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 (2).ppt

解析小球从A点运动到B点的过程中,重力做正功,静电力做正功,动能增加,由动能定理得mgR+EqR=mv2。在B点小球受到重力G、静电力F和圆环对小球的弹力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=联立可得F1=2mg+3Eq。小球对圆环的作用力与圆环对小球的作用力为作用力与反作用力,两者等大反向,即小球对圆环的压力F1=2mg+3Eq,方向水平向右。答案2mg+3Eq,方向水平向右本课结束答案BD解析粒子在平行金属板之间受到两个力的作用,一是重力mg,方向竖直向下;二是静电力F=qE,方向垂直于极板。因二力均为恒力,已知粒子做直线运动,所以此二力的合力一定与粒子运动的直线轨迹共线,故所受静电力方向垂直于极板向上,根据牛顿第二定律得,该粒子做匀减速直线运动,D正确,A、C错误;从粒子运动的方向和静电力的方向可判断,静电力对粒子做负功,粒子的电势能增加,B正确。探究二带电体在重力、静电力作用下的类平抛运动[情境探究]如图甲所示,两水平金属板间距为d,金属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沿中线射入两金属板间,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。重力加速度为g。(2)求出t=T时微粒的速度大小和方向。(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。[应用体验]典例2两平行金属板A、B水平放置,一个质量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,两金属板A、B间距离d=4cm,板长l=10cm,g取10m/s2。(1)当两金属板A、B间的电压UAB=1000V时,微粒恰好不偏转,沿图中虚线射出电场,求该微粒所带电荷量和电性。(2)令金属板B接地,欲使该微粒射出偏转电场,求金属板A所加电势的范围。答案(1)2×10-9C负电(2)-600VφA2600V(2)当qEmg时,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,粒子在水平方向做匀速直线运动,解析(1)当UAB=1000V时,重力与静电力平衡,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。速度vx=v0;在竖直方向,代入a和t解得=2600V。当qEmg时,微粒向下偏,设此时φA=φ2,同理可得φ2=-600V,故欲使微粒射出偏转电场,金属板A电势的范围为-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。针对训练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?答案A解析三个小球在水平方向做匀速直线运动;竖直方向,小球A所受静电力向上,所受合力为mg-F电,小球B所受静电力向下,所受合力为mg+F电,小球C只受重力,因此小球B的加速度最大,运动时间最短,水平位移最短,小球A的加速度最小,运动时间最长,水平位移最大,小球C的水平位移居中,A正确,B、D错误。在运动过程中,三个小球竖直方向的位移相等,小球B的合力做功最多,动能改变量最大,小球A的动能改变量最小,即EkCEkBEkA,C错误。探究三带电粒子在交变电场中的运动[情境探究]所带电荷量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