山东省专用2018_2019学年高中物理第一章静电场第9节带电粒子在电场中的运动讲义含解析新人教版选修3.doc
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1、第9节带电粒子在电场中的运动1.带电粒子仅在电场力作用下加速时,可根据动能定理求速度。2带电粒子以速度v0垂直进入匀强电场时,如果仅受电场力,则做类平抛运动。3示波管利用了带电粒子在电场中的加速和偏转原理。1基本粒子的受力特点对于质量很小的基本粒子,如电子、质子等,虽然它们也会受到万有引力(重力)的作用,但万有引力(重力)一般远远小于静电力,可以忽略不计。2带电粒子加速问题的处理方法(1)利用动能定理分析。初速度为零的带电粒子,经过电势差为U的电场加速后,qUmv2,则v 。(2)在匀强电场中也可利用牛顿定律结合运动学公式分析。1自主思考判一判(1)基本带电粒子在电场中不受重力。()(2)带电
2、粒子仅在电场力作用下运动时,动能一定增加。()(3)带电粒子在匀强电场中一定沿所受电场力的方向运动。()(4)带电粒子在匀强电场中无论是直线运动还是曲线运动,均做匀变速运动。()2合作探究议一议(1)带电粒子在电场中运动时,什么情况下重力可以忽略?提示:当带电粒子的重力远小于静电力时,粒子的重力就可以忽略。微观带电粒子,如电子、质子、离子、粒子等除有说明或明确暗示外,处理问题时均不计重力。而带电的液滴、小球等除有说明或明确暗示外,处理问题时均应考虑重力。(2)如图所示,带电粒子从两板中间垂直于电场线水平进入电场,满足什么条件时带电粒子在电场中做直线运动?提示:带电粒子在电场中一定受电场力作用,
3、当重力与电场力平衡时,带电粒子在电场中做直线运动。带电粒子的加速问题1带电粒子的加速当带电粒子以很小的速度进入电场中,在静电力作用下做加速运动,示波器、电视显像管中的电子枪、回旋加速器都是利用电场对带电粒子加速的。2处理方法可以从动力学和功能关系两个角度进行分析,其比较如下:动力学角度功能关系角度涉及知识应用牛顿第二定律结合匀变速直线运动分式功的公式及动能定理选择条件匀强电场,静电力是恒力可以是匀强电场,也可以是非匀强电场,电场力可以是恒力,也可以是变力1如图所示,电子由静止开始从A板向B板运动,到达B板时的速度为v,保持两板间的电压不变,则()A当增大两板间的距离时,速度v增大B当减小两板间
4、的距离时,速度v减小C当减小两板间的距离时,速度v不变D当减小两板间的距离时,电子在两板间运动的时间变长解析:选C由动能定理得eUmv2,当改变两板间的距离时,U不变,v就不变,故选项A、B错误,C正确;电子做初速度为零的匀加速直线运动,得t,当d减小时,v不变,电子在板间运动的时间变短,故选项D错误。2多选如图所示,从F处释放一个无初速度的电子向B板方向运动,则下列对电子运动的描述中正确的是(设电源电压为U)()A电子到达B板时的动能是eUB电子从B板到达C板动能变化量为零C电子到达D板时动能是3eUD电子在A板和D板之间做往复运动解析:选ABD由eUEkB可知,电子到达B板时的动能为eU,
5、A正确;因B、C两板间电势差为0,故电子从B板到达C板的过程中动能变化量为零,B正确;电子由C到D的过程中电场力做负功大小为eU,故电子到达D板时速度为零,然后又返回A板,以后重复之前的运动,C错误,D正确。3如图所示,一个质子以初速度v05106 m/s水平射入一个由两块带电的平行金属板组成的区域。两板距离为20 cm,设金属板之间电场是匀强电场,电场强度为3105 N/C。质子质量m1.671027 kg,电荷量q1.601019 C。求质子由板上小孔射出时的速度大小。解析:根据动能定理Wmv12mv02而WEp1Ep0qEd1.60101931050.2 J9.61015 J所以v1 m
6、/s6106 m/s质子飞出时的速度约为6106 m/s。答案:6106 m/s带电粒子在交变电场中的运动典例在如图所示的平行板电容器的两板A、B上分别加如图甲、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,试分析电子在两种交变电压作用下的运动情况,并画出相应的vt图像。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运动。(1)对于图甲,在0T电子做初速度为零的正向匀加速直线运动,TT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,其速度图线如图(1)所示。(2
7、)对于图乙,在0做类似(1)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,其速度图线如图(2)所示。答案见解析带电粒子在交变电场中的运动可以是单向直线运动,也可以是往复周期性运动,与运动的开始时刻有关系,一般分析一个周期内的运动,一个周期以后重复第一个周期内的运动形式。 1.多选带正电的微粒放在电场中,场强的大小和方向随时间变化的规律如图所示。带电微粒只在电场力的作用下由静止开始运动,则下列说法中正确的是()A微粒在01 s内的加速度与12 s内的加速度相同B微粒将沿着一条直线运动C微粒做往复运动D微粒在第1 s内的位移与第3 s内的位移相同解析
8、:选BD01 s和12 s微粒的加速度大小相等,方向相反,A错;01 s和12 s微粒分别做匀加速直线运动和匀减速直线运动,根据这两段运动的对称性,12 s的末速度为0,所以每个1 s内的位移均相同且2 s以后的运动重复02 s的运动,是单向直线运动,B、D正确,C错误。2如图(a)所示,在两平行金属板中央有一个静止的电子(不计重力),当两板间的电压分别如图(b)甲、乙、丙、丁所示,电子在板间运动(假设不与板相碰),下列说法正确的是()A电压是甲图时,在0T时间内,电子的电势能一直减少B电压是乙图时,在0时间内,电子的电势能先增加后减少C电压是丙图时,电子在板间做往复运动D电压是丁图时,电子在
9、板间做往复运动解析:选D若是甲图,电场力先向左后向右,则粒子先做匀加速直线运动,后做匀减速直线运动,即电场力先做正功后做负功,电势能先减少后增加,故A错误;电压是乙图时,在0时间内,电子先加速后减速,即电场力先做正功后做负功,电势能先减少后增加,故B错误;电压是丙图时,电子先做加速度先增大后减小的加速运动,过了做加速度先增加后减小的减速运动,到T时速度减为0,之后继续朝同一方向加速减速,故粒子一直朝同一方向运动,C错误;电压是丁图时,电子先加速,到后减速,后反向加速,后减速,T时减为零,之后又重复0T的运动过程,故粒子做往复运动,D正确。1密立根油滴实验原理如图所示。两块水平放置的金属板分别与
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