06_专题《带电粒子在电场中的运动》课件（新人教选修3）.ppt

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1、vA、单方向的直线运动、单方向的直线运动v （1999年上海）年上海） 如图所示，如图所示，A、B为竖直向上的为竖直向上的电场线上的两点，一带电质点在电场线上的两点，一带电质点在A点由静止释放，点由静止释放，沿电场线向上运动，到沿电场线向上运动，到B点恰好速度为零。下列说点恰好速度为零。下列说法正确的是：法正确的是：vA、带电质点在、带电质点在A、B两点所受的电场力都是竖直向两点所受的电场力都是竖直向上的上的vB、A点电势比点电势比B点的电势高点的电势高vC、带电质点在、带电质点在A点的电势能比在点的电势能比在B点的电势能小点的电势能小vD、A点的电场强度比点的电场强度比B点电场强度大点电场强

2、度大ABmgEAqEAqmgvB=0EAqmgEAqmg=qv答案：答案：ABDvA、单方向的直线运动、单方向的直线运动v 质量为质量为m的带电小球在匀强电场中以初的带电小球在匀强电场中以初速速V水平抛出，小球加速度方向竖直向下，水平抛出，小球加速度方向竖直向下，大小为大小为g/3,则在小球的竖直分位移为则在小球的竖直分位移为H的过程的过程中，以下结论中正确的是中，以下结论中正确的是vA、小球的动能增加了、小球的动能增加了mgh/3vB、小球的电势能增加了、小球的电势能增加了mgh/3vC、小球的机械能减少了、小球的机械能减少了mgh/3vD、小球的重力势能减少了、小球的重力势能减少了mgh/

3、3v答案：答案：A vA、单方向的直线运动、单方向的直线运动v(97上海上海)如图所示，如图所示，A、B为平行金属板，两板相为平行金属板，两板相距距d，分别与电源两极相连，两板的中央各有一个，分别与电源两极相连，两板的中央各有一个小孔小孔M、N。今有一带电质点，自。今有一带电质点，自A板上方相距为板上方相距为d的的P点由静止自由下落（点由静止自由下落（P、M、N在同一竖直线在同一竖直线上），空气阻力不计，到达上），空气阻力不计，到达N孔时速度恰好为零，孔时速度恰好为零，然后沿原路返回，若保持两板板间的电压不变，然后沿原路返回，若保持两板板间的电压不变，则则vA、把、把A板向上平移一小段距离，质

4、点自板向上平移一小段距离，质点自P点自由点自由下落仍能返回下落仍能返回vB、把、把A板向下平移一小段距离，质点自板向下平移一小段距离，质点自P点自由点自由下落后将穿过下落后将穿过N孔继续下落孔继续下落vC、把、把B板向上平移一小段距离，质点自板向上平移一小段距离，质点自P点自由点自由下落仍能返回下落仍能返回vD、把、把B板向下平移一小段距离，质点自板向下平移一小段距离，质点自P点自由点自由下落后将穿过下落后将穿过N孔继续下落孔继续下落v答案：答案：ACDPMNABddPMNABddmgEqmg从从P到到N的过程的过程中中由动能定理得：由动能定理得：mg2d-Eqd=0mg2d-Uq=0 当当A

5、板下移，从板下移，从P到到N的过程中，同理的过程中，同理 质点到质点到N点时，速度点时，速度刚好为零。刚好为零。vB、把、把A板向下平移一小段距离，质点自板向下平移一小段距离，质点自P点点v自由下落后将穿过自由下落后将穿过N孔继续下落孔继续下落所以，仍能返回所以，仍能返回PMNABdd从从P到到N的过程的过程中中由动能定理得：由动能定理得：hmg(2d+h)mvN212-Uq=-0vN0将穿过将穿过N孔继续下落孔继续下落图解法的应用图解法的应用 如图，如图，A板的电势板的电势UA0，B板的电势板的电势UB随时间随时间的变化规律如图所示。则的变化规律如图所示。则 A.若电子是在若电子是在t0时刻

6、进入的，它将一直时刻进入的，它将一直向向B板运动板运动B.若电子是在若电子是在tT/8时刻进入的，它可能时而时刻进入的，它可能时而向向B板运动，时而向板运动，时而向A板运动板运动,最后打在最后打在B板上板上C.若电子是在若电子是在t3T/8时刻进入的，它可能时而时刻进入的，它可能时而向向B板运动，时而向板运动，时而向A板运动板运动,最后打在最后打在B板上板上 D.若电子是在若电子是在tT/2时刻进入的，它可能时而时刻进入的，它可能时而向向B板、时而向板、时而向A板运动板运动BAt/ s UB / v0U0-U0F=Eq=U0q/dF=maa= U0q/mdBAt/ s U/ v0U0-U0t/

7、 s 0a0-a0a/ m/s2t/ s0v0-v0v/ m/s 若电子是在若电子是在t0时刻进入的时刻进入的Tt / s U/ v0U0-U0T/22T3T/2Tt / s 0T/22T3T/2a/ m/s2a0-a0T0T/22T3T/2t / sv0-v0 若电子是在若电子是在t T/8时刻进入的时刻进入的v / m/sTt / s U/ v0U0-U0T/22T3T/2Tt / s 0T/22T3T/2a/ m/s2a0-a0T0T/22T3T/2t / sv0-v0 若电子是在若电子是在t T/4时刻进入的时刻进入的v / m/sTt / s U/ v0U0-U0T/22T3T/2T

8、t / s 0T/22T3T/2a/ m/s2a0-a0T0T/22T3T/2t / sv0-v0 若电子是在若电子是在t 3T/8时刻进入的时刻进入的v / m/s带电粒子在电场中的直线运动v分析方法：分析方法：v 3、图解法（周期性变化的电场）、图解法（周期性变化的电场）v 确定研究对象，受力分析，状态分析确定研究对象，受力分析，状态分析v 画出画出 a-t、v-t图图AB 两个相距为两个相距为d 的平行金属板的平行金属板,有正对着的两小孔有正对着的两小孔A、B,如图甲所示如图甲所示,两板间加如图乙所示的交变电场两板间加如图乙所示的交变电场, 一质量为一质量为m,带电量为带电量为+q 的带

9、电粒子的带电粒子,在在t =0时刻在时刻在A孔处无初速释放孔处无初速释放,试试判断带电粒子能否穿过判断带电粒子能否穿过B孔？（孔？（ t=0时刻时刻A板电势高）板电势高）甲图甲图U/vt/su-u乙图乙图TT/2Aavav 前半周期带电粒子向右匀加速，后前半周期带电粒子向右匀加速，后半周期向右匀减速，第一个周期末，半周期向右匀减速，第一个周期末，速度恰为速度恰为0，一个周期内始终向右运动，一个周期内始终向右运动, 以后不断重复第一个周期的运动，直以后不断重复第一个周期的运动，直到通过到通过B点点.后半周期粒子运动情况？后半周期粒子运动情况？粒子会不会返回？粒子会不会返回？ 请画出粒子运动的请画

10、出粒子运动的 v-t 图线图线.AB甲图甲图u /vt/s-U乙图乙图T2Tt/s00v/m/sUT2T丙图丙图问题：问题：为使带电粒子到达为使带电粒子到达B孔时速度最大，孔时速度最大， A、B间距应满足什么条间距应满足什么条件？件？ 画出速度图线能画出速度图线能更清楚了解物体的更清楚了解物体的运动情况运动情况 要使带电粒子到达要使带电粒子到达B点时速度点时速度 最最大，必须从大，必须从A到到B一直加速，即在一直加速，即在 半个周期内半个周期内 到达到达.解：设带电粒子在半个周期内的位移为解：设带电粒子在半个周期内的位移为S由题意知：只要由题意知：只要 Sd , 粒子出电场时速度粒子出电场时速

11、度可达最大可达最大. 有：有：TmqUddTmdqU8222问题：从问题：从v-t图上看，图上看，在在t=(2n+1)T/2时刻粒时刻粒子速度最大，是否本子速度最大，是否本题有系列解？题有系列解？用用W12=qU12计算电场力的功计算电场力的功时时,要注意要注意W12和和U12的对应关系的对应关系.B甲图甲图t/s-U乙图乙图T2Tt/s00v/m/sUT2T丙图丙图T2Tu /vt/s-U乙图乙图0Uv/m/st/s0丙图丙图例例3:两个相距为两个相距为d的平行金属板的平行金属板,有正对着的两小孔有正对着的两小孔A、B,如图甲所示如图甲所示,两板间加如图乙所示的交变电场两板间加如图乙所示的交

12、变电场, 一质量为一质量为m,带电量为带电量为+q的带电粒子的带电粒子,在在t =T/4时刻在时刻在A孔处无初速释放孔处无初速释放,试判断带电粒子能否穿过试判断带电粒子能否穿过B孔？（孔？（ t=0时刻时刻A板电势高）板电势高）AB甲图甲图答：粒子在答：粒子在t=T/4时刻时刻释放，如果在运动的释放，如果在运动的第一个第一个T/2内没有通过内没有通过B孔孔,则就不能通过则就不能通过B孔孔. 不论不论A、B间距离多间距离多大，问带电粒子何时大，问带电粒子何时释放，带电粒子一定释放，带电粒子一定能通过能通过B孔孔？带电粒子在带电粒子在T/4前释放，前释放，一定能通过一定能通过B孔孔. 例例4:两个

13、相距为两个相距为d=1.5 m的平行金属板的平行金属板,有正对着的两小孔有正对着的两小孔A、B,如图甲所示如图甲所示,两板间加如图乙所示的交变电场两板间加如图乙所示的交变电场,u=1.08104V,交交变电压的周期变电压的周期T=1.0106s, t=0时刻时刻A板电势高，一质量为板电势高，一质量为m,带电量为带电量为+q的带电粒子的带电粒子,在在t=T/6时刻在时刻在A孔处无初速释放孔处无初速释放,带电带电粒子比荷粒子比荷q/m=1.0108C/kg,问问: 粒子运动过程中将与某一极板相碰撞粒子运动过程中将与某一极板相碰撞,求从开始运动到粒子求从开始运动到粒子与极板碰撞所用时间与极板碰撞所用

14、时间.AB甲图甲图U/vt/su-u乙图乙图TT/2t/sU-UTT/2T/67T/6t/s v/m/s0ABT/3 T/3 T/3粒子在粒子在T/2时刻时刻(即运动了即运动了T/3时间时间)速度速度 v=aT/3=2.4105m/s 向右位移向右位移s=(v/2) 2T/3=8102m简解：简解：a= qU/dm =7.21011m/s2 粒子在运动的一个周期内粒子在运动的一个周期内向右运动向右运动8102m 然后再向左运动然后再向左运动2102m 所以在一个周期内粒子位所以在一个周期内粒子位移向右移向右,为为x=610-2m粒子在粒子在T时刻时刻(即运动了即运动了5T/6时间时间)速度速度

15、 v=aT/6=1.2105m/s 反向位移反向位移s=(v/2) T/3=2102m粒子在粒子在24个周期内运动的位移个周期内运动的位移246102m=1.44 m粒子在粒子在24个周期内向右运动的最大个周期内向右运动的最大 距离距离为为236 102m 8 102m=1.46m 所以第所以第25个周期内个周期内,粒子只要向右运动粒子只要向右运动0.06m 就通过就通过B孔孔 AB1.44 mt/s v0s s T/32T/3 对往复运动特别要关注最对往复运动特别要关注最后一个周期内的运动情况后一个周期内的运动情况.t总=24T+T/3+t =2.44310-5s1.46mT=1.010-6

16、sd=1.5 m是否是否TTt251065 . 12=2.510-5sx=610-2m221atvtsv 带有同种电荷的质点带有同种电荷的质点A、B，A的质量是的质量是B的一的一半，带电量是半，带电量是B的的2倍。它们从相距很远处沿两球心倍。它们从相距很远处沿两球心的连线在光滑绝缘水平面上相向运动，的连线在光滑绝缘水平面上相向运动，A的初速度的初速度大小是大小是B的两倍，则有：的两倍，则有：vA、A、B之间的库仑力总是大小相等，方向相反之间的库仑力总是大小相等，方向相反vB、A、B质点间加速度总是大小相等，方向相反质点间加速度总是大小相等，方向相反vC、A、B质点的速度方向总是相反的质点的速度方向总是相反的vD、在某一瞬间，、在某一瞬间，A、B两质点的动能之和可能为零两质点的动能之和可能为零v答案：答案：ACD