大 C.在t时刻，a和b的电势能相等 D.在t时刻，a和b的速度大小相等,图2,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,3.(多选)如图3所示，一带电液滴在重力和匀强电场对它的作用力的作用下，从静止开始由b沿直线运动到d，且bd与竖直方向的夹角为45，则下列结论中正确的是 A.此液滴带负电 B.液滴做匀加速直线运动 C.合外力对液滴做的总功等于零 D.液滴的电势能减少,图3,1,2,3,
16、4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,解析 液滴所受的合力沿bd方向，知电场力方向水平向右，则此液滴带负电，故A正确； 液滴所受合力恒定，加速度恒定，做匀加速直线运动，故B正确； 合外力不为零，且液滴沿合外力方向运动，合外力做功不为零，故C错误； 从b到d，电场力做正功，液滴电势能减小，故D正确.,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,考点二 带电粒子在电场中的类平抛运动 4.(多选)如图4所示，一电子(不计重力)沿x轴正方向射入匀强电场，在电场中的运动轨迹为OCD，已知 电子过C、D两点时竖直方向的分速度为vCy和vDy；电子在OC段和OD段动能的变化量分别为
17、Ek1和Ek2，则 A.vCyvDy12 B.vCyvDy14 C.Ek1Ek213 D.Ek1Ek214,图4,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,解析 电子沿x轴正方向射入匀强电场，做类平抛运动，沿x轴方向做匀速直线运动，已知 则电子从O到C与从C到D的时间相等.电子在y轴方向上做初速度为零的匀加速运动，则有vCyatOC，vDyatOD，所以vCyvDytOCtOD12，故A正确，B错误； 根据匀变速直线运动的推论可知，在竖直方向上yOCyOD14，根据动能定理得Ek1qEyOC，Ek2qEyOD，则得Ek1Ek214，故C错误，D正确.,1,2,3,4,5,6,
18、7,8,9,10,11,12,13,5.如图5所示，质量相同的两个带电粒子P、Q以相同的速度沿垂直于电场方向射入两平行板间的匀强电场中，P从两极板正中央射入，Q从下极板边缘处射入，它们最后打在上极板的同一点(重力不计)，则从开始射入到打到上极板的过程中 A.它们运动的时间tQtP B.它们运动的加速度aQaP C.它们所带的电荷量之比qPqQ12 D.它们的动能增加量之比EkPEkQ12,图5,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,解析 设两板距离为h，P、Q两粒子的初速度为v0，加速度分别为aP和aQ，它们做类平抛运动的水平位移均为l.,1,2,3,4,5,6,7,8,
19、9,10,11,12,13,综上所述，C项正确.,6.(2018南京师大附中段考)如图6所示，正方体真空盒置于水平面上，它的ABCD面与EFGH面为金属板，其他面为绝缘材料.ABCD面带正电，EFGH面带负电.从小孔P沿水平方向以相同速率射入三个质量相同的带正电液滴a、b、c，最后分别落在1、2、3三点，则下列说法正确的是 A.三个液滴在真空盒中都做平抛运动 B.三个液滴的运动时间不一定相同 C.三个液滴落到底板时的速率相同 D.液滴c所带电荷量最多,图6,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,解析 三个液滴在水平方向受到电场力作用，在水平方向并不是做匀速直线运动，所以三
20、个液滴在真空盒中不是做平抛运动，选项A错误； 由于三个液滴在竖直方向做自由落体运动，故三个液滴的运动时间相同，选项B错误； 三个液滴落到底板时竖直分速度大小相等，而水平分位移不相等，水平分速度大小不相等，所以三个液滴落到底板时的速率不相同，选项C错误； 由于液滴c在水平方向位移最大，故液滴c在水平方向加速度最大，由牛顿第二定律知，液滴c所受的电场力最大，故液滴c所带电荷量最多，选项D正确.,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,考点三 带电粒子在电场(复合场)中的圆周运动 7.(多选)如图7所示，竖直向下的匀强电场中，用绝缘细线拴住的带电小球在竖直平面内绕O做圆周运动，以
21、下四种说法中正确的是 A.带电小球可能做匀速圆周运动 B.带电小球可能做非匀速圆周运动 C.带电小球通过最高点时，细线拉力一定最小 D.带电小球通过最低点时，细线拉力有可能最小,图7,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,8.如图8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，一带负电的小球从高为h的A处由静止开始下滑，沿轨道ABC运动后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53，轨道水平段BC长度sBC2R.若使小球在圆环内恰好能做完整的圆周运动，则高度h为 A.2R B.4R C.10R D.17R,图8
22、,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,解析 小球所受的重力和电场力均为恒力，,若使小球在圆环内恰好能做完整的圆周运动，即通过等效最高点D时小球与圆环间的弹力恰好为0，,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,解得h10R，故选项C正确，选项A、B、D错误.,考点四 带电粒子在交变电场中的运动 9.(多选)如图9所示，两平行金属板分别加上如下列选项中的电压，能使原来静止在金属板中央的电子(不计重力)有可能做往返运动的Ut图象应是(设两板距离足够大),图9,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,解析 由A图象可知，电子先做匀加速运动
23、，,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,T时速度减为零.然后重复这种运动. 由B图象可知，电子先做匀加速运动，,T时速度减为零，回到出发点.然后重复往返运动.,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,T时速度减为零，回到出发点.然后重复往返运动.,然后重复加速运动和匀速运动一直向一个方向运动.故选B、C.,10.(多选)如图10(a)所示，A、B表示真空中水平放置的相距为d的平行金属板，板长为L，两板加电压后板间的电场可视为匀强电场.现在A、B两板间加上如图(b)所示的周期性的交变电压，在t0时恰有一质量为m、电荷量为q的粒子在左侧板间中央沿水平方向
24、以速度v0射入电场，忽略粒子的重力，则下列关于粒子运动状态的表述中正确的是 A.粒子在垂直于板的方向上的分运动可能是往复运动 B.粒子在垂直于板的方向上的分运动是单向运动 C.只要周期T和电压U0的值满足一定条件，粒子就 可沿与板平行的方向飞出 D.粒子不可能沿与板平行的方向飞出,图10,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,二、非选择题 11.虚线PQ、MN间存在如图11所示的水平匀强电场，一带电粒子质量为m2.01011 kg、电荷量为q1.0105 C，从a点由静止开始经电压为U100 V的电场加速后，垂直进入匀强电场中，从虚线MN上的某点b(图中未画出)离开匀强电
25、场时速度与电场方向成30角.已知PQ、MN间距为20 cm，带电粒子的重力忽略不计.求： (1)带电粒子刚进入匀强电场时的速率v1；,图11,答案 1.0104 m/s,代入数据得v11.0104 m/s.,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,(2)水平匀强电场的场强大小(结果保留两位有效数字)；,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,答案 1.7103 N/C,解析 粒子沿初速度方向做匀速运动：dv1t 粒子沿电场方向做匀加速运动：vyat,由牛顿第二定律得：qEma,(3)ab两点间的电势差.,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,1
26、2,13,答案 400 V,代入数据得：Uab400 V.,12.(2018德州市期末)如图12甲所示，水平放置的两平行金属板A、B相距为d，板间加有如图乙所示随时间变化的电压.A、B板中点O处有一带电粒子，其电荷量为q，质量为m，在0 时间内粒子处于静止状态.已知重力加速度为g， 周期T .求： (1)判断该粒子的电性；,图12,答案 正电,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,解析 由平衡条件可知粒子带正电,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,13.如图13所示，长L0.20 m的绝缘
27、丝线的一端拴一质量为m1.0104 kg、带电荷量为q1.0106 C的小球，另一端连在一水平轴O上，丝线拉着小球可在竖直平面内做圆周运动，整个装置处在竖直向上的匀强电场中，电场强度E2.0103 N/C.现将小球拉到与轴O在同一水平面上的A点，然后无初速度地将小球释放，取g10 m/s2，不计空气阻力.求： (1)小球通过最高点B时速度的大小；,图13,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,答案 2 m/s,解析 小球由A运动到B，,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,(2)小球通过最高点B时，丝线对小球拉力的大小.,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,答案 3.0103 N,解析 设小球到达B点时，受重力mg、电场力qE和丝线拉力FTB作用， mg1.010410 N1.0103 N qE1.01062.0103 N2.0103 N 因为qEmg，而qE方向竖直向上，mg方向竖直向下，小球做圆周运动，其到达B点时向心力的方向一定指向圆心， 由此可以判断出小球一定受到丝线的拉力FTB作用，,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,