微型专题03-带电粒子在电场中的运动(四种题型)新教材高中物理必修三备课(新人教版)课件.pptx

1、新教材 新高考新人教版新人教版 必修三必修三第十第十章章 静电场中的能量静电场中的能量微型专题3 带电粒子在电场中的运动（四种题型）1新教材 新高考-2-带电粒子在电场中的运动带电粒子在电场中的运动1.加速问题(1)在匀强电场中:W=qEd=qU=。(2)在非匀强电场中:W=qU=。2.偏转问题(1)条件分析:不计重力的带电粒子以速度v0垂直于电场线方向飞入匀强电场。(2)运动性质:匀变速曲线运动。(3)处理方法:利用运动的合成与分解。沿初速度方向:做 匀速运动。沿电场方向:做初速度为零的 匀加速运动。新教材 新高考-3-新教材 新高考注意：某些带电体是否考虑重力，要根据题目暗示或运动状态来判

2、定.电场中的带电粒子一般可分为两类：1.带电的基本粒子：如电子，质子，带电的基本粒子：如电子，质子，粒子，正负离子等。这粒子，正负离子等。这些粒子所受重力和电场力相比小得多，除非有说明或明确的些粒子所受重力和电场力相比小得多，除非有说明或明确的暗示以外，一般都不考虑重力。（但并不能忽略质量）暗示以外，一般都不考虑重力。（但并不能忽略质量）2.2.带电微粒：如带电小球、液滴、尘埃等。除非有说明或明确的暗示以外，一般都考虑重力。4新教材 新高考带电粒子在匀强电场中运动状态：匀变速直线运动加速、减速匀变速曲线运动偏转平衡（F合=0）匀变速运动（F合0）静止匀速直线运动5新教材 新高考命题点一带电粒子

3、在电场中的直线运动1.做直线运动的条件做直线运动的条件(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.用动力学观点分析用动力学观点分析3.用功能观点分析用功能观点分析非匀强电场中：WqUEk2Ek16新教材 新高考-7-例1.如图所示,一充电后的平行板电容器的两极板相距l。在正极板附近有一质量为m0、电荷量为q(q0)的粒子;在负极板附近有另一质量为m、电荷量为-q的粒子。在电场力的作用下,两粒子同时从静止开始运动。已知两粒子同时经过一平行于正极板且与其相距l的平面。若两粒子间相

4、互作用力可忽略,不计重力,则m0m为()A.32B.21C.52D.31新教材 新高考思维点拨 1.带电体是否考虑重力的判断(1)微观粒子(如电子、质子、离子等),一般都不计重力。(2)带电微粒(如油滴、液滴、尘埃、小球等),一般要考虑重力。(3)原则上,所有未明确交代的带电体,都应根据题中运动状态和过程,反推是否考虑重力(即隐含条件)。8新教材 新高考2.带电体在匀强电场中的直线运动问题的分析方法 9新教材 新高考变式1.如图所示,板长l=4cm的平行板电容器,板间距离d=3cm,板与水平线夹角=37,两板所加电压为U=100V。有一带负电液滴,电荷量为q=310-10C,以v0=1m/s的

5、水平速度自A板边缘水平进入电场,在电场中仍沿水平方向并恰好从B板边缘水平飞出(g取10m/s2,sin37=0.6,cos37=0.8)。求:(1)液滴的质量;(2)液滴飞出时的速度。10新教材 新高考解析:(1)根据题意画出带电液滴的受力图如图所示,可得qEcos=mg代入数据得m=810-8kg。(2)因液滴沿水平方向运动,所以重力做功为零。对液滴由动能定理得11新教材 新高考命题点二带电粒子在交变电场中的运动1.常见的交变电场常见的交变电场常见的产生交变电场的电压波形有方形波、锯齿波、正弦波等.2.常见的题目类型常见的题目类型(1)粒子做单向直线运动(一般用牛顿运动定律求解).(2)粒子

6、做往返运动(一般分段研究).(3)粒子做偏转运动(一般根据交变电场特点分段研究).12新教材 新高考3.思维方法思维方法(1)注重全面分析(分析受力特点和运动规律)：抓住粒子的运动具有周期性和在空间上具有对称性的特征，求解粒子运动过程中的速度、位移、做功或确定与物理过程相关的边界条件.(2)从两条思路出发：一是力和运动的关系，根据牛顿第二定律及运动学规律分析；二是功能关系.(3)注意对称性和周期性变化关系的应用.13新教材 新高考例例2.如图(a)所示，两平行正对的金属板A、B间加有如图(b)所示的交变电压，一重力可忽略不计的带正电粒子被固定在两板的正中间P处.若在t0时刻释放该粒子，粒子会时

7、而向A板运动，时而向B板运动，并最终打在A板上.则t0可能属于的时间段是14新教材 新高考15新教材 新高考变式变式2.(多选)(2015山东理综20)如图甲所示，两水平金属板间距为d，板间电场强度的变化规律如图乙所示.t0时刻，质量为m的带电微粒以初速度v0沿中线射入两板间，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.重力加速度的大小为g.关于微粒在0T时间内运动的描述，正确的是A.末速度大小为B.末速度沿水平方向C.重力势能减少了mgdD.克服电场力做功为mgd16新教材 新高考17新教材 新高考命题点三带电粒子在电场中的偏转18新教材 新高考19新

8、教材 新高考20新教材 新高考例3.如图所示，电子由静止开始经加速电场加速后，沿平行于板面的方向射入偏转电场，并从另一侧射出.已知电子质量为m，电荷量为e，加速电场电压为U0，偏转电场可看做匀强电场，极板间电压为U，极板长度为L，板间距为d.(1)忽略电子所受重力，求电子射入偏转电场时的初速度v0和从电场射出时沿垂直板面方向的偏转距离y；(2)分析物理量的数量级，是解决物理问题的常用方法.在解决(1)问时忽略了电子所受重力，请利用下列数据分析说明其原因.已知U2.0102V，d4.0102m，m9.11031kg，e1.61019C，g10m/s2.21新教材 新高考解析解析(2)只考虑电子所

9、受重力和电场力的数量级，有重力Gmg1029N电场力F1015N由于FG，因此不需要考虑电子所受的重力.22新教材 新高考变式变式3.空间存在一方向竖直向下的匀强电场，O、P是电场中的两点.从O点沿水平方向以不同速度先后发射两个质量均为m的小球A、B.A不带电，B的电荷量为q(q0).A从O点发射时的速度大小为v0，到达P点所用时间为 ；B从O点到达P点所用时间为.重力加速度为g，求：(1)电场强度的大小；(2)B运动到P点时的动能23新教材 新高考解析(1)设电场强度的大小为E，小球B运动的加速度为a.根据牛顿第二定律、运动学公式和题给条件，有mgqEma解析(2)设B从O点发射时的速度为v

10、1，到达P点时的动能为Ek，O、P两点的高度差为h，根据动能定理有联立式得Ek2m(v02g2t2).24新教材 新高考命题点四 带电粒子在电场(复合场)中的圆周运动1.等效重力法等效重力法将重力与电场力进行合成，如图4所示，则F合为等效重力场中的“重力”，g为等效重力场中的“等效重力加速度”，F合的方向等效为“重力”的方向，即在等效重力场中的竖直向下方向.25新教材 新高考2.物理最高点与几何最高点物理最高点与几何最高点在“等效力场”中做圆周运动的小球，经常遇到小球在竖直平面内做圆周运动的临界速度问题.小球能维持圆周运动的条件是能过最高点，而这里的最高点不一定是几何最高点，而应是物理最高点.

11、几何最高点是图形中所画圆的最上端，是符合人眼视觉习惯的最高点.而物理最高点是物体在圆周运动过程中速度最小(称为临界速度)的点.26新教材 新高考例例4.如图所示，半径为r的绝缘光滑圆环固定在竖直平面内，环上套有一质量为m、带电荷量为q的珠子，现在圆环平面内加一个匀强电场，使珠子由最高点A从静止开始释放(AC、BD为圆环的两条互相垂直的直径)，要使珠子沿圆弧经过B、C刚好能运动到D.(重力加速度为g)(1)求所加电场的场强最小值及所对应的场强的方向；(2)当所加电场的场强为最小值时，求珠子由A到达D的过程中速度最大时对环的作用力大小；(3)在(1)问电场中，要使珠子能完成完整的圆周运动，在A点至

12、少应使它具有多大的初动能？27新教材 新高考解析（解析（1）根据题述，珠子运动到BC弧中点M时速度最大，作过M点的直径MN，设电场力与重力的合力为F，则其方向沿NM方向，分析珠子在M点的受力情况，由图可知，当F电垂直于F时，F电最小，最小值为：28新教材 新高考把电场力与重力的合力看做是“等效重力”，对珠子由A运动到M的过程，由动能定理得由牛顿第三定律知，珠子对环的作用力大小为29新教材 新高考解析解析由题意可知，N点为等效最高点，只要珠子能到达N点，就能做完整的圆周运动，珠子在N点速度为0时，所需初动能最小，此过程中，由动能定理得：F(r)0EkA30新教材 新高考变式变式4.如图所示的装置

13、是在竖直平面内放置的光滑绝缘轨道，处于水平向右的匀强电场中，带负电荷的小球从高为h的A处由静止开始下滑，沿轨道ABC运动并进入圆环内做圆周运动.已知小球所受电场力是其重力的圆环半径为R，斜面倾角为60，sBC2R.若使小球在圆环内能做完整的圆周运动，h至少为多少？(sin370.6，cos370.8)答案答案7.7R31新教材 新高考解析解析小球所受的重力和电场力都为恒力，故可将两力等效为一个力F，如图所示.可知F1.25mg，方向与竖直方向成37角.由图可知，小球做完整的圆周运动的临界点是D点，设小球恰好能通过D点，即到达D点时圆环对小球的弹力恰好为零.由圆周运动知识得：小球由A运动到D点，由动能定理结合几何知识得：32