2022年高三物理一輪復(fù)習(xí) 課題：帶電粒子在電場中的運(yùn)動教學(xué)案

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1、2022年高三物理一輪復(fù)習(xí) 課題：帶電粒子在電場中的運(yùn)動教學(xué)案 知識梳理 一．帶電粒子在電場中的直線運(yùn)動——加速 處理方法，可用動能定理、牛頓運(yùn)動定律或用功能關(guān)系。 qU=mvt2/2-mv02/2 ∴ vt= ，若初速v0=0，則v= 。 二.帶電粒子在電場中的曲線運(yùn)動——偏轉(zhuǎn) 處理方法：靈活應(yīng)用運(yùn)動的合成和分解。 帶電粒子在勻強(qiáng)電場中作類平拋運(yùn)動， U、d、l、m、q、v0已知。 U L d v0 α y vt θ θ （1）穿越時(shí)間: （2）速度規(guī)律 （3）位移規(guī)律

2、 （4）角度規(guī)律 證明：在帶電的平行金屬板電容器中，只要帶電粒子垂直電場方向射入（不一定在正中間），且能從電場中射出如圖所示，則粒子射入速度v0的方向與射出速度vt的方向的交點(diǎn)O必定在板長L的中點(diǎn). 二、例題精講 例一、如圖所示，從F處釋放一個(gè)無初速的電子向B極方向運(yùn)動，指出下列對電子運(yùn)動的描述中哪句是錯誤的（設(shè)電源電動勢為U） A.電子到達(dá)B板時(shí)的動能是UeV B.電子從B板到達(dá)C板動能變化量為零 C.電子到達(dá)D板時(shí)動能是3 eV D.電子在A板和D板之間做往復(fù)運(yùn)動 + - + - - 例二．電子

3、在電勢差U1的加速電場中由靜止開始運(yùn)動，然后垂直射入電勢差為U2的兩塊平行極板間的電場中，在滿足電子能射出平行板區(qū)的條件下，電子與入射方向的偏轉(zhuǎn)角θ由哪些因素決定？ 【例三】如圖所示，熱電子由陰極飛出時(shí)的初速忽略不計(jì)，電子發(fā)射裝置的加速電壓為U0。電容器板長和板間距離均為L=10cm，下極板接地。電容器右端到熒光屏的距離也是L=10cm。在電容器兩極板間接一交變電壓，上極板的電勢隨時(shí)間變化的圖象如左圖。（每個(gè)電子穿過平行板的時(shí)間極短，可以認(rèn)為電壓是不變的）求： ①在t=0.06s時(shí)刻，電子打在熒光屏上的何處？ o 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5

4、 3U0 u 0.06 L L L U0 y O t ②熒光屏上有電子打到的區(qū)間有多長？ ③屏上的亮點(diǎn)如何移動？ 三、隨堂練習(xí) 1． 如圖所示，水平放置的A、B兩平行板相距h，上板A帶正電?，F(xiàn)有質(zhì)量為m、帶電量為+q的小球在B板下方距離為H處，以初速v0豎直向上從B板小孔進(jìn)入板間電場，欲使小球剛好打到A板，A、B間電勢差UAB應(yīng)為多少？ 2．一個(gè)初動能為Ek的帶電粒子，以速率v0垂直電場線方向飛入帶電的平行板電容器，飛出時(shí)帶電粒子動能為飛入時(shí)動能的2倍。如果說使帶電粒子的初速率變?yōu)樵瓉淼?倍，那么它飛出電容器

5、的時(shí)刻，動能為（ ） A．4Ek B．4.25 Ek C．5 Ek D．8 Ek d v0 3．一束質(zhì)量為m、電量為q的帶電粒子以平行于兩極板的速度v0進(jìn)入勻強(qiáng)電場，如圖所示，如果兩極板間電壓為U，兩極板間的距離為d、板長為L。設(shè)粒子束不會擊中極板，則粒子從進(jìn)入電場到飛出電場時(shí)的電勢能的變化量為 。（粒子的重力忽略不計(jì)） v0 2v0 E 4．如圖所示，一個(gè)質(zhì)量為m、帶電量為q的微粒，從a點(diǎn)以初速度v0

6、豎直向上射入圖示勻強(qiáng)電場，微粒通過b點(diǎn)時(shí)的速度大小為2 v0，方向水平向右，則勻強(qiáng)電場的電場強(qiáng)度E和a、b兩點(diǎn)的電勢差Uab各多大？ 5.a、b、c三個(gè)α粒子由同一點(diǎn)垂直場強(qiáng)方向進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場，其軌跡如圖所示，其中b恰好飛出電場，由此可以肯定 ①在b飛離電場的同時(shí)，a剛好打在負(fù)極板上 ②b和c同時(shí)飛離電場 ③進(jìn)入電場時(shí)，c的速度最大，a的速度最小 ④動能的增量相比，c的最小，a和b的一樣大 A.① B.①② C.③④ D.①③④ + - + - - 6．如圖所示，離子發(fā)生器發(fā)射出一束質(zhì)量為m，電量為q的離子，從靜止經(jīng)加速電壓U1

7、加速后離開電場。已知平行板長為L，兩板間距離是d，求離子離開偏轉(zhuǎn)電場時(shí)的側(cè)移距離和偏向角的正切值。 討論：對于不同的帶電粒子 （1）若以相同的速度射入，則y與 成正比 （2）若以相同的動能射入，則y與 成正比 （3）若以相同的動量射入，則 y與 成正比 （4）若經(jīng)相同的電壓U0加速后射入，則y=UL2/4DU0，與m、q 關(guān)，隨加速電壓的增大而 ，隨偏轉(zhuǎn)電壓的增大而 。 ④偏轉(zhuǎn)角正切： （從電場出來時(shí)粒子速度方向的反向延長線必然過 ）

8、o 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 3U0 u 0.06 L L L U0 y O t 【例2】如圖所示，熱電子由陰極飛出時(shí)的初速忽略不計(jì)，電子發(fā)射裝置的加速電壓為U0。電容器板長和板間距離均為L=10cm，下極板接地。電容器右端到熒光屏的距離也是L=10cm。在電容器兩極板間接一交變電壓，上極板的電勢隨時(shí)間變化的圖象如左圖。（每個(gè)電子穿過平行板的時(shí)間極短，可以認(rèn)為電壓是不變的）求：①在t=0.06s時(shí)刻，電子打在熒光屏上的何處？②熒光屏上有電子打到的區(qū)間有多長？③屏上的亮點(diǎn)如何移動？ 解：①由圖知t=0.06s時(shí)刻偏轉(zhuǎn)電壓為1.8U0，可求得y = 0.45L= 4.5cm，打在屏上的點(diǎn)距O點(diǎn)13.5cm。②電子的最大側(cè)移為0.5L（偏轉(zhuǎn)電壓超過2.0U0，電子就打到極板上了），所以熒光屏上電子能打到的區(qū)間長為3L=30cm。③屏上的亮點(diǎn)由下而上勻速上升，間歇一段時(shí)間后又重復(fù)出現(xiàn)。 3.帶電物體在電場力和重力共同作用下的運(yùn)動。 當(dāng)帶電體的重力和電場力大小可以相比時(shí)，不能再將重力忽略不計(jì)。這時(shí)研究對象經(jīng)常被稱為“帶電微?！薄ⅰ皫щ妷m?！?、“帶電小球”等等。這時(shí)的問題實(shí)際上變成一個(gè)力學(xué)問題，只是在考慮能量守恒的時(shí)候需要考慮到電勢能的變化。