高中物理第一章靜電場(chǎng)第9節(jié)帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)講義新人教版必修

9帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)第一章

靜電場(chǎng)[學(xué)科素養(yǎng)與目標(biāo)要求]科學(xué)思維：1.能夠從運(yùn)動(dòng)和力、功和能的角度分析帶電粒子在電場(chǎng)中的直線運(yùn)動(dòng)問題，通過綜合應(yīng)用牛頓第二定律、動(dòng)能定理解題的過程，提高科學(xué)推理能力.2.建立帶電粒子在交變電場(chǎng)中直線運(yùn)動(dòng)的思維模型.內(nèi)容索引重點(diǎn)探究啟迪思維探究重點(diǎn)達(dá)標(biāo)檢測(cè)檢測(cè)評(píng)價(jià)達(dá)標(biāo)過關(guān)自主預(yù)習(xí)預(yù)習(xí)新知夯實(shí)基礎(chǔ)自主預(yù)習(xí)1.基本粒子的受力特點(diǎn)：對(duì)于質(zhì)量很小的基本粒子，如電子、質(zhì)子等，它們受到重力的作用一般

靜電力，故可以

.2.帶電粒子的加速：(1)運(yùn)動(dòng)分析：帶電粒子從靜止釋放，將沿

方向在勻強(qiáng)電場(chǎng)中做勻加速運(yùn)動(dòng).(2)末速度大?。焊鶕?jù)qU＝

，得v＝

.遠(yuǎn)小于忽略電場(chǎng)力[即學(xué)即用]

判斷下列說法的正誤.(1)質(zhì)量很小的粒子不受重力的作用.(

)(2)動(dòng)能定理能分析勻強(qiáng)電場(chǎng)中的直線運(yùn)動(dòng)問題，也能分析非勻強(qiáng)電場(chǎng)中的直線運(yùn)動(dòng)問題.(

)(3)利用牛頓運(yùn)動(dòng)定律結(jié)合運(yùn)動(dòng)學(xué)公式可分析勻強(qiáng)電場(chǎng)中的直線運(yùn)動(dòng)問題，也可分析非勻強(qiáng)電場(chǎng)中的直線運(yùn)動(dòng)問題.(

)(4)當(dāng)電子在電場(chǎng)中做加速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，電場(chǎng)力做負(fù)功，電勢(shì)能增加，動(dòng)能增加.(

)答案×√××重點(diǎn)探究[導(dǎo)學(xué)探究]

如圖1所示，平行板電容器兩板間的距離為d，電勢(shì)差為U.一質(zhì)量為m、帶正電荷為q的α粒子，在電場(chǎng)力的作用下由靜止開始從正極板A向負(fù)極板B運(yùn)動(dòng).(1)比較α粒子所受電場(chǎng)力和重力的大小，說明重力能否忽略不計(jì)(α粒子質(zhì)量是質(zhì)子質(zhì)量的4倍，即mα＝4×1.67×10－27kg，電荷量是質(zhì)子的2倍).答案一、帶電粒子在電場(chǎng)中的直線運(yùn)動(dòng)圖1答案α粒子所受電場(chǎng)力大、重力?。灰蛑亓h(yuǎn)小于電場(chǎng)力，故可以忽略重力.(2)α粒子的加速度是多大(結(jié)果用字母表示)？在電場(chǎng)中做何種運(yùn)動(dòng)？答案(3)計(jì)算粒子到達(dá)負(fù)極板時(shí)的速度大小(嘗試用不同的方法求解，結(jié)果用字母表示).答案答案方法1利用動(dòng)能定理求解.在帶電粒子的運(yùn)動(dòng)過程中，電場(chǎng)力對(duì)它做的功是W＝qU設(shè)帶電粒子到達(dá)負(fù)極板時(shí)的速率為v，方法2利用牛頓運(yùn)動(dòng)定律結(jié)合運(yùn)動(dòng)學(xué)公式求解.設(shè)粒子到達(dá)負(fù)極板時(shí)所用時(shí)間為t，[知識(shí)深化]1.帶電粒子的分類及受力特點(diǎn)(1)電子、質(zhì)子、α粒子、離子等基本粒子，一般都不考慮重力.(2)質(zhì)量較大的微粒：帶電小球、帶電油滴、帶電顆粒等，除有說明或有明確的暗示外，處理問題時(shí)一般都不能忽略重力.2.分析帶電粒子在電場(chǎng)力作用下加速運(yùn)動(dòng)的兩種方法(1)利用牛頓第二定律F＝ma和運(yùn)動(dòng)學(xué)公式，只能用來分析帶電粒子的勻變速運(yùn)動(dòng).例1如圖2所示，M和N是勻強(qiáng)電場(chǎng)中的兩個(gè)等勢(shì)面，相距為d，電勢(shì)差為U，一質(zhì)量為m(不計(jì)重力)、電荷量為－q的粒子，以速度v0通過等勢(shì)面M垂直射入兩等勢(shì)面之間，則該粒子穿過等勢(shì)面N的速度應(yīng)是圖2解析答案√針對(duì)訓(xùn)練如圖3所示，電子由靜止開始從A板向B板運(yùn)動(dòng)，到達(dá)B板的速度為v，保持兩板間的電勢(shì)差不變，則解析答案圖3A.當(dāng)減小兩板間的距離時(shí)，速度v增大B.當(dāng)減小兩板間的距離時(shí)，速度v減小C.當(dāng)減小兩板間的距離時(shí)，速度v不變D.當(dāng)減小兩板間的距離時(shí)，電子在兩板間運(yùn)動(dòng)的時(shí)間變長√帶電體在電場(chǎng)中受電場(chǎng)力和重力作用，當(dāng)帶電體所受合外力為零時(shí)，將做勻速直線運(yùn)動(dòng)，當(dāng)帶電體所受合外力不為零，且合外力的方向與速度方向在一條直線上時(shí)將做加速或減速直線運(yùn)動(dòng).分析方法：(1)力和加速度方法——牛頓運(yùn)動(dòng)定律、勻變速直線運(yùn)動(dòng)公式；(2)功和能方法——?jiǎng)幽芏ɡ恚?3)能量方法——能量守恒定律.二、帶電體在重力場(chǎng)和電場(chǎng)疊加場(chǎng)中的直線運(yùn)動(dòng)例2如圖4所示，充電后的平行板電容器水平放置，電容為C，極板間距離為d，上極板正中有一小孔.質(zhì)量為m、電荷量為＋q的小球從小孔正上方高h(yuǎn)處由靜止開始下落，穿過小孔到達(dá)下極板處速度恰好為零(空氣阻力忽略不計(jì)，極板間電場(chǎng)可視為勻強(qiáng)電場(chǎng)，重力加速度為g).求：(1)小球到達(dá)小孔處的速度大??；圖4解析答案(2)極板間電場(chǎng)強(qiáng)度大小和電容器所帶電荷量；解析答案解析

在極板間帶電小球受重力和電場(chǎng)力作用，由牛頓第二定律得：mg－qE＝ma由運(yùn)動(dòng)學(xué)公式知：0－v2＝2ad由U＝Ed，Q＝CU，(3)小球從開始下落到運(yùn)動(dòng)到下極板處所用的時(shí)間.解析答案解析

設(shè)小球做自由落體運(yùn)動(dòng)所用時(shí)間為t1，電場(chǎng)中小球做勻減速運(yùn)動(dòng)所用時(shí)間為t2，例3

(2018·山東濟(jì)南市高一下期末)如圖5所示，一勻強(qiáng)電場(chǎng)，場(chǎng)強(qiáng)方向水平向左.一個(gè)質(zhì)量為m、帶電荷量為＋q的小球，從O點(diǎn)出發(fā)，初速度的大小為v0，在電場(chǎng)力與重力的作用下，恰能沿與場(chǎng)強(qiáng)的反方向成θ角做直線運(yùn)動(dòng).(重力加速度為g)求：解析答案圖5(1)勻強(qiáng)電場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)大小；解析答案(2)小球從O點(diǎn)到最高點(diǎn)的距離；解析答案(3)小球運(yùn)動(dòng)到的最高點(diǎn)與O點(diǎn)的電勢(shì)差.例4在如圖6所示的平行板電容器的兩板A、B上分別加如圖7甲、乙所示的兩種電壓，開始B板的電勢(shì)比A板高.在電場(chǎng)力作用下原來靜止在兩板中間的電子開始運(yùn)動(dòng).若兩板間距離足夠大且不計(jì)重力，試分析電子分別在甲、乙兩種交變電壓作用下的運(yùn)動(dòng)情況，并畫出相應(yīng)的v－t圖象.答案三、帶電粒子在交變電場(chǎng)中的直線運(yùn)動(dòng)圖6甲

乙圖7答案見解析解析解析t＝0時(shí)，B板電勢(shì)比A板高，在電場(chǎng)力作用下，電子向B板(設(shè)為正向)做初速度為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng).(a)(b)1.當(dāng)空間存在交變電場(chǎng)時(shí)，粒子所受電場(chǎng)力方向?qū)㈦S著電場(chǎng)方向的改變而改變，粒子的運(yùn)動(dòng)性質(zhì)也具有周期性.2.研究帶電粒子在交變電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)需要分段研究，并輔以v－t圖象.特別注意帶電粒子進(jìn)入交變電場(chǎng)時(shí)的時(shí)刻及交變電場(chǎng)的周期.技巧點(diǎn)撥達(dá)標(biāo)檢測(cè)1.(帶電粒子的直線運(yùn)動(dòng))(2018·山東濟(jì)寧市高一下期末)如圖8所示，P和Q為兩平行金屬板，板間恒定電壓為U，一電子只在電場(chǎng)力作用下，從P板由靜止開始向Q板運(yùn)動(dòng).關(guān)于電子到達(dá)Q板時(shí)的速率，下列說法正確的是A.兩板間距離越大，電子獲得的速率就越大B.兩板間距離越小，電子獲得的速率就越大C.電子到達(dá)Q板時(shí)的速率，與兩板間距離無關(guān)D.以上說法都不正確答案1234√圖82.(帶電粒子的直線運(yùn)動(dòng))兩平行金屬板相距為d，電勢(shì)差為U，一電子質(zhì)量為m，電荷量為e，從O點(diǎn)沿垂直于極板的方向射出，最遠(yuǎn)到達(dá)A點(diǎn)，然后返回，如圖9所示，OA＝L，則此電子具有的初動(dòng)能是圖9√答案1234解析12343.(帶電粒子在交變電場(chǎng)中的直線運(yùn)動(dòng))(多選)如圖10甲所示，平行金屬板中央有一個(gè)靜止的電子(不計(jì)重力)，兩板間距離足夠大.當(dāng)兩板間加上如圖乙所示的交變電壓后，選項(xiàng)中的圖象反映電子速度v、位移x和加速度a三個(gè)物理量隨時(shí)間t的變化規(guī)律可能正確的是圖10√√1234答案解析123412344.(帶電體在疊加場(chǎng)中的直線運(yùn)動(dòng))(2018·山東聊城市高一下期末)如圖11所示，兩塊水平放置的平行金屬板M、N相距為d，組成一個(gè)電容為C的平行板電容器，M板接地，M板正中央有一個(gè)小孔B，從小孔B正上方高h(yuǎn)處的A點(diǎn)，一滴一滴地由靜止滴下質(zhì)量為m、電荷量為q的帶電油滴，油滴穿過B孔后落到N板，把全部電荷量傳給N板，M板也帶上等量的異種電荷，不計(jì)空氣阻力及板外電場(chǎng)的影響.重力