人教版高中物理必修第3册 第十章 静电场中的能量 习题课 带电粒子在电场中运动的四种题型.pptVIP

习题课:带电粒子在电场中运动的四种题型第十章

课堂篇探究学习

探究一带电体在电场中(重力、静电力作用下)的直线运动【情境导引】如图所示,有一质量为m、带电荷量为q的油滴在竖直放置的两平行金属板间的匀强电场中由静止释放。(1)判断油滴在电场中的运动性质、运动轨迹。(2)分析影响油滴运动到极板上的时间的因素。

【知识归纳】讨论带电粒子在电场中做直线运动(加速或减速)的方法(1)动力学方法——牛顿运动定律、匀变速直线运动公式。当带电粒子所受合力为恒力,且与速度方向共线时,粒子做匀变速直线运动,根据题意和所求,尤其是求时间问题时,优先考虑牛顿运动定律、匀变速直线运动公式。若为较复杂的匀变速直线运动,亦可以分解为重力方向上、静电力方向上的直线运动来处理。(2)功、能量方法——动能定理、能量守恒定律。若题中已知量和所求量涉及功和能量,那么应优先考虑动能定理、能量守恒定律。

【典例示范】例1如图所示,水平放置的A、B两平行板相距h,上板A带正电,现有质量为m、带电荷量为+q的小球在B板下方距离B板H处,以初速度v0竖直向上运动,从B板小孔进入板间电场。(1)带电小球在板间做何种运动?(2)欲使小球刚好打到A板,A、B间电势差为多少?

解析(1)带电小球在电场外只受重力的作用做匀减速直线运动,在电场中受重力和静电力作用做匀减速直线运动。

规律方法分析带电粒子在电场中做直线运动(加速或减速)的方法:与处理力学中物体做直线运动的方法相同,根据题意和所求考虑动力学方法、功与能量方法。

变式训练1如图所示,从F处释放一个无初速度的电子(重力不计)向B板方向运动,下列说法错误的是(设电源电动势为U)()A.电子到达B板时的动能是UeB.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3UeD.电子在A板和D板之间做往复运动答案C解析电子在A、B之间做匀加速运动,且eU=ΔEk,选项A正确;电子在B、C之间做匀速运动,选项B正确;电子在C、D之间做匀减速运动,到达D板时,速度减为零,选项C错误,选项D正确。本题选不正确的,故C选项符合题意。

探究二带电体在重力、静电力作用下的类平抛运动【情境导引】如图甲,两水平金属板间距为d,板间电场强度的变化规律如图乙所示。t=0时刻,质量为m的带电微粒以初速度v0沿中线射入两板间,0~时间内微粒匀速运动,T时刻微粒恰好经金属板边缘飞出。微粒运动过程中未与金属板接触。重力加速度的大小为g。(1)判断内微粒的运动情况。(2)求出t=T时的速度大小和方向。(3)求0~T内重力势能的变化量。(4)求0~T内静电力做的功。

【知识归纳】分析带电体在重力、静电力作用下的类平抛运动的方法带电体在重力、静电力作用下做类平抛运动,涉及带电粒子在电场中加速和偏转的运动规律,利用运动的合成与分解把匀变速曲线运动转换为直线运动研究,涉及运动学公式、牛顿运动定律、动能定理、功能关系的综合应用。

【典例示范】例2两平行金属板A、B水平放置,一个质量为m=5×10-6kg的带电微粒,以v0=2m/s的水平速度从两板正中央位置射入电场,如图所示,A、B两板间距离为d=4cm,板长l=10cm,g取10m/s2。(1)当A、B间的电压为UAB=1000V时,微粒恰好不偏转,沿图中虚线射出电场,求该粒子的电荷量和电性。(2)令B板接地,欲使该微粒射出偏转电场,求A板所加电势的范围。思路点拨A板电势高低——AB间电场强度大小——静电力与重力的大小关系——微粒向上或向下偏转射出电场

答案(1)2×10-9C负电(2)-600VφA2600V解析(1)当UAB=1000V时,重力跟静电力平衡,微粒才沿初速度v0方向做匀速直线运动,故=2×10-9C;重力方向竖直向下,则静电力方向竖直向上,而电场强度方向竖直向下(UAB0),所以微粒带负电。

(2)当qEmg时,带电微粒向上偏,从右上边缘M点飞出,如图所示,设此时φA=φ1,因为φB=0,所以UAB=φ1,静电力和重力都沿竖直方向,粒子在水平方向做规律方法带电体做匀变速曲线运动时,通常利用运动的合成和分解的方法,分解速度或分解力,把其分解为较简单的两个直线运动来处理。

变式训练2如图所示,有三个质量相等,分别带正电、负电和不带电的小球,从平行板电场左端的中点P以相同的初速度沿水平方向垂直于电场方向进入电场,它们分别落在A、B、C三点,可以判断()A.小球A带正电,B不带电,C带负电B.三个小球在电场中运动时间相等C.三个小球到达极板时的动能EkAEkBEkCD.三个小球在电场中运动的加速度aAaBaC

答案A解析