素养提升课3 带电粒子在电场中的运动（课件+word）-《优化指导》2019版新课标同步课堂物理（人教版选修3-1）

素养提升课3　带电粒子在电场中的运动 1．会利用动力学和功能观点分析带电粒子在电场中的直线运动． 2．会利用运动的合成与分解方法分析带电粒子在电场中的类平抛运动． 3．会分析带电粒子在交变电场及复合场中的运动． [对应学生用书P31] 探究点一　静电场中E －x、φ －x图象的理解 (多选)某静电场沿x方向的电势分布如图所示，则(　　) A．在O～x1之间不存在沿x方向的电场 B．在O～x1之间存在着沿x方向的匀强电场 C．在x1～x2之间存在着沿x方向的匀强电场 D．在x1～x2之间存在着沿x方向的非匀强电场 AC　[由电场的能的性质可知：E＝，所以在φ －x图象中，斜率k表示在x方向上的场强Ex.所以O～x1沿x方向场强为0，A对，B错；x1～x2之间电势均匀减小，斜率不变，即Ex不变，x1～x2之间存在沿x方向的匀强电场，C对，D错．] (多选)静电场在x轴上的场强E随x的变化关系如图所示，x轴正向为场强正方向，带正电的点电荷沿x轴运动，则点电荷(　　) A．在x2和x4处电势能相等 B．由x1运动到x3的过程中电势能增大 C．由x1运动到x4的过程中电场力先增大后减小 D．由x1运动至x4的过程中电场力先减小后增大 BC　[由题图可知，x1到x4场强先变大，再变小，则点电荷受到的电场力先增大后减小，C正确，D错误．由x1到x3及由x2到x4过程中，电场力做负功，电势能增大，知A错误，B正确．] (1)主要类型： ①v －t图象；②φ －x图象；③E －x图象． (2)应对策略[来源:学+科+网] ①v －t图象：根据v －t图象的速度变化、斜率变化，确定电荷所受电场力的方向与电场力的大小变化情况，进而确定电场的方向、电势的高低及电势能的变化． ②φ －x图象 a．电场强度的大小等于斜率大小． b．直接判断各点电势的大小，并可根据电势大小关系确定电场强度的方向．[来源:学。科。网] c．分析电荷移动时电势能的变化，可用WAB＝qUAB，进而分析WAB的正负，然后作出判断． (3)E －x图象：根据题中给出的E －x图象，确定E的方向的正负，再在草纸上画出对应电场线的方向，根据E的大小变化，确定电场的强弱分布． 探究点二　带电粒子在电场中的直线运动 1．三种运动类型 (1)匀速直线运动：此时带电粒子受到的合外力一定等于零，即所受到的电场力与其他力平衡． (2)匀加速直线运动：带电粒子受到的合外力与其初速度方向同向． (3)匀减速直线运动：带电粒子受到的合外力与其初速度方向反向． 2．三个分析方法 (1)力和加速度方法——牛顿运动定律、匀变速直线运动公式． (2)功和能方法——动能定理． (3)能量方法——能量守恒定律． 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好为零(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)小球到达小孔处的速度大小； (2)极板间电场强度大小和电容器所带电荷量； (3)小球从开始下落到运动到下极板处所用的时间． 解析　(1)小球从静止开始下落到小孔间做自由落体运动，由v2＝2gh，得v＝.[来源:学科网ZXXK] (2)在极板间带电小球受重力和电场力作用，由牛顿第二定律得：mg－qE＝ma 由运动学公式知：0－v2＝2ad 整理得电场强度大小E＝ 由U＝Ed，Q＝CU， 得电容器所带电荷量Q＝. (3)由h＝，0＝v＋at2，t＝t1＋t2gt 整理得t＝. 答案　(1)　(3)　　(2) 在如图1所示的平行板电容器的两板A、B上分别加如图2甲、乙所示的两种电压，开始B板的电势比A板高．在电场力作用下原来静止在两板中间的电子开始运动．若两板间距足够大且不计重力，试分析电子分别在甲、乙两种交变电压作用下的运动情况，并定性画出相应的v－t图象． 图1 图2 解析　t＝0时，B板电势比A板高，在电场力作用下，电子向B板(设为正向)做初速度为零的匀加速直线运动． (1)对于题图甲，在0～T～T内电子做末速度为零的正向匀减速直线运动，然后周期性地重复前面的运动，其速度图线如图(a)所示． T内电子做初速度为零的正向匀加速直线运动， (2)对于题图乙，在0～～T电子做反向先匀加速、后匀减速、末速度为零的直线运动．然后周期性地重复前面的运动，其速度图线如图(b)所示． 内做类似(1)0～T的运动， 答案　见解析 探究点三　带电粒子在电场中的类平抛运动 长为L的平行金属板水平放置，两极板带等量的异种电荷，板间形成匀强电场，一个带电荷量为＋q、质量为m的带电粒子，以初速度v0紧贴上极板垂直于电场线方向进入该电场，刚好从下极板边缘射出，射出时速度恰与下极板成