第05讲 带电粒子在电场中的运动(原卷版)-2024-2025学年高二物理上学期中期末复习精细讲义.docx

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第05讲带电粒子在电场中的运动

——划重点之高二期中期末复习精细讲义

考点1

带电体在电场中的直线运动

考点2

带电体在匀强电场中的偏转问题

考点3

带电粒子在交变电场中的运动模型

考点4

示波管的工作原理

考点1:带电体在电场中的直线运动

1.做直线运动的条件

直线运动的条件

①粒子所受合外力F合=0,粒子或静止,或做匀速直线运动。

②粒子所受合外力F合≠0,且与初速度方向在同一条直线上,带电粒子将做匀加速直线运动或匀减速直线运动。

2.解决粒子在电场中直线运动问题的两种方法

运动状态的分析

带电粒子沿与电场线平行的方向进入匀强电场,受到的电场力与运动方向在同一条直线上,做加(减)速直线运动

解决方法

匀强电场中:W=Eqd=qU=eq\f(1,2)mv2-eq\f(1,2)mveq\o\al(2,0)(适用于粒子受恒力作用)

非匀强电场中:W=qU=Ek2-Ek1(适用于粒子受恒力或变力作用)

解决此类问题的关键是灵活利用动力学分析的思想,采用受力分析和运动学方程相结合的方法进行解决,也可以采用功能结合的观点进行解决,往往优先采用动能定理。

3.带电粒子在电场中运动时重力的处理

基本粒子

如电子、质子、α粒子、离子等,除有说明或明确的暗示以外,一般都不考虑重力(但并不忽略质量)

带电颗粒

如液滴、油滴、尘埃、小球等,除有说明或有明确的暗示以外,一般都不能忽略重力

4.带电粒子在电场中的加速

带电粒子沿与电场线平行的方向进入电场,带电粒子将做加(减)速运动。有两种分析方法:

用动力学观点分析

a=eq\f(qE,m),E=eq\f(U,d),v2-veq\o\al(2,0)=2ad

用功能观点分析

粒子只受电场力作用,电场力做的功等于物体动能的变化,qU=eq\f(1,2)mv2-eq\f(1,2)mveq\o\al(2,0)

【典例1】某空间有平行于纸面的匀强电场,一带电荷量为?q(q0)的质点(重力不计)在如图所示的恒定拉力F的作用下由M点开始沿直线匀速运动到N点。图中电场未画出,拉力F和直线MN间的夹角为θ,M、N两点间的距离为d,则下列说法正确的是(????)

A.匀强电场的电场强度大小为F

B.M、N两点的电势差为Fd

C.带电质点由M点运动到N点的过程中,电势能减少了Fd

D.若要使带电质点由N点向M点做匀速直线运动,则F必须反向

【典例2】(多选)如图甲所示,在匀强电场中,虚线为电场线,与Ox轴成θ=37°角,Ox轴上有a、b、c三点,Oa=bc=12ab=4cm,Ox轴上各点的电势φ的变化规律如图乙所示。取sin37°=0.6

A.电场线的方向为斜右向下

B.若质子从O点静止释放,将沿x轴做加速运动

C.匀强电场强度的大小为600

D.电子在c点的电势能为7.68×

【典例3】(多选)如图甲所示,以O为原点,竖直向下为正方向建立x轴。在x=0和x=4x0处分别固定电量为Q的正点电荷。A、B、C为x轴上坐标分别为x0、2x0、3x0的点,AC之间沿x轴方向电势变化如图乙所示。现从A点将一带正电小球由静止释放,小球向下运动。已知释放瞬间小球加速度为2g,g为当地重力加速度,静电力常量为k。以下结论正确的是()

A.小球的比荷q

B.小球的比荷q

C.小球经过B点时的速度大小为11g

D.小球经过B点时的速度大小为11g

【典例4】(多选)如图所示,真空中竖直固定一表面粗糙程度处处相同的金属板,其正前方固定一个带正电的点电荷Q,OQ垂直于金属板。已知OM=ON,一表面绝缘带正电的小滑块(可视为试探电荷且不影响原电场)从金属板上端的M点由静止释放,小滑块能运动到O点,且到达O点时其所受重力大小等于摩擦力大小。下列说法正确的是()

A.小滑块一直加速运动到N点,加速度先减后增,小滑块在M、N两点的加速度相等

B.电场力对小滑块先做负功后做正功,小滑块在M、N两点的电势能相等

C.小滑块在OM段和ON段动能的增加量一定相等

D.小滑块的动能可能先增大后减小,到达N点的速度为零

【典例5】(多选)如图所示,水平放置的平行板电容器上下极板M、N分别带有等量异种电荷,电荷量大小均为Q,两极板间距为d,质量为m、电荷量为q的带负电微粒从上极板M的边缘以初速度v0射入,恰好沿直线从下极板N边缘射出,重力加速度为g

A.两极板间的电压U

B.微粒的机械能减小mgd

C.电容器的电容C=

D.保持Q不变,仅将极板N向下平移,微粒仍沿直线从极板间射出

【典例6】如图所示,Q为固定的正点电荷,A、B两点在Q的正上方和Q相距分别为?和0.25?,将另一点电荷从A点由静止释放,运动到B点时速度正好又变为零。若此电荷在A点处的加速度大小为0.5g,试求:

(1)此电荷在B点处的加速度;

(2)此电荷运动过程中速

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