第10章　专题　带电粒子在电场中的力电综合问题课件PPT

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第十章静电场中的能量专题　带电粒子在电场中的力电综合问题内容索引学 习 目 标1．会解决带电粒子在电场中的直线运动问题．2．会解决带电粒子的类平抛运动和圆周运动问题．3．会解决带电粒子在电场中的一般曲线运动问题．活 动 方 案1．如图所示，充电后的平行板电容器水平放置，电容为C，极板间距离为d，上极板正中有一小孔，质量为m，电荷量为＋q的小球从小孔正上方高h处由静止开始下落，穿过小孔到达下极板处速度恰为零．设空气阻力忽略不计，极板间电场可视为匀强电场，重力加速度为 g．求：(1) 极板间电场强度的方向．【答案】 竖直向上．活动一：分析带电粒子的直线运动问题   总结：分析带电粒子在受重力、静电力的复合场中做直线运动(加速或减速)的方法(1) 动力学方法——牛顿运动定律、运动学公式当带电粒子所受合力为恒力，且与速度方向共线时，粒子做匀变速直线运动，若题目涉及运动时间，优先考虑牛顿运动定律、运动学公式．(2) 功、能量方法——动能定理、能量守恒定律若题中已知量和所求量涉及功和能量，那么应优先考虑动能定理、能量守恒定律．   总结：带电粒子在电场中的类平抛运动的处理方法(1) 运动分解的方法：将运动分解为沿初速度方向的匀速直线运动和垂直初速度方向的匀加速直线运动，在这两个方向上分别列运动学方程或牛顿第二定律．(2) 利用功能关系和动能定理分析：①功能关系：静电力做功等于电势能的减少量，W电＝Ep1－Ep2.②动能定理：合力做功等于动能的变化，W合＝Ek2－Ek1.1．如图所示，有三个质量相等分别带正电、负电和不带电的小球，从平行板电场中的P点以相同的初速度垂直于电场方向进入电场，它们分别落到A、B、C三点．(1) 判断三个小球的带电性质．【答案】 A点是带正电荷的小球，B点是不带电的小球，C点是带负电的小球．活动二：分析带电粒子的类平抛运动和圆周运动问题(2) 判断三个小球在电场中运动的加速度大小关系．【答案】 aC＞aB＞aA. (3) 判断三个小球在电场中运动的时间关系．【答案】 tA＞tB＞tC. (4) 判断三个小球到达正极板的动能关系．因为三个小球在水平方向都不受力，所以均做匀速直线运动，三个小球的初速度相等，由x＝vt，则落在板上时水平方向的距离与下落时间成正比．根据动能定理，三个小球到达下极板时的动能等于这一过程中合外力对小球做的功．由受力图可知，带负电小球所受合力最大为G＋F，做功最多，动能最大，带正电小球所受合力最小为G－F，做功最少，动能最小，所以EkC＞EkB＞EkA.【答案】 EkC＞EkB＞EkA. (2) 若小球静止在电场中，请在图中画出小球静止时的位置；【答案】 小球静止在AB弧的中点位置，如图所示． 总结：解决电场(复合场)中的圆周运动问题，关键是分析向心力的来源，向心力的来源有可能是重力和静电力的合力，也有可能是单独的静电力．3．“电子能量分析器”主要由处于真空中的电子偏转器和探测板组成．偏转器是由两个相互绝缘、半径分别为RA和RB的同心圆金属半球面A和B构成，A、B为电势值不等的等势面，其过球心的截面如图所示．一束电荷量为e、质量为m的电子以不同的动能从偏转器左端M板的正中间小孔垂直入射，进入偏转电场区域，最后到达偏转器右端的探测板N，其中动能为Ek0的电子沿等势面C做匀速圆周运动到达N板的正中间．忽略电场的边缘效应．(1) 判断球面A、B的电势高低，并说明理由；【答案】 电子(带负电)做圆周运动，电场力方向指向球心，电场方向从B指向A，球面B电势高于球面A.  (3) 若半球面A、B和等势面C的电势分别为φA、φB和φC，则到达N板左、右边缘处的电子，经过偏转电场前、后的动能改变量ΔEk左和ΔEk右分别为多少？【答案】 电子运动时只有电场力做功，根据动能定理，有ΔEk＝qU，对到达N板左侧边缘的电子，电场力做正功，动能增加，有ΔEk左＝e(φB－φC)，对到达N板右侧边缘的电子，电场力做负功，动能减小，有ΔEk右＝e(φA－φC)．(4) 比较|ΔEk左|和|ΔEk右|的大小，并说明理由．【答案】 根据电场线的特点，等势面B与C之间的电场强度大于C与A之间的电场强度，考虑到等势面间距相等，有|φB－φC|＞|φA－φC|，即|ΔEk左|＞|ΔEk右|.如图所示，一带电荷量为＋q、质量为m的小球，从距地面高2h处以一定的初速度v0水平抛出，在距抛出点水平距离为s处有根管口比小球大的竖直细管，细管的上口距地面高为h，为了使小球能无碰撞地落进管口通过管子，可在管子上方整个区域内加一水平方向的匀强电场．(1) 试判断所加的电场方向；【答案】 因为小球水平方向减速，小球带正电，所以电场方向水平向左．活动三：分析带电粒子的一般曲线运动问题  检 测 反 馈1234567891．如图所示，在P板附近有一个电子由静止开始向Q板运动，则关于电子到达Q板时的速度，下列说法正确的是 (　　)A．两板间距离越大，加速的时间就越长，获得的速度就越大B．两板间距离越小，加速度就越大，获得的速度就越大C．电子到达Q板时的速度与两板间距离无关，仅与加速电压有关D．以上说法均不正确123456789 【答案】 C1234567892．如图所示，两平行的带电金属板水平放置．若在两板中间a点由静止释放一带电微粒，微粒恰好保持静止状态．现将两板绕过a点的轴(垂直于纸面) 逆时针旋转45°，再在a点静止释放一同样的微粒，该微粒将 (　　)A．保持静止状态B．向左上方做匀加速运动C．向正下方做匀加速运动D．向左下方做匀加速运动123456789【解析】 最初带电微粒处于静止状态，受力如图甲所示，Eq＝mg；当两板绕过a点的轴逆时针转过45°时，带电微粒的受力如图乙所示，其合力指向左下方，故微粒从静止开始向左下方做匀加速运动，D正确． 【答案】 D1234567893．如图所示，带正电q、质量为m的滑块，沿固定绝缘斜面匀速下滑，现加一竖直向上的匀强电场，电场强度为E，且qE＜mg.以下判断正确的是 (　　)A．物体将沿斜面减速下滑B．物体将沿斜面加速下滑C．物体仍保持匀速下滑D．仅当qE＝mg时，物体加速下滑【解析】 设斜面倾角为θ，动摩擦因数为μ.质量为m的滑块，沿固定绝缘斜面匀速下滑，则有mg sin θ＝μmg cos θ，即有sin θ＝μcos θ；当加一竖直向上的匀强电场，电场强度为E，且qE＜mg，此时物体合力应为F＝(mg－Eq)sin θ－μ(mg－Eq)cos θ＝0，所以物体仍保持匀速下滑．C正确．123456789【答案】 C1234567894．一带正电的小球向右水平抛入范围足够大的匀强电场，电场方向水平向左．不计空气阻力，则小球 (　　)A．做直线运动B．加速度先增大后减小C．速率先减小后增大D．速率先增大后减小【解析】 带电小球的重力不可忽略．刚开始时带电小球所受重力与电场力的合力F跟v0不在同一条直线上，所以它一定做匀变速曲线运动(类斜下抛运动)，A、B错误；因重力与电场力的合力F为恒力，结合图可知运动过程中合力F与速度之间的夹角由钝角减小到锐角，其中直角时速率最小，所以带电小球的速率先减小后增大，故C正确，D错误．123456789【答案】 C1234567895．如图所示，两块竖直放置的平行金属板A、B，板距d＝0.04 m，两板间的电压U＝400 V，板间有一匀强电场．在A、B两板上端连线的中点Q的正上方，距Q为h＝1.25 m的P点处有一带正电小球，已知小球的质量m＝5×10-6 kg，电荷量q＝5×10-8 C．设A、B板足够长，g取10 m/s2.试问：(1) 带正电小球从P点开始由静止下落，经多长时间和金属板相碰？123456789 123456789 1234567896．如图所示，虚线MN左侧有一场强为E1＝E的匀强电场，在两条平行的虚线MN和PQ之间存在着宽为L、电场强度为E2＝2E的匀强电场，在虚线PQ右侧相距为L处有一与电场E2平行的屏．现将一电子(电荷量为e，质量为m) 无初速度地放入电场E1中的A点，最后电子打在右侧的屏上，AO连线与屏垂直，垂足为O，求：(1) 电子从释放到打到屏上所用的时间；123456789 123456789 123456789 1234567897．如图所示，半径为r的绝缘细圆环的环面竖直固定，场强为E的匀强电场与环面平行．一电荷量为＋q、质量为m的小球穿在环上，可沿环做无摩擦的圆周运动，若小球经A点时，速度vA的方向恰与电场垂直，且圆环与小球间沿水平方向无力的作用，求：(1) 速度vA的大小； 123456789 1234567898．如图所示，一质量为m、电荷量为q(q＞0)的粒子在匀强电场中运动，A、B为其运动轨迹上的两点．已知该粒子在A点的速度大小为v0，方向与电场方向的夹角为60°；它运动到B点时速度方向与电场方向的夹角为30°.不计重力．求A、B两点间的电势差．123456789 1234567899．如图所示，阴极A受热后向右侧空间发射电子，电子质量为m，电荷量为e，电子的初速率有从0到v的各种可能值，且各个方向都有．与A极相距l的地方有荧光屏B，电子击中荧光屏时便会发光．若在A和B之间的空间里加一个水平向左、与荧光屏面垂直的匀强电场，电场强度为E，且电子全部打在荧光屏上，求B上受电子轰击后的发光面积．123456789 123456789 谢谢观看Thank you for watching