鲁科版高中物理必修第三册精品课件 第2章 电势能与电势差 习题课 带电粒子在电场中运动的四种题型.ppt

解析小球从A运动到B的过程中,重力做正功,静电力做正功,动能增加,由动能定理有mgR+EqR=mv2。在B点小球受到重力G、静电力F和环对小球的弹力F1三个力的作用,沿半径方向指向圆心的合力提供向心力,则F1-Eq=联立以上两式可得F1=2mg+3Eq。小球对环的作用力与环对小球的作用力为作用力与反作用力,两者等大反向,即小球对环的压力F1=2mg+3Eq,方向水平向右。答案2mg+3Eq,方向水平向右本课结束(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。【实例引导】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。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。答案(1)2×10-9C负电(2)-600VφA2600V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有A、B、C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,小球A、B、C所在位置如图所示,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解析三个小球在水平方向做匀速直线运动;竖直方向,带正电荷小球受静电力向上,合力为mg-F电,带负电荷小球受静电力向下,合力为mg+F电,不带电小球只受重力,因此带负电荷小球加速度最大,运动时间最短,水平位移最短,带正电荷小球加速度最小,运动时间最长,水平位移最大,不带电小球水平位移居中,选项A正确,选项B、D错误。在运动过程中,三个小球竖直方向位移相等,带负电荷小球合力做功最多,动能改变量最大,带正电荷小球动能改变量最小,即EkCEkBEkA,选项C错误。答案A探究三带电粒子在交变电场中的运动【情境探究】电荷量q=+5×10-12C、质量m=5×10-12kg的带电粒子,静止在空间足够大的匀强电场中,电场强度大小和方向随时间变化的规律如图所示。忽略带电粒子的重力。求以下三种情况下,6s时带电粒子的位移为多大?粒子的速度多大?(1)如果在t0=0时刻释放带电粒子。(2)如果在t0=0.5s时刻释放带电粒子。(3)如果在t0=0时刻给粒子以垂直电场方向的初速度v0=1m/s。要点提示作出第(1)种情况和第(2)种情况下的v-t图像,如图甲和图乙。甲乙(3)垂直电场方向粒子做匀速运动,位移为6m,沿电场方向粒子的运动情况同(1),位移也为6m,所以6s时的位移为x=6m,由于6s时粒子沿电场方向的速度为零,所以6s时合速度为1m/s。【知识归纳】带电粒子在交变电场中运动问题的分析方法1.分段分析:按照时间的先后,分阶段分析粒子在不同电场中的受力情况和运动情况,然后选择牛顿运动定律、运动学规律或功能关系求解相关问题。2.v-t图像辅助:带电粒子在交变电场中运动情况一般比较复杂,常规的分段分析很麻烦。较好的方法是在分段分析粒子受力的情况下,画出粒子的v-t图像,画图时,注意加速度相同的运动图像是平行的直线,图像与坐标轴所围图形的面积表示位移,图像与t轴的交点,表示此时速度方向改变等。3.运动的对称性和周期性:带电粒子在周期性变化的电场中运动时,粒子的运动一般具有对称性和周期性。【实例引导】例3(多选)带正电的微粒放在电场中,电场强度的大小和方向随时间变化的规律如图所示。带电微粒只在静电力的作用下由静止开始运动