《2022年高考物理一轮复习专题6.5带电粒子在电场中的运动教学案》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2022年高考物理一轮复习专题6.5带电粒子在电场中的运动教学案（24页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、2022年高考物理一轮复习专题6.5带电粒子在电场中的运动教学案1.能运用运动的合成与分解解决带电粒子的偏转问题.2.用动力学方法解决带电粒子在电场中的直线运动问题 一、带电粒子(或带电体)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用功能观点分析a，E，v2v2ad.3用功能观点分析匀强电场中：WEqdqUmv2mv非匀强电场中：WqUEk2Ek1二、带电粒子在电场中的偏转1带电粒子在电场中的偏转(1)条件分析：带电粒子垂直于电场线方向进入匀强
2、电场(2)运动性质：匀变速曲线运动(3)处理方法：分解成相互垂直的两个方向上的直线运动，类似于平抛运动(4)运动规律：沿初速度方向做匀速直线运动，运动时间沿电场力方向，做匀加速直线运动2带电粒子在匀强电场中偏转时的两个结论(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qU0mvyat2()2tan得：y，tan(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.3带电粒子在匀强电场中偏转的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：qUymv2mv，其中Uy
3、y，指初、末位置间的电势差三、带电体在复合场中的运动1各种性质的场(物质)与实际物体的根本区别之一是场具有叠加性，即几个场可以同时占据同一空间，从而形成叠加场2将叠加场等效为一个简单场，其具体步骤是：先求出重力与电场力的合力，将这个合力视为一个“等效重力”，将a视为“等效重力加速度”再将物体在重力场中做圆周运动的规律迁移到等效重力场中分析求解即可 高频考点一带电粒子(或带电体)在电场中的直线运动例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出，最远到达A点，然后返回，如图所示，OAh，此电子具有的初动能是()A.BedUhC. D答案：D【举一反
4、三】如图所示，电子由静止开始从A板向B板运动，到达B板的速度为v，保持两极间电压不变，则()A当减小两板间的距离时，速度v增大B当减小两极间的距离时，速度v减小C当减小两极间的距离时，速度v不变D当减小两极间的距离时，电子在两极间运动的时间变长答案C解析由动能定理得eUmv2，当改变两极板间的距离时，U不变，v就不变，故选项A、B错误，C正确；粒子在极板间做初速度为零的匀加速直线运动，即t，当d减小时，v不变，电子在两极板间运动的时间变短，故选项D错误【变式探究】(多选)如图所示，在真空中A、B两块平行金属板竖直放置并接入电路调节滑动变阻器，使A、B两板间的电压为U时，一质量为m、电荷量为q的
5、带电粒子，以初速度v0从A板上的中心小孔沿垂直两板的方向射入电场中，恰从A、B两板的中点处沿原路返回(不计重力)，则下列说法正确的是()A使初速度变为2v0时，带电粒子恰能到达B板B使初速度变为2v0时，带电粒子将从B板中心小孔射出C使初速度v0和电压U都增加为原来的2倍时，带电粒子恰能到达B板D使初速度v0和电压U都增加为原来的2倍时，带电粒子将从B板中心小孔射出答案BC【方法技巧】解决粒子在电场中直线运动问题的两种方法1用牛顿运动定律和运动学规律2用动能定理或能量守恒定律3选取思路：前者适用于粒子受恒力作用时，后者适用于粒子受恒力或变力作用时这和解决物体受重力、弹力、摩擦力等做直线运动的问
6、题的思路是相同的，不同的是受力分析时，不要遗漏电场力高频考点二带电粒子在电场中的偏转运动例2 (多选)如图9甲，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()图9A末速度大小为v0 B末速度沿水平方向C重力势能减少了mgd D克服电场力做功为mgd答案BC【变式探究】(多选)长为l、间距为d的平行金属板M、N带等量异种电荷，A、B两带电粒子分别以不同速度v1、v2从金属板左侧同时射入板
7、间，粒子A从上板边缘射入，速度v1平行金属板，粒子B从下板边缘射入，速度v2与下板成一定夹角(0)，如图8所示粒子A刚好从金属板右侧下板边缘射出，粒子B刚好从上板边缘射出且速度方向平行金属板，两粒子在板间某点相遇但不相碰不计粒子重力和空气阻力，则下列判断正确的是()图8A两粒子带电荷量一定相同B两粒子一定有相同的比荷C粒子B射出金属板的速度等于v1D相遇时两粒子的位移大小相等答案BC【举一反三】带电粒子在电场中偏转的综合分析如图10所示，在两条平行的虚线内存在着宽度为L、电场强度为E的匀强电场，在与右侧虚线相距也为L处有一与电场平行的屏现有一电荷量为q、质量为m的带电粒子(重力不计)，以垂直于
8、电场线方向的初速度v0射入电场中，v0方向的延长线与屏的交点为O.试求：图10(1)粒子从射入到打到屏上所用的时间；(2)粒子刚射出电场时的速度方向与初速度方向夹角的正切值tan ；(3)粒子打在屏上的点P到O点的距离x.答案(1)(2)(3)解析(1)根据题意，粒子在垂直于电场线的方向上做匀速直线运动，所以粒子从射入到打到屏上所用的时间t.(2)设粒子射出电场时沿平行电场线方向的速度为vy，根据牛顿第二定律，粒子在电场中的加速度为：a所以vya所以粒子刚射出电场时的速度方向与初速度方向夹角的正切值为tan .【方法技巧】分析粒子在电场中偏转运动的两种方法1分解观点：垂直射入匀强电场的带电粒子
9、，在电场中只受电场力作用，与重力场中的平抛运动相类似，研究这类问题的基本方法是将运动分解，可分解成平行电场方向的匀加速直线运动和垂直电场方向的匀速直线运动2功能观点：首先对带电粒子进行受力分析，再进行运动过程分析，然后根据具体情况选用公式计算(1)若选用动能定理，则要分清有多少个力做功，是恒力做功还是变力做功，同时要明确初、末状态及运动过程中的动能的增量(2)若选用能量守恒定律，则要分清带电粒子在运动中共有多少种能量参与转化，哪些能量是增加的，哪些能量是减少的高频考点三 带电粒子在交变电场中的运动例3、如图甲所示，热电子由阴极飞出时的初速度忽略不计，电子发射装置的加速电压为U0，电容器板长和板
10、间距离均为L10 cm，下极板接地，电容器右端到荧光屏的距离也是L10 cm，在电容器两极板间接一交变电压，上极板的电势随时间变化的图象如图乙所示。(每个电子穿过平行板的时间都极短，可以认为电压是不变的)求：(1)在t0.06 s时刻，电子打在荧光屏上的何处；(2)荧光屏上有电子打到的区间有多长？(2)由题知电子侧移量y的最大值为，所以当偏转电压超过2U0，电子就打不到荧光屏上了，所以荧光屏上电子能打到的区间长为3L30 cm。答案：(1)打在屏上的点位于O点上方，距O点13.5 cm(2)30 cm【变式探究】如图甲，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
11、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v0B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mgd答案：BC高频考点四电场中的力电综合问题例4如图11所示，绝缘光滑轨道AB部分为倾角为30的斜面，AC部分为竖直平面内半径为R的圆轨道，斜面与圆轨道相切整个装置处于场强为E、方向水平向右的匀强电场中现有一个质量为m的小球，带正电，电荷量为q，要使小球能安全通过圆轨道，在O点的初速度应满足什么条件？图11答案v 解析小球先在斜面
12、上运动，受重力、电场力和支持力，然后在圆轨道上运动，受重力、电场力和轨道作用力，如图所示，类比重力场，将电场力与重力的合力视为等效重力mg，大小为mgtan ，得30，等效重力的方向与斜面垂直指向右下方，小球在斜面上匀速运动因要使小球能安全通过圆轨道，在圆轨道的等效“最高点”(D点)满足等效重力刚好提供向心力，即有：mg，因30与斜面的倾角相等，由几何关系可知AD2R，令小球以最小初速度v0运动，由动能定理知：2mgRmvmv解得v0 ，因此要使小球安全通过圆轨道，初速度应满足v .【变式探究】如图12所示，在E103 V/m的竖直匀强电场中，有一光滑半圆形绝缘轨道QPN与一水平绝缘轨道MN在
13、N点平滑相接，半圆形轨道平面与电场线平行，其半径R40 cm，N为半圆形轨道最低点，P为QN圆弧的中点，一带负电q104 C的小滑块质量m10 g，与水平轨道间的动摩擦因数0.15，位于N点右侧1.5 m的M处，g取10 m/s2，求：图12(1)要使小滑块恰能运动到半圆形轨道的最高点Q，则小滑块应以多大的初速度v0向左运动？(2)这样运动的小滑块通过P点时对轨道的压力是多大？答案(1)7 m/s(2)0.6 N【举一反三】如图13所示，一电荷量为q、质量为m的小物块处于一倾角为37的光滑斜面上，当整个装置被置于一水平向右的匀强电场中，小物块恰好静止重力加速度取g，sin 370.6，cos
14、370.8.求：图13(1)水平向右电场的电场强度；(2)若将电场强度减小为原来的，物块的加速度是多大；(3)电场强度变化后物块下滑距离L时的动能答案(1)(2)0.3g(3)0.3mgL解析(1)小物块静止在斜面上，受重力、电场力和斜面支持力，受力分析如图所示，则有FNsin 37qEFNcos 37mg由可得E【方法技巧】分析力电综合问题的两种思路1动力学的观点(1)由于匀强电场中带电粒子所受电场力和重力都是恒力，可用正交分解法(2)综合运用牛顿运动定律和匀变速直线运动公式，注意受力分析要全面，特别注意重力是否需要考虑的问题2能量的观点(1)运用动能定理，注意过程分析要全面，准确求出过程中的所有力做的功，判断选用分过程还是全过程使用动能定理(2)运用能量守恒定律，注意题目中有哪些形式的能量出现1【xx全国卷】现代质谱仪可用来分析比质子重很多倍的离子，其示意图如图1所示，其中加速电压恒定质子在入口处从静止开始被加速电场加速，经匀强磁场偏转后从出口离开磁场若某种一价正离子在入口处从静止开始被同一加速电场加速，为使它经匀强磁场偏转后仍从同一出口离开磁场，需将磁感应强度增加到原来的12倍此离子和质子的质量比约为()图1A11 B12C121 D144
