2019-2020年高中物理二輪總復(fù)習(xí) 帶電粒子在電場中的運動教案.doc
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2019-2020年高中物理二輪總復(fù)習(xí) 帶電粒子在電場中的運動教案 解答“帶電粒子在電場中的運動”一類試題,應(yīng)了解以下內(nèi)容: 帶電粒子的加速,在勻強電場中(若不計粒子的重力)可用運動學(xué)公式結(jié)合牛頓運動定律、動量定理或動能定理W=qEd=qU=.在非勻強電場中W=qU= 帶電粒子的偏轉(zhuǎn)——類平拋運動:帶電粒子(不計重力)以一定初速度垂直于場強方向進(jìn)入勻強電場做勻變速曲線運動.垂直于場強方向做勻速直線運動,運動時間t=,平行于場強方向做初速度為零的勻加速直線運動.偏移位移y= 粒子從偏轉(zhuǎn)電場射出時,逆著粒子射出電場的方向看,粒子好像從極板中間x=處直接射出的.如圖18-2-1所示x= 若不同粒子從靜止經(jīng)過同一加速電場(U1)加速后進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場U2,則偏移位移y=由上式可知,粒子的偏移位移,偏轉(zhuǎn)角與粒子m、g無關(guān),僅決定于加速電場和偏轉(zhuǎn)電場,即不同的帶電粒子從靜止經(jīng)過同一電場加速后進(jìn)入同一偏轉(zhuǎn)電場,它們在電場中的偏轉(zhuǎn)角、偏移位移總是相同的. I 高考最新熱門題 1 (典型例題)湯姆生用來測定電子的比荷(電子的電荷量與質(zhì)量之比)的實驗裝置如圖所示.真空管內(nèi)的陰極K發(fā)出的電子(不計初速、重力和電子間的相互作用)經(jīng)加速電壓加速后,穿過A中心的小孔沿中心軸O1O的方向進(jìn)入到兩塊水平正對放置的平行極板P和P,間的區(qū)域.當(dāng)極板間不加偏轉(zhuǎn)電壓時,電子束打在熒光屏的中心O點處,形成了一個亮點;加上偏轉(zhuǎn)電壓U后,亮點偏離到O點O與O點的豎直間距為d,水平間距可忽略不計.此時,在p和p’,間的區(qū)域,再加上一個方向垂直于紙面向里的勻強磁場.調(diào)節(jié)磁場的強弱,當(dāng)磁感應(yīng)強度的大小為B時,亮點重新回到O點.已知極板水平方向的長度為L1,極板間距為b極板右端到熒光屏的距離為L2(如圖18-2-2所示). (1)求打在熒光屏O點的電子速度的大??; (2)推導(dǎo)出電子的比荷的表達(dá)式. 命題目的與解題技巧:本題考查的知識點有帶電粒子在電場中的加速、偏轉(zhuǎn)和洛侖茲力.模型和運算過程都比較常見. [解析] (1)當(dāng)電子受到的電場力與洛倫茲力平衡時,電子做勻速直線運動,亮點重新回復(fù)到中心O點,設(shè)電子的速度為v,則evB=eE得:v=E/B,即v= (2)當(dāng)極板間僅有偏轉(zhuǎn)電場時,電子以速度v進(jìn)入后,豎直方向作勻加速運動,加速度為:a=電子在水平方向作勻速運動,在電場內(nèi)的運動時間為:t1=這樣,電子在電場中,豎直向上偏轉(zhuǎn)的距離為:dl= 離開電場時豎直向上的分速度為: ⊥=at1= 電子離開電場后做勻速直線運動,經(jīng)t2時間到達(dá)熒光屏:t2=L2/v t1時間內(nèi)向上運動的距離為:d2=vtt2= 這樣,電子向上的總偏轉(zhuǎn)距離為:d=d1+d2= 可解得 [答案] 2 (典型例題)光滑水平面上有一邊長為l的正方形區(qū)域處在場強為E的勻強電場中,電場方向與正方形一邊平行,一質(zhì)量為m,帶電量為q的小球由某一邊的中點,以垂直于該邊的初速度vo進(jìn)入該正方形區(qū)域.當(dāng)小球再次運動到該正方形區(qū)域的邊緣時,具有的動能可能為 答案: ABC 指導(dǎo):畫出如D18—1所示的示意圖,不防假設(shè)小球所帶電荷的電性為,若在A點進(jìn)入,則可能不能運動到上邊而又加到下邊,電場力做功為零,所以C可選.由于電場力做的是負(fù)功,小球運動到最上面時,很可能速度正好為零.所以A可選.若小球由B點進(jìn)入,則動到下邊時,電場力所做的功為qEl,所以小球的動能為: B可選.綜上所述,本題的答案應(yīng)為ABC. 3 (典型例題)圖18-2-3是某種靜電分選器的原理示意圖.兩個豎直放置的平行金屬板帶有等量異號電荷,形成勻強電場.分選器漏斗的出口與兩板上端處于同一高度,到兩板距離相等.混合在一起的a、b兩種顆粒從漏斗出口下落時,a種顆粒帶上正電,b種顆粒帶上負(fù)電.經(jīng)分選電場后,a、b兩種顆粒分別落到水平傳送帶A、B上.已知兩板間距d=0.1 m,板的長度l=0.5m,電場僅局限在乎行板之間;各顆粒所帶電量大小與其質(zhì)量之比均為1105G/kg.設(shè)顆粒進(jìn)入電場時的初速度為零,分選過程中顆粒大小及顆粒間的相互作用力不計.要求兩種顆粒離開電場區(qū)域時,不接觸到極板但有最大偏轉(zhuǎn)量.重力加速度g取10m/s2. (1)左右兩板各帶何種電荷?兩極板間的電壓多大? (2)若兩帶電平行板的下端距傳送帶A、B的高度H=0.3m,顆粒落至傳送帶時的速度大小是多少? (3)設(shè)顆粒每次與傳送帶碰撞反彈時,沿豎直方向的速度大小為碰撞前豎直方向速度大小的一半.寫出顆粒第n次碰撞反彈高度的表達(dá)式.并求出經(jīng)過多少次碰撞,顆粒反彈的高度小于0.01 m. 答案:(1)左板帶負(fù)電荷,右板帶正電荷.U=1104 V (2)v= 4m/s (3)n=4 指導(dǎo):(1)左板帶負(fù)電荷,右板帶正電荷,依題意,顆粒在平行板間的豎直方向上滿足.l=gt2 ① 在水平方向上滿足s= ② ①②兩式聯(lián)立得 =104 V (2)根據(jù)動能定理,顆粒落到水平傳送帶上滿足 (3)在豎直方向顆粒作自由落體運動,它第一次落到水平傳送帶上沿豎直方向的速度. 反彈高度為 根據(jù)題設(shè)條件,顆粒第n次反彈后上升的高度 4 (典型例題)如圖18-2-4所示,A、B為水平放置的平行金屬板,板間距離為d(d遠(yuǎn)小于板的長和寬).在兩板之間有一帶負(fù)電的質(zhì)點P已知若在A、B間加電壓Uo,則質(zhì)點P可以靜止平衡. 現(xiàn)在A、B間加上如圖18-2-5所示的隨時間t變化的電 壓U,在t=0時質(zhì)點P位于A、B間的中點處且初速度為0.已知質(zhì)點P能在A、B之間以最大的幅度上下運動而又不與兩板相碰,求圖18-2-中U改變的各時刻t1、t2、t3及tn的表達(dá)式.(質(zhì)點開始從中點上升到最高點,及以后每次從最高點到最低點或從最低點到最高點的過程中,電壓只改變一次) 答案: 指導(dǎo):設(shè)質(zhì)點戶的質(zhì)量為m,電荷量大小為q,根據(jù)題意,當(dāng) A、B間的電壓為U0時,有 ① 當(dāng)兩板間的電壓為2U0時,p的加速度向上,其大小為a,則有 ① 解得:a=g當(dāng)兩板間的電壓為零時,p自由下落,加速度為g,方向向下.在t=0時,兩板間的電壓為2U0,p自A、B間的中點向上做初速為零的勻加速運動,加速度為g,經(jīng)過T1,P的速度變?yōu)関1,此時使電壓變?yōu)榱?,讓P在重力作用下勻減速運動,再經(jīng)過T1,P正好到達(dá)A板且速度為零,故有 v1=gTl′,0=vl-gTl′, 由以上各式得 因為t1=T1,所以 在重力作用下,P由A板處向下做勻加速運動,經(jīng)過T2,速度為v2,方向向下,這時加上電壓使P做勻減速運動,經(jīng)過T2′, P到達(dá)O板且速度為零,故有 v2=gT2,0=v2-gT2′, 由以上各式得T2=T2′,T2= 因為t2=t1+T′1 +T2,所以t2=(+1) ④ 在電場力與重力的合力作用下,P由B板處向下做勻加速運動,經(jīng)過T3,速度變?yōu)関3,此時使電壓變?yōu)榱?,讓P在重力作田下做勻速運動,經(jīng)過T3,P正好到達(dá)A板且速度為零,故有 v3=Gt3,0=v3-gT3′, 由以上各式得T3=T3′,T3= 因為t3=t2+T2+T3,所以t3=(+3) ⑤ 根據(jù)上面分析,因重力作用,P由A板向下做勻加速運動,經(jīng)過T2,再加上電壓,經(jīng)過T2′,P到達(dá)B且速度為零. 因為t4=t3+T3′+T3,所以,t4= (+5) 同樣分析可得tn= (+2n-3)(n≥2) ⑥ Ⅱ 題點經(jīng)典類型題 1 (典型例題)如圖18-2-6所示,A,B為水平金屬板,兩板相距為d,分別與電源兩極相連,開關(guān)s閉合,兩板的中央各有一小孔M和N,今有一帶電質(zhì)點,自A板上方距離為h的P點由靜止自由下落(P,M,N在同一豎直線上),空氣阻力不計,到達(dá)N孔時速度恰好為零,然后沿原路返回,則 A.把A板向下平移一小段距離,質(zhì)點自P自由下落后穿過N孔繼續(xù)下降 B.把B板向上平移一小段距離,質(zhì)點自P點自由下落后穿過N孔繼續(xù)下降 C.若S斷開,且把B板向下平移一小段距離,質(zhì)點自P點自由下落后穿過N孔繼續(xù)下降 D.若S斷開,且把B板向上平移一小段距離,質(zhì)點自P點自由下落后穿過N繼續(xù)下降 命題目的與解題技巧:考查帶電粒子在重力場和電場中的運動,由動能定理求解電容器:S閉合E不變,S斷開Q不變. [解析] S閉合時,不論A,B板如何移動,兩板間的電壓都為電源電動勢E.由題意應(yīng)有Eq=mg(h+d). E為電源電動勢,d為兩極之間的距離.當(dāng)A板下移時,仍有Eq=mg(h+d)(h+d=h+d).質(zhì)點到N孔時速度仍然減為零;當(dāng)B板上移時,Eq>mg(h+d)(d<d),質(zhì)點不到N孔前速度就減為零.S斷開后,不論A,B板如何移動,A,B間的電場強度E場不變.故有E場dq=mg(h+d).當(dāng)B板下移一小段距離時,應(yīng)有E場(d+△d)q>mg(h+d+△d). 質(zhì)點在不到N孔時速度減為零. 當(dāng)B板上移一小段距離時,應(yīng)有E場(d-△d)q- 1.請仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對于不預(yù)覽、不比對內(nèi)容而直接下載帶來的問題本站不予受理。
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