2018年高中物理 第一章 靜電場 1.13 帶電粒子在電場中的偏轉(zhuǎn)學(xué)案 新人教版選修3-1.doc

帶電粒子在電場中的偏轉(zhuǎn)一、考點(diǎn)突破：知識(shí)點(diǎn)考綱要求題型說明帶電粒子在電場中的偏轉(zhuǎn)1. 掌握帶電粒子在勻強(qiáng)場中的偏轉(zhuǎn)規(guī)律及分析方法；2、掌握帶電粒子在勻強(qiáng)場中偏轉(zhuǎn)的常用結(jié)論。選擇題、計(jì)算題本知識(shí)點(diǎn)是高考的重點(diǎn)、難點(diǎn)，屬于高頻考點(diǎn)，高考中通常是以壓軸題的形式出現(xiàn)，重點(diǎn)考查分析方法，及學(xué)生是否能夠根據(jù)實(shí)際物理情景確定解決問題的思路的能力。二、重難點(diǎn)提示： 重點(diǎn)：掌握帶電粒子在勻強(qiáng)場中的偏轉(zhuǎn)規(guī)律及分析方法。難點(diǎn)：掌握帶電粒子在組合場中運(yùn)動(dòng)的分析方法。一、帶電粒子在勻強(qiáng)電場中的偏轉(zhuǎn)（1）條件：帶電粒子垂直于電場線方向進(jìn)入勻強(qiáng)電場。（2）運(yùn)動(dòng)性質(zhì)：勻變速曲線運(yùn)動(dòng)。（3）處理方法：分解成相互垂直的兩個(gè)方向上的直線運(yùn)動(dòng)，類似于平拋運(yùn)動(dòng)。（4）運(yùn)動(dòng)規(guī)律：沿初速度方向，做勻速直線運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)時(shí)間沿電場力方向，做勻加速直線運(yùn)動(dòng)飛出電場時(shí)位移與水平方向的夾角二、帶電粒子在勻強(qiáng)電場中偏轉(zhuǎn)的推論1. 飛出電場時(shí)速度反向延長線交水平位移的中點(diǎn)；2. 速度方向和位移方向與水平方向夾角的正切值存在2倍關(guān)系，即：；3. 速度方向始終向合外力方向偏轉(zhuǎn)，但永遠(yuǎn)不能相同。三、研究帶電粒子在電場中運(yùn)動(dòng)的兩類重要的思維技巧（1）類比與等效電場力和重力都是恒力，在電場力作用下的運(yùn)動(dòng)可與重力作用下的運(yùn)動(dòng)類比。例如，垂直射入平行板電場中的帶電粒子的運(yùn)動(dòng)可類比于平拋運(yùn)動(dòng)，帶電單擺在豎直方向勻強(qiáng)電場中的運(yùn)動(dòng)可等效于重力場強(qiáng)度g值的變化等。（2）整體法（全過程法）電荷間的相互作用是成對(duì)出現(xiàn)的，把電荷系統(tǒng)的整體作為研究對(duì)象，就可以不必考慮其間的相互作用。電場力做功與重力做功一樣，都只與始末位置有關(guān)，與路徑無關(guān)。它們分別引起電荷電勢能的變化和重力勢能的變化，從電荷運(yùn)動(dòng)全過程中的功能關(guān)系出發(fā)（尤其是從靜止出發(fā)末速度為零的問題）往往能迅速找到解題入口或簡化計(jì)算。例題1 如圖所示，兩平行金屬板水平放置，板長為L，板間距離為d，板間電壓為U，一不計(jì)重力、電荷量為q的帶電粒子以初速度v0沿兩板的中線射入，經(jīng)過t時(shí)間后恰好沿下板的邊緣飛出，則（）A. 在前時(shí)間內(nèi)，電場力對(duì)粒子做的功為UqB. 在后時(shí)間內(nèi)，電場力對(duì)粒子做的功為UqC. 在粒子下落的前和后過程中，電場力做功之比為11D. 在粒子下落的前和后過程中，電場力做功之比為12思路分析：粒子在兩平行金屬板間做類平拋運(yùn)動(dòng)，在水平方向做勻速直線運(yùn)動(dòng)，在豎直方向做初速度為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng)，在前后兩個(gè)的時(shí)間內(nèi)沿電場線方向的位移之比為13，則在前時(shí)間內(nèi)，電場力對(duì)粒子做的功為Uq，在后時(shí)間內(nèi)，電場力對(duì)粒子做的功為Uq，選項(xiàng)A錯(cuò)，B對(duì)；由WEqs知在粒子下落的前和后過程中，電場力做功之比為11，選項(xiàng)C對(duì)，D錯(cuò)。答案：BC例題2 如圖所示，O、A、B為同一豎直平面內(nèi)的三個(gè)點(diǎn)，OB沿豎直方向，BOA60，OBOA，將一質(zhì)量為m的小球以一定的初動(dòng)能自O(shè)點(diǎn)水平向右拋出，小球在運(yùn)動(dòng)過程中恰好通過A點(diǎn)。使此小球帶電，電荷量為q（q>0），同時(shí)加一勻強(qiáng)電場，場強(qiáng)方向與OAB所在平面平行。現(xiàn)從O點(diǎn)以同樣的初動(dòng)能沿某一方向拋出此帶電小球，該小球通過了A點(diǎn)，到達(dá)A點(diǎn)時(shí)的動(dòng)能是初動(dòng)能的3倍；若該小球從O點(diǎn)以同樣的初動(dòng)能沿另一方向拋出，恰好通過B點(diǎn)，且到達(dá)B點(diǎn)時(shí)的動(dòng)能為初動(dòng)能的6倍，重力加速度大小為g.求：（1）無電場時(shí)，小球到達(dá)A點(diǎn)時(shí)的動(dòng)能與初動(dòng)能的比值；（2）電場強(qiáng)度的大小和方向。思路分析：（1）設(shè)小球的初速度為v0，初動(dòng)能為，從O點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到A點(diǎn)的時(shí)間為t，令OAd，則OBd，根據(jù)平拋運(yùn)動(dòng)的規(guī)律有dsin60v0tdcos60gt2又有mv由式得mgd設(shè)小球到達(dá)A點(diǎn)時(shí)的動(dòng)能為，則mgd由式得（2）加電場后，小球從O點(diǎn)到達(dá)A點(diǎn)和B點(diǎn)，高度分別降低了和，設(shè)電勢能分別減小和，由能量守恒及式得3mgd6mgd在勻強(qiáng)電場中，沿任一直線，電勢的降落是均勻的。設(shè)直線OB上的M點(diǎn)與A點(diǎn)等電勢，M點(diǎn)與O點(diǎn)的距離為x，如圖，則有 解得xd，MA為等勢線，電場強(qiáng)度方向必與其垂線OC方向平行。設(shè)電場強(qiáng)度方向與豎直向下的方向的夾角為，由幾何關(guān)系可得30即電場強(qiáng)度方向與豎直向下的方向的夾角為30.設(shè)電場強(qiáng)度的大小為E，有qEdcos 30由式得E 答案：（1）（2） 電場方向與豎直向下的方向的夾角為30?！痉椒ㄌ釤挕磕芰渴睾阌^點(diǎn)應(yīng)用技巧1. 確定粒子受力及對(duì)應(yīng)的能量；2. 確定粒子運(yùn)動(dòng)過程的始末狀態(tài)；3. 確定粒子參與的各種能量的變化情況；4. 根據(jù)能量守恒總能量不變或增減相等列方程求解。滿分訓(xùn)練：如圖所示，在等勢面沿豎直方向的勻強(qiáng)電場中，一帶負(fù)電的微粒以一定初速度射入電場，并沿直線AB運(yùn)動(dòng)，由此可知（）A. 電場中A點(diǎn)的電勢低于B點(diǎn)的電勢B. 微粒在A點(diǎn)時(shí)的動(dòng)能大于在B點(diǎn)時(shí)的動(dòng)能，在A點(diǎn)時(shí)的電勢能小于在B點(diǎn)時(shí)的電勢能C. 微粒在A點(diǎn)時(shí)的動(dòng)能小于在B點(diǎn)時(shí)的動(dòng)能，在A點(diǎn)時(shí)的電勢能大于在B點(diǎn)時(shí)的電勢能D. 微粒在A點(diǎn)時(shí)的動(dòng)能與電勢能之和等于在B點(diǎn)時(shí)的動(dòng)能與電勢能之和思路分析：一帶負(fù)電的微粒以一定初速度射入電場，并沿直線AB運(yùn)動(dòng)，對(duì)其受力分析知其受到的電場力F只能垂直等勢面水平向左，電場強(qiáng)度則水平向右，如圖所示。所以電場中A點(diǎn)的電勢高于B點(diǎn)的電勢，A錯(cuò)；微粒從A向B運(yùn)動(dòng)，合外力做負(fù)功，動(dòng)能減小，電場力做負(fù)功，電勢能增加，B對(duì)，C錯(cuò)；微粒的動(dòng)能、重力勢能、電勢能三種能量的總和保持不變，所以D錯(cuò)。答案：B