教科版高中物理必修第三册精品课件 第一章 静电场 习题课 带电粒子在电场中运动的四种题型.pptVIP

习题课带电粒子在电场中运动的四种题型第一章

内容索引01重难探究?能力素养全提升02学以致用?随堂检测全达标

重难探究?能力素养全提升

探究一带电体在电场中(重力、静电力作用下)的直线运动情境探究如图所示,一质量为m、电荷量为q的油滴在竖直放置的两平行金属板间的匀强电场中由静止释放。(1)判断油滴在电场中的运动性质、运动轨迹。(2)分析影响油滴运动到极板上的时间的因素。

要点提示(1)油滴在电场中受到静电力和重力作用,两个力都是恒力,初速度又为零,故油滴做匀加速直线运动;(2)由牛顿第二定律得,油滴沿电场方d是板间距离,可见油滴运动到极板上的时间与m、q、d、E有关,对确定的粒子和匀强电场,t只与板间距离有关。

知识归纳讨论带电粒子在电场中做直线运动(加速或减速)的方法(1)动力学方法——牛顿运动定律、匀变速直线运动公式。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,根据题意和所求,尤其是求时间问题时,优先考虑牛顿运动定律、匀变速直线运动公式。若为较复杂的匀变速直线运动,亦可以分解为重力方向上、静电力方向上的直线运动来处理。(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。

应用体验典例1(2022上海杨浦期末)如图所示,C为固定的、电荷量为Q的正点电荷,A、B两点在C的正上方,它们与C的距离分别为4h和0.25h。将另一质量为m、电荷量未知的正点电荷D从A点由静止释放,运动到B点时速度正好又变为零。已知重力加速度大小为g,点电荷D在B点处的加速度大小为3g,静电力常量为k,求:(1)点电荷D所带的电荷量q;(2)点电荷D在A点的加速度大小及方向;(3)点电荷D从A点下落到B点的过程中速度最大的位置离C点电荷的竖直距离h1;(4)A、B两点间的电势差的大小,并比较A、B两点电势高低。

(3)点电荷D从A点下落到B点的过程中速度最大时合力为零,由平衡条件得

针对训练1(2022广东深圳期末)如图所示,两带电金属板间的电场可视为匀强电场,金属板外无电场,两极板间的距离为d,上极板正中央有一小孔。一质量为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,空气阻力不计,重力加速度为g。求:(1)小球到达小孔处的速度v的大小。(2)两极板间的电场强度E的大小。

解析(1)小球在金属板上方时做自由落体运动,则有v2=2gh(2)带电小球进入金属板后做匀减速直线运动,设其加速度大小为a,则有0-v2=-2ad根据牛顿第二定律可得Eq-mg=ma

探究二带电体在重力、静电力作用下的类平抛运动情境探究如图甲,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。t=0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。(2)求出t=T时的速度大小和方向。(3)求0~T内重力势能的变化量。(4)求0~T内静电力做的功。

知识归纳分析带电体在重力、静电力作用下的类平抛运动的方法带电体在重力、静电力作用下做类平抛运动,涉及带电粒子在电场中加速和偏转的运动规律,利用运动的合成与分解把匀变速曲线运动转换为直线运动研究,涉及运动学公式、牛顿运动定律、动能定理、功能关系的综合应用。

应用体验典例2(2022江苏徐州期末)如图所示,半径均为R的圆形导体板A、B水平放置,A、B之间距离为L,两圆心的连线OO沿竖直方向,B板正下方L处水平放置面积足够大的荧光屏。B板接地,在A板下方离圆心O点近处(到O点距离可忽略)有一个粒子源,可以向水平及斜下方各个方向发射速率均为v的电子。在导体板A、B上加恒定电压U,使两导体板间产生匀强电场(电场只存在于两板间区域),所有电子恰好均能打到B板上。(1)求电子运动到B板的最长时间t;(3)若电子只沿水平方向发射,速率范围为v≤v≤2v,求电子打在荧光屏上时,激发出荧光区域的面积S。

规律方法带电体做匀变速曲线运动时,通常利用运动的合成和分解的方法,分解速度或分解力,把其分解为较简单的两个直线运动。

针对训练2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,从平行板电场左端的中点P以相同的初速度沿水平方向垂直于电场方向进入电场,小球A、B、C分别落在图示位置,可以判断()A.小球A带正电,B不带电,C带负电B.三个小球在电场中运动时间相等C.三个小球到达极板时的动能EkAEkBEkCD.三个小球在电场中运动的加速度aAaBaC答案A

解析三个小球在水平方向做匀速直线运动;竖直方向,带正电荷小球受静电力向上,合力为mg-F电,带负电荷小球受静