难点解析:带电粒子在电场中的运动
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一、教学目标1. 让学生了解带电粒子在电场中的受力特点和运动规律。
2. 使学生掌握电场强度的定义和计算方法。
3. 培养学生运用物理知识解决实际问题的能力。
二、教学内容1. 带电粒子在电场中的受力分析。
2. 电场强度的定义及其计算公式。
3. 带电粒子在电场中的运动规律。
4. 电场力做功与电势能的关系。
5. 电场线及其特点。
三、教学重点与难点1. 重点:带电粒子在电场中的受力分析,电场强度的定义和计算方法,带电粒子在电场中的运动规律。
2. 难点:电场力做功与电势能的关系,电场线的绘制和理解。
四、教学方法1. 采用多媒体课件辅助教学,直观展示带电粒子在电场中的运动现象。
2. 利用物理实验,让学生亲身体验带电粒子在电场中的受力和运动。
3. 引导学生运用物理知识解决实际问题,提高学生的应用能力。
4. 采用分组讨论、互动提问等方式,激发学生的学习兴趣和思考能力。
五、教学过程1. 引入:通过展示电场现象,引导学生关注带电粒子在电场中的运动。
2. 讲解:讲解带电粒子在电场中的受力分析,电场强度的定义和计算方法,带电粒子在电场中的运动规律。
3. 实验:安排学生进行电场实验,观察带电粒子在电场中的受力和运动。
4. 应用:让学生运用所学知识解决实际问题,如计算带电粒子在电场中的受力和运动轨迹。
6. 作业:布置相关练习题,巩固所学知识。
7. 拓展:介绍电场在实际应用中的例子,激发学生的学习兴趣。
六、教学评价1. 评价学生对带电粒子在电场中受力分析的理解程度。
2. 评价学生对电场强度定义和计算方法的掌握情况。
3. 评价学生对带电粒子在电场中运动规律的应用能力。
4. 评价学生对电场力做功与电势能关系的理解。
5. 评价学生对电场线的绘制和理解的掌握程度。
七、教学资源1. 多媒体课件:用于展示带电粒子在电场中的运动现象和电场线的绘制。
2. 实验器材:用于进行电场实验,观察带电粒子在电场中的受力和运动。
3. 练习题库:用于巩固学生对所学知识的理解和应用。
一、教学目标:1. 让学生了解带电粒子在电场中的基本概念和原理。
2. 使学生掌握带电粒子在电场中的运动规律。
3. 培养学生运用物理知识解决实际问题的能力。
二、教学内容:1. 电场的基本概念:电场、电场强度、电势等。
2. 带电粒子在电场中的受力分析:电场力、电场力与重力的合成。
3. 带电粒子在电场中的运动规律:直线运动、曲线运动。
4. 电场中的能量转化:电势能、动能、势能。
5. 电场中的守恒定律:电荷守恒定律、能量守恒定律。
三、教学重点与难点:1. 教学重点:带电粒子在电场中的受力分析、运动规律、能量转化。
2. 教学难点:带电粒子在复杂电场中的运动分析、能量转化计算。
四、教学方法:1. 采用多媒体教学,展示带电粒子在电场中的运动过程。
2. 利用物理实验,让学生直观地观察带电粒子在电场中的行为。
3. 引导学生运用物理知识解决实际问题,提高学生的实践能力。
五、教学安排:1. 第1课时:介绍电场的基本概念,电场强度、电势的定义。
2. 第2课时:讲解带电粒子在电场中的受力分析,电场力与重力的合成。
3. 第3课时:学习带电粒子在电场中的直线运动规律,如匀速直线运动、加速直线运动。
4. 第4课时:学习带电粒子在电场中的曲线运动规律,如圆周运动、螺旋运动。
5. 第5课时:探讨电场中的能量转化,电势能、动能、势能的变化。
六、教学安排(续):6. 第6课时:应用守恒定律分析电场中的粒子运动,电荷守恒定律和能量守恒定律的应用。
7. 第7课时:通过实例分析带电粒子在复杂电场中的运动,如非均匀电场、正负电荷间的相互作用。
8. 第8课时:练习题讲解,解决学生在作业中遇到的问题,巩固知识点。
9. 第9课时:开展小组讨论,探讨带电粒子在电场中运动的实际应用,如电子束聚焦、离子加速器等。
10. 第10课时:总结课程内容,进行课程复习,准备期末考试。
七、教学评价:1. 课堂提问:检查学生对带电粒子在电场中运动的理解程度。
2. 作业批改:评估学生对所学知识的掌握情况,纠正错误。
课题:9 、带电粒子在电场中的运动执教者:龙步来一、教学目标:1.了解带电粒子在电场中的运动——只受电场力,带电粒子做匀变速运动。
2.重点掌握初速度与场强方向垂直的带电粒子在电场中的运动(类平抛运动)。
3.知道示波管的主要构造和工作原理。
4.培养学生综合运用力学和电学的知识分析解决带电粒子在电场中的运动。
5.渗透物理学方法的教育:运用理想化方法,突出主要因素,忽略次要因素,不计粒子重力。
6.培养学生综合分析问题的能力,体会物理知识的实际应用。
二、重点:带电粒子在电场中的加速和偏转规律三、难点:带电粒子在电场中的偏转问题及应用。
四、课时:2个课时五、教学过程:(一)引入:复习力学及本章前面相关知识要点:动能定理、平抛运动规律、牛顿定律、场强等。
(二)授新1.带电粒子在电场中的运动情况(平衡、加速和减速)⑴.若带电粒子在电场中所受合力为零时,即∑F=0时,粒子将保持静止状态或匀速直线运动状态。
例:带电粒子在电场中处于静止状态,该粒子带正电还是负电?分析:带电粒子处于静止状态,∑F=0,mgqE ,因为所受重力竖直向下,所以所受电场力必为竖直向上。
又因为场强方向竖直向下,所以带电体带负电。
⑵.若∑F≠0(只受电场力)且与初速度方向在同一直线上,带电粒子将做加速或减速直线运动。
(变速直线运动)◎打入正电荷(右图),将做匀加速直线运动。
设电荷所带的电量为q ,板间场强为E电势差为U ,板距为d, 电荷到达另一极板的速度为v,则电场力所做的功为:qEL qU W == 粒子到达另一极板的动能为:221mv E k = 由动能定理有:221mv qU =(或221mv qEL = 对恒力)※若初速为v 0,则上列各式又应怎么样?让学生讨论并列出。
◎若打入的是负电荷(初速为v 0),将做匀减速直线运动,其运动情况可能如何,请学生讨论,并得出结论。
请学生思考和讨论课本P 33问题分析讲解例题1。
(详见课本P 33)【思考与讨论】若带电粒子在电场中所受合力∑F ≠0,且与初速度方向有夹角(不等于0°,180°),则带电粒子将做什么运动?(曲线运动)---引出2.带电粒子在电场中的偏转(不计重力,且初速度v 0⊥E ,则带电粒子将在电场中做类平抛运动)复习:物体在只受重力的作用下,被水平抛出,在水平方向上不受力,将做匀速直线运动,在竖直方向上只受重力,做初速度为零的自由落体运动。
带电粒子在电场中的运动【教学目标】1.理解带电粒子在电场中的运动规律,并能分析解决加速和偏转方向的问题。
2.知道示波管的构造和基本原理。
3.通过带电粒子在电场中加速、偏转过程分析,培养学生的分析、推理能力。
4.通过知识的应用,培养学生热爱科学的精神。
【教学重点】带电粒子在匀强电场中的运动规律。
【教学难点】综合应用力学和电学知识处理偏转问题。
【教学过程】一、新课导入教师活动:给学生抛出2012年全世界粒子物理学界最振奋人心的消息:发现“上帝粒子”。
给大家讲述中国科学院卡弗里理论物理研究所2012年KITPC拓展项目活动,欧洲核子中心大型强子对撞机原理。
结合北京正负电子对撞机的图片讲述参观感受,介绍电子直线加速原理与世界粒子物理研究前沿对接,引入新课。
二、新课教学1.教学任务:带电粒子在电场中的的平衡问题师生活动:出示问题问题1:水平放置的两平行金属板间有一匀强电场,已知板间距离为d=5cm,有一质量为m=1.0×10-9kg、带负电的液滴悬浮其中,其电荷量为5.0×10-12C,要使液滴处于静止状态,两极板间应加多大的电势差?哪块极板的电势较高?以提问的方式,师生共同分析得出结论,投影解题过程。
学生回答:略2.教学任务:带电粒子的加速师生活动:出示问题问题2:如图,两平行极板之间的距离为d,板间存在场强为E的匀强电场,有一电荷量为e,质量为m的电子,从左侧极板附近由静止加速,求:电子的加速度、到达右侧极板时的速度及所需时间。
问题3:如图,两平行极板之间的距离为d ,板间电压为U ,有一电荷量为e ,质量为m 的电子,从左侧极板附近由静止加速,求:电子的加速度、到达右侧极板时的速度及所需时间。
问题4:如图,两平行极板之间的距离为d ,板间电压为U ,有一电荷量为e ,质量为m 的电子,以初速度为v 0从左侧极板附近加速,求:电子的加速度和到达右侧极板时的速度。
学生分三组,分别完成问题2、问题3和问题4,分别汇报结果。
《带电粒子在电场中的运动》高中物理教案一、教学目标1.知识与技能:o理解带电粒子在电场中受到的电场力,知道电场力对带电粒子运动的影响。
o掌握带电粒子在匀强电场中的运动规律,包括直线运动和偏转运动。
o能够应用电场知识和牛顿运动定律分析带电粒子在电场中的运动问题。
2.过程与方法:o通过实验和模拟演示,让学生直观感受带电粒子在电场中的运动情况。
o引导学生通过分析和讨论,理解带电粒子在电场中运动的规律,并能应用于实际问题。
3.情感态度与价值观:o激发学生对电场和带电粒子运动的兴趣和好奇心。
o培养学生的物理直觉和逻辑推理能力,鼓励学生在科学探究中积极尝试。
二、教学重点与难点1.教学重点:带电粒子在匀强电场中的运动规律,包括直线运动和偏转运动。
2.教学难点:带电粒子在电场中的偏转运动,特别是侧移量和偏转角的计算。
三、教学准备1.实验器材:电场演示仪、带电粒子加速器模型、示波器等。
2.多媒体课件:包含带电粒子在电场中运动的模拟动画、实验演示视频、例题解析等。
四、教学过程1.导入新课o回顾电场和电场力的相关知识,引出带电粒子在电场中运动的主题。
o提问学生:“如果有一个带电粒子进入电场,它会受到怎样的影响?它的运动会发生怎样的变化?”2.新课内容讲解o带电粒子在电场中受到的电场力:根据电场强度的定义和库仑定律,推导带电粒子在电场中受到的电场力公式。
o带电粒子在匀强电场中的直线运动:分析带电粒子初速度与电场线方向相同和垂直两种情况下的直线运动规律。
o带电粒子在匀强电场中的偏转运动:通过类比平抛运动,讲解带电粒子在垂直于电场线方向上的匀速直线运动和沿电场线方向上的匀加速直线运动,进而推导侧移量和偏转角的计算公式。
3.实验探究o演示带电粒子在电场中的运动实验,让学生观察带电粒子的运动轨迹和偏转情况。
o引导学生分析实验数据,验证带电粒子在电场中运动的规律,并尝试计算侧移量和偏转角。
4.课堂练习与讨论o出示相关练习题,让学生运用所学知识分析带电粒子在电场中的运动问题,并进行计算。
带电粒子在电场中的运动一、带电粒子在电场中的直线运动1.做直线运动的条件(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.用动力学观点分析a =qE m ,E =U d,v 2-v 02=2ad . 3.用功能观点分析匀强电场中:W =Eqd =qU =12mv 2-12mv 02 非匀强电场中:W =qU =E k2-E k1●带电粒子在匀强电场中的直线运动【例1】如图所示,三块平行放置的带电金属薄板A 、B 、C 中央各有一小孔,小孔分别位于O 、M 、P 点.由O 点静止释放的电子恰好能运动到P 点.现将C 板向右平移到P ′点,则由O 点静止释放的电子( )图6A .运动到P 点返回B .运动到P 和P ′点之间返回C .运动到P ′点返回D .穿过P ′点【答案】A【解析】根据平行板电容器的电容的决定式C = εr S 4πkd 、定义式C =Q U和匀强电场的电压与电场强度的关系式U =Ed 可得E = 4πkQ εr S,可知将C 板向右平移到P ′点,B 、C 两板间的电场强度不变,由O 点静止释放的电子仍然可以运动到P 点,并且会原路返回,故选项A 正确.【变式1】 两平行金属板相距为d ,电势差为U ,一电子质量为m ,电荷量为e ,从O 点沿垂直于极板的方向射入,最远到达A 点,然后返回,如图所示,OA =h ,此电子具有的初动能是( )A.edh U B .edUh C.eU dh D.eUh d【答案】D【解析】由动能定理得:-e U d h =-E k ,所以E k =eUh d,故D 正确. 二、带电粒子在交变电场中的直线运动【例2】 匀强电场的电场强度E 随时间t 变化的图象如图所示.当t =0时,在此匀强电场中由静止释放一个带电粒子(带正电),设带电粒子只受电场力的作用,则下列说法中正确的是( )A .带电粒子将始终向同一个方向运动B .2 s 末带电粒子回到原出发点C .3 s 末带电粒子的速度不为零D .0~3 s 内,电场力做的总功为零【答案】D【解析】由牛顿第二定律可知带电粒子在第1 s 内的加速度和第2 s 内的加速度的关系,因此粒子将先加速1 s 再减速0.5 s ,速度为零,接下来的0.5 s 将反向加速……,v -t 图象如图所示,根据图象可知选项A 错误;由图象可知前2 s 内的位移为负,故选项B 错误;由图象可知3 s 末带电粒子的速度为零,故选项C 错误;由动能定理结合图象可知0~3 s 内,电场力做的总功为零,故选项D 正确.●带电粒子在电场力和重力作用下的直线运动问题【例3】如图所示,在竖直放置间距为d 的平行板电容器中,存在电场强度为E 的匀强电场.有一质量为m 、电荷量为+q 的点电荷从两极板正中间处静止释放.重力加速度为g .则点电荷运动到负极板的过程( )A .加速度大小为a =Eq m+g B .所需的时间为t =dm Eq C .下降的高度为y =d 2D .电场力所做的功为W =Eqd 【答案】B【解析】点电荷受到重力、电场力的作用,所以a =(Eq )2+(mg )2m ,选项A 错误;根据运动独立性,水平方向点电荷的运动时间为t ,则d 2=12Eq mt 2,解得t =md Eq ,选项B 正确;下降高度y =12gt 2=mgd 2Eq,选项C 错误;电场力做功W =Eqd 2,选项D 错误. 【例4】如图所示,一带电液滴在重力和匀强电场对它的作用力作用下,从静止开始由b 沿直线运动到d ,且bd 与竖直方向所夹的锐角为45°,则下列结论不正确的是( )A .此液滴带负电B .液滴的加速度大小为2gC .合力对液滴做的总功等于零D .液滴的电势能减少【答案】C【解析】带电液滴由静止开始沿bd 做直线运动,所受的合力方向必定沿bd 直线,液滴受力情况如图所示,电场力方向水平向右,与电场方向相反,所以此液滴带负电,故选项A 正确;由图知液滴所受的合力F =2mg ,其加速度为a =F m =2g ,故选项B 正确;因为合力的方向与运动的方向相同,故合力对液滴做正功,故选项C 错误;由于电场力所做的功W 电=Eqx bd sin 45°>0,故电场力对液滴做正功,液滴的电势能减少,故选项D 正确.三、带电粒子在电场中的偏转1.两个结论(1)不同的带电粒子从静止开始经过同一电场加速后再从同一偏转电场射出时,偏移量和偏转角总是相同的.证明:由qU 0=12mv 02 y =12at 2=12·qU 1md ·(l v 0)2 tan θ=qU 1l mdv 02得:y =U 1l 24U 0d ,tan θ=U 1l 2U 0d(2)粒子经电场偏转后,合速度的反向延长线与初速度延长线的交点O 为粒子水平位移的中点,即O 到偏转电场边缘的距离为l 2. 2.功能关系当讨论带电粒子的末速度v 时也可以从能量的角度进行求解:qU y =12mv 2-12mv 02,其中U y =U dy ,指初、末位置间的电势差.【例5】 质谱仪可对离子进行分析.如图所示,在真空状态下,脉冲阀P 喷出微量气体,经激光照射产生电荷量为q 、质量为m 的正离子,自a 板小孔进入a 、b 间的加速电场,从b 板小孔射出,沿中线方向进入M 、N 板间的偏转控制区,到达探测器(可上下移动).已知a 、b 板间距为d ,极板M 、N 的长度和间距均为L ,a 、b 间的电压为U 1,M 、N 间的电压为U 2.不计离子重力及进入a 板时的初速度.求:(1)离子从b 板小孔射出时的速度大小;(2)离子自a 板小孔进入加速电场至离子到达探测器的全部飞行时间;(3)为保证离子不打在极板上,U 2与U 1应满足的关系.【答案】 (1)2qU 1m (2)(2d +L )m 2qU 1(3) U 2<2U 1 【解析】(1)由动能定理qU 1=12mv 2,得v =2qU 1m (2)离子在a 、b 间的加速度a 1=qU 1md 在a 、b 间运动的时间t 1=v a 1=2m qU 1·d 在MN 间运动的时间:t 2=Lv =L m 2qU 1离子到达探测器的时间:t =t 1+t 2=(2d +L )m 2qU 1; (3)在MN 间侧移:y =12a 2t 22=qU 2L 22mLv 2=U 2L 4U 1由y <L2,得 U 2<2U 1. 【变式2】 如图所示,电荷量之比为q A ∶q B =1∶3的带电粒子A 、B 以相同的速度v 0从同一点出发,沿着跟电场强度垂直的方向射入平行板电容器中,分别打在C 、D 点,若OC =CD ,忽略粒子重力的影响,则下列说法不正确的是( )A .A 和B 在电场中运动的时间之比为1∶2B .A 和B 运动的加速度大小之比为4∶1C .A 和B 的质量之比为1∶12D .A 和B 的位移大小之比为1∶1【答案】D【解析】粒子A 和B 在匀强电场中做类平抛运动,水平方向由x =v 0t 及OC =CD 得,t A ∶t B =1∶2;竖直方向由h =12at 2得a =2h t 2,它们沿竖直方向运动的加速度大小之比为a A ∶a B =4∶1;根据a =qE m 得m =qE a ,故m A m B =112,A 和B 的位移大小不相等,故选项A 、B 、C 正确,D 错误.【变式3】 如图所示,喷墨打印机中的墨滴在进入偏转电场之前会带上一定量的电荷,在电场的作用下带电荷的墨滴发生偏转到达纸上.已知两偏转极板长度L =1.5×10-2 m ,两极板间电场强度E =1.2×106 N/C ,墨滴的质量m =1.0×10-13 kg ,电荷量q =1.0×10-16 C ,墨滴在进入电场前的速度v 0=15 m/s ,方向与两极板平行.不计空气阻力和墨滴重力,假设偏转电场只局限在平行极板内部,忽略边缘电场的影响.(1)判断墨滴带正电荷还是负电荷?(2)求墨滴在两极板之间运动的时间;(3)求墨滴离开电场时在竖直方向上的位移大小y .【答案】(1)负电荷 (2)1.0×10-3 s (3)6.0×10-4 m【解析】(1)负电荷.(2)墨滴在水平方向做匀速直线运动,那么墨滴在两板之间运动的时间t =L v 0.代入数据可得:t =1.0×10-3 s(3)离开电场前墨滴在竖直方向做初速度为零的匀加速直线运动,a =Eq m代入数据可得:a =1.2×103 m/s 2离开偏转电场时在竖直方向的位移y =12at 2 代入数据可得:y =6.0×10-4 m.。
压轴题05带电粒子在电场中的运动1.本专题是电场的典型题型,包括应用静电力的知识解决实际问题。
高考中既可以在选择题中命题,更会在计算题中命题。
2024年高考对于电场的考查仍然是热点。
2.通过本专题的复习,不仅利于完善学生的知识体系,也有利于培养学生的物理核心素养。
3.用到的相关知识有:电场力的性质、电场力能性质、带电粒子在电场中的平衡、加速、偏转等。
近几年的高考命题中一直都是以压轴题的形式存在,重点考查类型静电场的性质,电容器的动态分析,电场中的图像问题,带电粒子在电场中的运动问题,力电综合问题等。
考向一:静电场力的性质1.库仑定律(1)内容:真空中两个静止点电荷之间的相互作用力,与它们的电荷量的乘积成正比,与它们的距离的二次方成反比,作用力的方向在它们的连线上.(2)表达式:F=k q1q2r2,式中k=9.0×109N·m2/C2,叫做静电力常量.(3)适用条件:真空中的点电荷.①在空气中,两个点电荷的作用力近似等于真空中的情况,可以直接应用公式;②当两个带电体的间距远大于本身的大小时,可以把带电体看成点电荷.(4)库仑力的方向:由相互作用的两个带电体决定,且同种电荷相互排斥,异种电荷相互吸引.(5)应用库仑定律的四条提醒a.在用库仑定律公式进行计算时,无论是正电荷还是负电荷,均代入电量的绝对值计算库仑力的大小.b.两个点电荷间相互作用的库仑力满足牛顿第三定律,大小相等、方向相反.c.库仑力存在极大值,由公式F=k q1q2r2可以看出,在两带电体的间距及电量之和一定的条件下,当q1=q2时,F最大.d.对于两个带电金属球,要考虑金属球表面电荷的重新分布.2.电场强度的三个公式的比较电场强度――――→点电荷电场E =k Q r 2―――→任何电场E =F q ―――→匀强电场E =U d ――→叠加平行四边形定则3.电场强度的计算与叠加在一般情况下可由上述三个公式计算电场强度,但在求解带电圆环、带电平面等一些特殊带电体产生的电场强度时,上述公式无法直接应用。
带电粒子在电场中的运动一、难点突破策略:带电微粒在电场中运动是电场知识和力学知识的结合,分析方法和力学的分析方法是基本相同的:先受力分析,再分析运动过程,选择恰当物理规律解题。
处理问题所需的知识都在电场和力学中学习过了,关键是怎样把学过的知识有机地组织起来,这就需要有较强的分析与综合的能力,为有效突破难点,学习中应重视以下几方面:1.在分析物体受力时,是否考虑重力要依据具体情况而定。
(1)基本粒子:如电子、质子、α粒子、离子等,除有说明或有明确的暗示以外一般都忽略不计。
(2)带电颗粒:如尘埃、液滴、小球等,除有说明或有明确的暗示以外一般都不能忽略。
“带电粒子”一般是指电子、质子及其某些离子或原子核等微观的带电体,它们的质量都很小,例如:电子的质量仅为0.91×10-30千克、质子的质量也只有1.67×10-27千克。
(有些离子和原子核的质量虽比电子、质子的质量大一些,但从“数量级”上来盾,仍然是很小的。
)如果近似地取g=10米/秒2,则电子所受的重力也仅仅是meg=0.91×10-30×10=0.91×10-29(牛)。
但是电子的电量为q=1.60×10-19库(虽然也很小,但相对而言10-19比10-30就大了10-11倍),如果一个电子处于E=1.0×104牛/库的匀强电场中(此电场的场强并不很大),那这个电子所受的电场力F=qE=1.60×10-19×1.0×104=1.6×10-15(牛),看起来虽然也很小,但是比起前面算出的重力就大多了(从“数量级”比较,电场力比重力大了1014倍),由此可知:电子在不很强的匀强电场中,它所受的电场力也远大于它所受的重力——qE>>meg 。
所以在处理微观带电粒子在匀强电场中运动的问题时,一般都可忽略重力的影响。
但是要特别注意:有时研究的问题不是微观带电粒子,而是宏观带电物体,那就不允许忽略重力影响了。
专题24 带电粒子在电场中的运动重点知识讲解 一、带电粒子在匀强电场中的加速1.带电粒子在电场中运动时,重力一般远小于静电力,因此重力可以忽略。
2.如图所示,匀强电场中有一带正电q 的粒子(不计重力),在电场力作用下从A 点加速运动到B 点,速度由v 0增加到v.,A 、B 间距为d ,电势差为U AB.(1)用动力学观点分析:Eq a m =, U E d=,2202v v ad -= (2)用能量的观点(动能定理)分析:2201122AB qU mv mv =- 能量观点既适用于匀强电场,也适用于非匀强电场,对匀强电场又有AB W qU qEd ==。
二、带电粒子在匀强电场中的偏转(1)带电粒子以垂直于电场线方向的初速度v 0进入匀强电场时,粒子做类平抛运动。
垂直于场强方向的匀速直线运动,沿场强方向的匀加速直线运动。
(2)偏转问题的处理方法,类似于平抛运动的研究方法,粒子沿初速度方向做匀速直线运动,可以确定通过电场的时间0lt v =。
粒子沿电场线方向做初速度为零的匀加速直线运动,加速度F qE qU a m m md===; 穿过电场的位移侧移量:221at y =222001().22Uq l ql U md v mv d=⋅=; 穿过电场的速度偏转角: 20tan y v qlU v mv dθ==。
两个结论:(1)不同的带电粒子从静止开始,经过同一电场加速后再进入同一偏转电场,射出时的偏转角度总是相同的。
(2)粒子经过电场偏转后,速度的反向延长线与初速度延长线的交点为粒子水平位移的中点。
(与平抛运动的规律一样) 三、示波管的构造原理(1)示波管的构造:示波器的核心部件是示波管,示波管的构造简图如图所示,也可将示波管的结构大致分为三部分,即电子枪、偏转电极和荧光屏。
(2)示波管的原理a 、偏转电极不加电压时,从电子枪射出的电子将沿直线运动,射到荧光屏的中心点形成一个亮斑。
b 、在XX '(或YY ')加电压时,则电子被加速,偏转后射到XX '(或YY ')所在直线上某一点,形成一个亮斑(不在中心),如图所示。
高中物理学习材料(马鸣风萧萧**整理制作)六、带电粒子在电场中的运动带电粒子在电场中的运动主要考查的内容主标题:带电粒子在电场中的运动副标题:剖析考点规律,明确高考考查重点,为学生备考提供简洁有效的备考策略。
关键词:带电粒子、电场难度:3重要程度:5内容:考点剖析:带电粒子在电场中的运动是高考的热点,几乎每年都有此类题目出现。
这类问题也是高考的难点,解题时一般用数学知识分析、计算,这是多数学生感到困难的地方。
很多试题与磁场的有关知识相结合出题,考查带电粒子在电场和磁场的复合场中的运动情况。
`带电粒子在电场中的运动,综合了静电场和力学知识,分析方法和力学的分析方法基本相同:先分析受力情况,再根据初始状态分析粒子的运动性质(平衡、加速或减速,是直线还是曲线,是类平抛运动还是圆周运动,或是简谐振动等),然后选用恰当的规律解题。
解题步骤如下:1.确定研究对象(某个带电体);2.分析带电体所受的外力;3.根据题意分析物理过程,应注意讨论各种情况,分析题中的隐含条件,这是解题的关键;4.根据物理过程、已知条件和所求的物理量,选择恰当的力学规律求解;5.对所得结果进行讨论。
在对带电粒子进行受力分析时,要注意两点:1.要掌握电场力的特点,如电场力的大小和方向不仅跟场强的大小和方向有关,还与带电粒子的电量和电性有关;在匀强电场中,同一带电粒子所受的电场力处处是恒力;在非匀强电场中,同一带电粒子在不同位置所受的电场力不同。
2.是否考虑重力要依据具体情况而定:(1)基本粒子:如电子、质子、氘核、氚核、α粒子、离子等,一般都不考虑重力(但并不忽略质量)。
(2)带电微粒:如液滴、尘埃、小球等,除有说明或明确的暗示以外,一般都不能忽略重力。
带电粒子的速度大小发生变化的过程是其他形式的能和动能之间的转化过程,解决这类问题,是恒力作用时,可用牛顿运动定律和运动学公式来求解,而普遍适用的是动能定理和能量守恒定律。
如选用动能定理,则要分清有哪些力做功,做的是正功还是负功,是恒力做功还是变力做功。
难点7 带电粒子在电场中偏转的三个重要结论
关于带电粒子在电场的运动问题,高考题中经常出现,下面我们先看一个情景:
例:如图所示,板长为l1,板间距离为d,板间电压为U偏,带电粒子沿平行于带电金属板以初速度v0进入偏转电场,推导粒子飞出电场时速度的方向改变角θ,侧移量y
从例题可以得出结论有三:
结论一、不同带电粒子从静止进入同一电场加速后再垂直进入同一偏转电场,射出时的偏转角度和位移偏转量y是相同的,与粒子的q、m无关。
例.如图所示,电子在电势差为U1的加速电场中由静止开始运动,然后射入电势差为U2的两块平行极板间的电场中,射入方向跟极板平行,整个装置处在真空中,重力可忽略,在满足电子能射出平行板区的条件下,下述四种情况中,一定能使电子的偏转角θ变大的是()
A.U1变大、U2变大 B.U1变小、U2变大
C.U1变大、U2变小 D.U1变小、U2变小
结论二、粒子垂直进入电场偏转射出后,速度的反向延长线与初速度延长线的交点为粒子水平位移中点。
(粒子好像是从中点直线射出!)
例:求解情景中粒子打到荧光屏上的高度Y
结论三、粒子垂直飞入电场偏转射出时,速度偏转角正切值()等于位移偏转角正
切值()的两倍()。
*难点歼灭训练
1.真空中的某装置如图所示,其中平行金属板A 、B 之间有加速电场,C 、D 之间有偏转电场,M 为荧光屏.今有质子、氘核和α粒子均由A 板从静止开始被加速电场加速后垂直于电场方向进入偏转电场,最后打在荧光屏上.已知质子、氘核和α粒子的质量之比为1∶2∶4,电荷量之比为1∶1∶2,则下列判断中正确的是( )
A .三种粒子从
B 板运动到荧光屏经历的时间相同
B .三种粒子打到荧光屏上的位置相同
C .偏转电场的电场力对三种粒子做功之比为1∶2∶2
D .偏转电场的电场力对三种粒子做功之比为1∶2∶4
2.如图所示,带正电的粒子以一定的初速度v 0沿两板的中线进入水平放置的平行金属板内,恰好沿下板的边缘飞出,已知板长为L ,板间的距离为d ,板间电压为U ,带电粒子的电荷量为q ,粒子通过平行金属板的时间为t ,不计粒子的重力,则( )
A .在前t 2时间内,电场力对粒子做的功为Uq 4
B .在后t 2时间内,电场力对粒子做的功为38
Uq C .在粒子下落前d 4和后d 4
的过程中,电场力做功之比为1∶2 D .在粒子下落前d 4和后d 4
的过程中,电场力做功之比为2∶1 3.如图所示,放射源发射一价和两价的铜离子,铜离子的初速忽略不计,它们经过同一加速电场后,再经同一偏转电场,然后落在屏上,若不计重力,则( ).
A .两离子打在屏上速度相同
B .从离开偏转电场算起,两价离子飞到屏上的时间短
C .离子经过加速电场时,两价离子受到的电场力的功大
D .这两种离子在屏上偏离o 点的距离相等
4.如图是一个示波管工作的原理图,电子经加速电场(加速电压为U 1)加速后垂直进入偏转电场,离开偏转电场时偏转量是h ,两平行板间的距离为d ,电压为U 2,板长为L ,每单位电压引起的偏移h/U 2,叫做示波管的灵敏度,为了提高灵敏度,可采用下列哪些方( )
A .增大U 2
B .减小L
C .减小d
D .减小 U 1
5如图所示,真空室中速度v 0=1.6×107m /s 的电子束,连续地沿两水平金属板中心线OO ′射入,已知极板长l=4cm ,板间距离d=1cm ,板右端距离荧光屏PQ 为L=18cm .电子电荷量e=1.6×10-19C ,质量m=0.91×10-30kg .若在电极ab 上加u=220sin 100p t(V )的交变电压,在荧光屏的竖直坐标轴y 上能观测到多长的线段?(设极板间的电场是均匀的、两板外无电场、荧光屏足够大)
6.如图所示,水平放置的平行板电容器,与某一电源相连,它的极板长L =0.4 m ,两板间距离
d =4×10-3 m ,有一束由相同带电微粒组成的粒子流,以相同的速度v 0从两板中央平行极板射入,开关S 闭合前,两板不带电,由于重力作用微粒能落到下板的正中央,已知微粒质量
为m =4×10-5 kg ,电量q =+1×10-8 C .(g =10 m/s 2)求:
(1)微粒入射速度v 0为多少?
(2)为使微粒能从平行板电容器的右边射出电场,电容器的上板应与电源的正极还是负极相连?所加的电压U 应取什么范围?
7.如图所示,在空间中取直角坐标系Oxy ,在第一象限内平行于y 轴的虚线MN 与y 轴距离为 d ,从y 轴到MN 之间的区域充满一个沿y 轴正方向的匀强电场,场强大小为E 。
初速度可以忽 略的电子经过另一个电势差为U 的电场加速后,从y 轴上的A 点以平行于x 轴的方向射入第一
象限区域,A 点坐标为(0,h )。
已知电子的电量为e ,质量为m ,加速电场的电势差U >Ed 2
4h , 电子的重力忽略不计,求:
(1)电子从A点进入电场到离开该电场区域所经历的时间t和离开电场区域时的速度v;(2)电子经过x轴时离坐标原点O的距离l。