高中物理九帶電粒子在電場中的運(yùn)動學(xué)案新人教版選修3

1、九、帶電粒子在電場中的運(yùn)動 知識網(wǎng)絡(luò)圖：1、運(yùn)動狀態(tài)分析：帶電粒子沿著與電場平行的方向進(jìn)入勻強(qiáng)電場，受到的電場力與運(yùn)動方向在 上，做 運(yùn)動。2、用功能觀點(diǎn)分析：粒子動能的變化等于電場力做的功。表達(dá)式： 帶電粒子的加速 帶電粒子在電場中的運(yùn)動1、電場使帶電粒子的速度方向發(fā)生改變，這種作用就是帶電粒子的偏轉(zhuǎn)，其中最簡單的情況是事電粒子以垂直場強(qiáng)的方向進(jìn)入勻強(qiáng)電場，帶電粒子的運(yùn)動類似于 2、運(yùn)動分析：帶電粒子在水平方向做勻速直線運(yùn)動，速度vx=v0，通過電場時(shí)所需時(shí)間 在豎直方向上做勻加速直線運(yùn)動，加速度 速度 ，位移 。粒子離開電場時(shí)偏轉(zhuǎn)角（偏離入射方向的角度）的正切值為 。帶電粒子的偏轉(zhuǎn)讓 一、

2、帶電粒子的加速問題1：一使帶電粒子在電場中只被加速而不改變運(yùn)動方向該怎么辦？+u-.-qu.+q方案1：v0=0，僅受電場力就會做加速運(yùn)動，可達(dá)到目的。方案2：v00，僅受電場力，電場力的方向應(yīng)同v0同向才能達(dá)到加速的目的。問題2：上面示意圖中兩電荷電性換一下能否達(dá)到加速的目的？ 問題3：結(jié)合圖示，分別從運(yùn)動學(xué)的角度和能量的角度兩個(gè)方面推導(dǎo)，當(dāng)v0=0時(shí)，帶電粒子到達(dá)另一極板時(shí)的速度大?。糠椒ㄒ唬悍椒ǘ簡栴}4：結(jié)合牛頓第二定律及動能定理中做功條件（w=fscos恒力，w=qu任何電場）討論各方法的實(shí)用性地。練習(xí)1：若初速度v00，推導(dǎo)最終的速度表達(dá)式。+q練習(xí)2：如圖所示，在點(diǎn)電荷+q的電場

3、中有a、b兩點(diǎn)，將質(zhì)子和粒子 （氦的原子核）分別從a點(diǎn)由靜止釋放到達(dá)b點(diǎn)，這們的速度大小之比為多少？【例1】如圖，e發(fā)射的電子初速度為零，兩電源的電壓分別為45v、30v，a、b兩板上有小孔o(hù)a、ob，則電子經(jīng)過oa、ob孔以及到達(dá)c板時(shí)的動能分別是：eka= ，ekb= ，ekc= .例2、一勻強(qiáng)電場的電場強(qiáng)度隨時(shí)間變化的圖象如圖所示，勻強(qiáng)電場中有一帶電粒子，在t=0時(shí)由靜止釋放，若帶電粒子只受電場力的作用，則在開始運(yùn)動的4s時(shí)間內(nèi)，下列說法正確的是（ ）a在t=2s時(shí)，帶電粒子離出發(fā)點(diǎn)最遠(yuǎn) b在t=1.5s時(shí)，帶電粒子離出發(fā)點(diǎn)最遠(yuǎn)c帶電粒子將向一個(gè)方向運(yùn)動 d4s末帶電粒子回到原出發(fā)點(diǎn)例3

4、、如圖所示，在平行金屬板ab間和bc間分別由電源提供恒定的電壓u1和u2，且u2u1。在a板附近有一電子，質(zhì)量為m,電荷量為-e,由靜止開始向右運(yùn)動，穿過b板的小孔進(jìn)人bc之間，若ab間距為d1，bc間距為d2。求：（1）電子通過b板小孔后向右運(yùn)動時(shí)，電子距b板的最大距離；（2）電子在ac間往返運(yùn)動的周期。例4、如圖所示，整個(gè)空間存在著水平向左電場強(qiáng)度e=5×102vm的勻強(qiáng)電場，質(zhì)量為m=2kg的小車b靜止在光滑水平面上，現(xiàn)將一個(gè)質(zhì)量為m=05 kg帶正電荷q=10-3c的小物體a無初速度放在b的右端，同時(shí)給小車b一個(gè)水平向右的恒力f=1n，它們將由靜止開始運(yùn)動。物體與小車之間絕緣

5、且有摩擦力作用，求：(1)若想物體不會從車上滑下，物體與小車之間動摩擦因數(shù)0至少為多少?(2)若物體與小車之間動唪擦因數(shù)=03，并給a水平向左的初速度v0=9ms。求小車的長度至少為多少物體不會從車上滑下?a與b相互作用過程中系統(tǒng)增加的內(nèi)能(g=10m/s2)例1：【解析】由圖示可知：a、b板帶正電，且電勢相等，電子在e、a之間被電場加速，由動能定理可得：eueaeka0 而uea45v 所以eka45ev 電子在a、b之間作勻速直線運(yùn)動，所以ekbeka45ev 電子在b、c之間作減速運(yùn)動，由動能定理可得：eubcekcekb 而 ubc30v 所以ekcekbeubc15ev【答案】45e

6、v、45ev、15ev2、答案：bd3、答案: 解析（1）（共4分）設(shè)這個(gè)最大距離為xm，則由功能關(guān)系，有： q·d1 = q·xm （2分） xm=（2分） （2）（共6分）eu1 =mv（2分） d1 =t1 （1分） xm=t2（1分） t=2t1+2t2= =( +)（2分）二、帶電粒子的偏轉(zhuǎn)：如果帶電粒子在電場中運(yùn)動方向與加速度方向不在同一條直線上，帶電粒子的運(yùn)動情況又如何呢？下面我們通過一種較特殊的情況來研究。問題1：如圖所示，電子以初速度v0垂直于電場線射入勻強(qiáng)電場，討論：（1）分析帶電粒子的受力情況。（2）你認(rèn)為這種情況同哪種運(yùn)動類似，這種運(yùn)動的研究方法是什

7、么？（3）你能類比得到帶電粒子在電場中運(yùn)動的研究方法嗎？小結(jié)：（1）：（2）：（3）：問題2：如圖所示，設(shè)負(fù)電荷帶電荷量為q，平行板長為l，兩板間距為d，電勢差為u，初速度為v0，試求： 帶電粒子受力情況分析。 1、帶電粒子在電場中運(yùn)動的時(shí)間t。 2、粒子運(yùn)動的加速度。3、粒子在射出電場時(shí)豎直方向上的偏轉(zhuǎn)距離。4、粒子在離開電場時(shí)豎直方向的分速度。5、粒子在離開電場時(shí)的速度大小。6、粒子在離開電場時(shí)的偏轉(zhuǎn)角練習(xí)3：一個(gè)氫離子以速度v垂直電場方向飛入平行板電容器的兩板間，它飛離電場時(shí)的偏轉(zhuǎn)距離為d.如果換成一個(gè)兩價(jià)氦離子以速度2v沿同樣的方向飛入該電場，則飛離電場時(shí)的偏轉(zhuǎn)距離為多少？練習(xí)4：如圖

8、所示，平行金屬板長為l，一個(gè)帶電為+q、質(zhì)量為m的粒子以初速度v0緊貼上板垂直射入電場，剛好從下板邊緣射出，末速度恰與下板成30°角，粒子重力不計(jì)，求：（1）粒子末速度大?。?）電場強(qiáng)度（3）兩極板間距離歸結(jié)2：三、帶電粒子在電場中先加速后偏轉(zhuǎn)問題3：如圖，質(zhì)量為m，帶負(fù)電q的粒子，在靜電力作用下，由靜止開始，經(jīng)過加速電壓u1加速后進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場u2，試求：（1）偏移的距離y？；（2）偏移的角度 ？小結(jié)：根據(jù)上式可知，粒子的偏角與 無關(guān)，僅決定于 .即不同的的帶電粒子從靜止經(jīng)過同一電場加速后進(jìn)入同一偏轉(zhuǎn)電場后，它們在電場中的偏轉(zhuǎn)角度總是 .練習(xí)5：一束電子流在經(jīng)u5000 v的加速電壓

9、加速后，在距兩極板等距處垂直進(jìn)入平行板間的勻強(qiáng)電場，如圖所示，若兩板間距d=1.0 cm，板長l=5.0 cm，那么，要使電子能從平行板間飛出，兩個(gè)極板上最多能加多大電壓?1、如圖所示，相距為d的兩塊平行金屬板m、n與電源相連，電鍵s閉合后，mn間有勻強(qiáng)電場，一個(gè)帶電粒子，垂直于電場方向從m板邊緣射入電場，恰好打在n板中央。若不計(jì)重力，下列說法正確的是：（ ）a若將n板向下移動d，可使粒子剛好飛出電場，b若將n板向下移動2d，可使粒子剛好飛出電場，c若s打開，為使粒子剛好飛出電場，可將n板向下移動dd若s打開，為使粒子剛好飛出電場，可將n板向下移動3d2、一個(gè)動能為k 的帶電粒子，垂直于電場線

10、方向飛入平行板電容器，飛出電容器時(shí)動能為2k ，如果使這個(gè)帶電粒子的初速度變?yōu)樵瓉淼膬杀?，那么它飛出電容器時(shí)的動能變?yōu)椋海?）a8k； b425k ；c5k； d4k3、如圖所示，一個(gè)帶電粒子，從粒子源飄入（初速度很小，可忽略不計(jì)）電壓為u1的加速電場，經(jīng)加速后從小孔s沿平行金屬板a、b的中心線射入，a、b板長為l，相距為d，電壓為u2。則帶電粒子能從a、b板間飛出，應(yīng)該滿足的條件是（ ）a b c dlbm,qdv0a4. 如圖所示，水平放置的平行板電容器，原來兩板不帶電，上極板接地，它的極板長l = 0.1m，兩板間距離 d = 0.4 cm，有一束相同微粒組成的帶電粒子流從兩板中央平行極板射入，由于重力作用微粒能落到下板上，已知微粒質(zhì)量為 m = 2×10-6kg，電量q = 1×10-8 c，電容器電容為c =10-6 f求(1) 為使第一粒子能落點(diǎn)范圍在下板中點(diǎn)到緊靠邊緣的b點(diǎn)之內(nèi)，則微粒入射速度v0應(yīng)為多少？(2) 以上述速度入射的帶電粒子，最多能有多少落到下極板上？ 1、