物理 第一章 靜電場 第12講 習(xí)題課：帶電粒子在電場中的運(yùn)動(dòng) 新人教版選修31

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1、第一章靜電場1.加深對電場中帶電粒子的加速和偏轉(zhuǎn)的理解和應(yīng)用.2.掌握電場中帶電粒子的圓周運(yùn)動(dòng)問題的分析方法目標(biāo)定位二、帶電粒子在電場中的類平拋運(yùn)動(dòng)三、帶電粒子在交變電場中運(yùn)動(dòng)四、帶電粒子在電場中的圓周運(yùn)動(dòng)欄目索引一、帶電粒子在電場中的直線運(yùn)動(dòng)對點(diǎn)檢測 自查自糾一、帶電粒子在電場中的直線運(yùn)動(dòng)n典例精析例例1如圖1所示，水平放置的A、B兩平行板相距h，上極板A帶正電，現(xiàn)有質(zhì)量為m、電荷量為q的小球在B板下方距離B板為H處，以初速度v0豎直向上從B板小孔進(jìn)入板間電場圖1(1)帶電小球做何種運(yùn)動(dòng)？解析解析帶電小球在電場外只受重力的作用做勻減速直線運(yùn)動(dòng)，在電場中受重力和電場力作用做勻減速直線運(yùn)動(dòng)答案答

2、案見解析解析答案(2)欲使小球剛好打到A板，A、B間電勢差為多少？解析解析整個(gè)運(yùn)動(dòng)過程中小球克服重力和電場力做功，由動(dòng)能定理得答案答案見解析返回解析答案n典例精析二、帶電粒子在電場中的類平拋運(yùn)動(dòng)例例2長為L的平行金屬板豎直放置，兩極板帶等量的異種電荷，板間形成勻強(qiáng)電場，一個(gè)帶電荷量為q、質(zhì)量為m的帶電粒子，以初速度v0緊貼左極板垂直于電場線方向進(jìn)入該電場，剛好從右極板邊緣射出，射出時(shí)速度恰與右極板成30角，如圖2所示，不計(jì)粒子重力，求：圖2(1)粒子末速度的大?。唤馕鼋馕隽Ｗ与x開電場時(shí)，合速度與豎直方向夾角為30，解析答案(2)勻強(qiáng)電場的場強(qiáng)；解析解析粒子在勻強(qiáng)電場中做類平拋運(yùn)動(dòng)，在豎直方向上

3、：Lv0t，在水平方向上：vyat，由牛頓第二定律得：qEma解析答案(3)兩板間的距離解析解析粒子做類平拋運(yùn)動(dòng)，返回解析答案三、帶電粒子在交變電場中運(yùn)動(dòng)n典例精析例例3在如圖3甲所示平行板電容器A、B兩極板上加上如圖乙所示的交變電壓，開始B板的電勢比A板高，這時(shí)兩極板中間原來靜止的電子在電場力作用下開始運(yùn)動(dòng)，設(shè)電子在運(yùn)動(dòng)中不與極板發(fā)生碰撞，則下述說法正確的是(不計(jì)電子重力)()甲 乙圖3A.電子先向A板運(yùn)動(dòng)，然后向B板運(yùn)動(dòng)，再返回A板做周期性來回運(yùn)動(dòng)B.電子一直向A板運(yùn)動(dòng)C.電子一直向B板運(yùn)動(dòng)D.電子先向B板運(yùn)動(dòng)，然后向A板運(yùn)動(dòng)，再返回B板做周期性來回運(yùn)動(dòng)解析解析由運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)規(guī)律畫出如圖

4、所示的vt圖象可知，電子一直向B板運(yùn)動(dòng)，C正確.答案答案C返回解析答案方法點(diǎn)撥方法點(diǎn)撥返回(1)當(dāng)空間存在交變電場時(shí)，粒子所受電場力方向?qū)㈦S著電場方向的改變而改變，粒子的運(yùn)動(dòng)性質(zhì)也具有周期性.(2)研究帶電粒子在交變電場中的運(yùn)動(dòng)需要分段研究，并輔以vt圖象特別注意帶電粒子進(jìn)入交變電場時(shí)的時(shí)刻及交變電場的周期.n典例精析四、帶電粒子在電場中的圓周運(yùn)動(dòng)電學(xué)知識(shí)與圓周運(yùn)動(dòng)結(jié)合的綜合問題是近幾年高考熱點(diǎn).解決這類問題的基本方法和力學(xué)中的情形相同，但處理時(shí)要充分考慮到電場力的特點(diǎn)，明確向心力的來源，靈活應(yīng)用等效法、疊加法等分析解決問題.返回例例4如圖4所示，一絕緣細(xì)圓環(huán)半徑為r，其環(huán)面固定在水平面上，電

5、場強(qiáng)度為E的勻強(qiáng)電場與圓環(huán)平面平行，環(huán)上穿有一電荷量為q、質(zhì)量為m的小球，可沿圓環(huán)做無摩擦的圓周運(yùn)動(dòng)，若小球經(jīng)A點(diǎn)時(shí)速度vA的方向恰與電場線垂直，且圓環(huán)與小球間沿水平方向無作用力，則速度vA_.當(dāng)小球運(yùn)動(dòng)到與A點(diǎn)對稱的B點(diǎn)時(shí)，小球?qū)A環(huán)在水平方向的作用力FB_.圖4解析答案小球由A到B的過程中，由動(dòng)能定理得：由以上各式解得FB6qE.返回 對點(diǎn)檢測 自查自糾1.(帶電粒子在電場中的直線運(yùn)動(dòng))(多選)如圖5所示，在等勢面沿豎直方向的勻強(qiáng)電場中，一帶負(fù)電的微粒以一定初速度射入電場，并沿直線AB運(yùn)動(dòng)，由此可知()A.電場中A點(diǎn)的電勢低于B點(diǎn)的電勢B.微粒在A點(diǎn)時(shí)的動(dòng)能大于在B點(diǎn)時(shí)的動(dòng)能C.微粒在A點(diǎn)

6、時(shí)的電勢能大于在B點(diǎn)時(shí)的電勢能D.微粒在A點(diǎn)時(shí)機(jī)械能大于在B點(diǎn)時(shí)的機(jī)械能圖5解析答案返回解析解析帶負(fù)電微粒受重力、電場力，合外力與運(yùn)動(dòng)方向在同一條直線上，可知所受電場力方向水平向左，場強(qiáng)方向水平向右，沿電場線電勢在降低，所以A點(diǎn)的電勢高于B點(diǎn)的電勢，故A錯(cuò)誤；由A到B，微粒做減速運(yùn)動(dòng)，所以動(dòng)能減小，電場力做負(fù)功，電勢能增加，即微粒在A點(diǎn)的動(dòng)能大于在B點(diǎn)時(shí)的動(dòng)能，在A點(diǎn)時(shí)的電勢能小于在B點(diǎn)時(shí)的電勢能，故B正確，C錯(cuò)誤；微粒從A向B運(yùn)動(dòng)，除重力外電場力做負(fù)功，機(jī)械能減小，選項(xiàng)D正確.答案答案BD2.(帶電粒子在電場中的類平拋運(yùn)動(dòng))如圖6所示，陰極A受熱后向右側(cè)空間發(fā)射電子，電子質(zhì)量為m，電荷量為e

7、，電子的初速率為v，且各個(gè)方向都有.與A極相距l(xiāng)的地方有熒光屏B，電子擊中熒光屏?xí)r便會(huì)發(fā)光.若在A和B之間的空間里加一個(gè)水平向左、與熒光屏面垂直的勻強(qiáng)電場，電場強(qiáng)度為E，求B上受電子轟擊后的發(fā)光面積.圖6解析答案解析解析陰極A受熱后發(fā)射電子，這些電子沿各個(gè)方向射向右邊勻強(qiáng)電場區(qū)域，取兩個(gè)極端情況如圖所示.沿極板豎直向上且速率為v的電子，受到向右的電場力作用做類平拋運(yùn)動(dòng)打到熒光屏上的P點(diǎn).豎直方向上yvt，沿極板豎直向下且速率為v的電子，受到向右的電場力作用做類平拋運(yùn)動(dòng)打到熒光屏上的Q點(diǎn)，同理可得y .3.(帶電粒子在交變電場中的運(yùn)動(dòng))在空間有正方向水平向右、大小按如圖7所示的圖線變化的電場，位

8、于電場中A點(diǎn)的電子在t0時(shí)速度為零，在t1 s時(shí)，電子離開A點(diǎn)的距離大小為l.那么在t2 s時(shí)，電子將處在()A.A點(diǎn)B.A點(diǎn)左方l處C.A點(diǎn)右方2l處D.A點(diǎn)左方2l處圖7解析答案解析解析第1 s內(nèi)電場方向向右，電子受到的電場力方向向左，電子向左做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，位移為l，第2 s內(nèi)電子受到的電場力方向向右，由于電子此時(shí)有向左的速度，因而電子繼續(xù)向左做勻減速直線運(yùn)動(dòng)，根據(jù)運(yùn)動(dòng)的對稱性，位移也是l，t2 s時(shí)總位移為2l，向左.答案答案D4.(電場中粒子的圓周運(yùn)動(dòng))如圖8所示，半徑為R的環(huán)形塑料管豎直放置，AB為該環(huán)的水平直徑，且管的內(nèi)徑遠(yuǎn)小于環(huán)的半徑，環(huán)的AB及以下部分處于水平向左的勻強(qiáng)電場中，管的內(nèi)壁光滑.現(xiàn)將一質(zhì)量為m、帶電荷量為q的小球從管中A點(diǎn)由靜止釋放，已知qEmg.求：圖8(1)小球釋放后，第一次經(jīng)過最低點(diǎn)D時(shí)的速度和對管壁的壓力；解析解析A至D點(diǎn)，由動(dòng)能定理得由牛頓第三定律FNFN小球?qū)鼙诘膲毫?mg，方向豎直向下.解析答案(2)小球釋放后，第一次經(jīng)過最高點(diǎn)C時(shí)管壁對小球的作用力.設(shè)管壁對小球的作用力方向豎直向下，F(xiàn)C1mg，方向豎直向下.答案答案mg，方向豎直向下返回解析答案