专题1.6 带电粒子在电场中的运动-2019-2020学年高二物理同步题型学案（人教版选修3-1）

2019-2020学年高二物理同步题型学案（人教版选修3-1） 专题1.6 带电粒子在电场中的运动 【学习目标】 　1.了解带电粒子在电场中的运动特点。 2.会运用静电力、电场强度的概念，根据牛顿运动定律及运动学公式研究带电粒子在电场中的运动。 3.会运用静电力做功、电势、电势差的概念，根据功能关系研究带电粒子在电场中的运动。 【知识要点】 一、带电粒子的加速 1．基本粒子的受力特点：对于质量很小的基本粒子，如电子、质子等，它们受到重力的作用一般远小于静电力，故可以忽略。 2．带电粒子的加速 (1)带电粒子在电场加速(直线运动)条件：只受电场力作用时，初速度为零或与电场力方向相同。 (2)分析方法：动能定理。 (3)结论：初速度为零，带电荷量为q，质量为m的带电粒子， 经过电势差为U的电场加速后，获得的速度为v＝。 二、带电粒子的偏转 质量为m、带电荷量为q的基本粒子(忽略重力)，以初速度v0平行于两极板进入匀强电场，极板长为l，板间距离为d，板间电压为U。 1．运动性质 (1)沿初速度方向：速度为v0的匀速直线运动。 (2)垂直v0的方向：初速度为零，加速度为a＝的匀加速直线运动。 2．运动规律 (1)偏移距离：因为t＝，a＝，所以偏移距离y＝at2＝。 (2)偏转角度：因为vy＝at＝，所以tan θ＝＝。 【题型分类】 题型一、带电粒子的加速 1.带电粒子的加速 当带电粒子以很小的速度进入电场中，在静电力作用下做加速运动，示波管、电视显像管中的电子枪、回旋加速器都是利用电场对带电粒子加速的。 2．处理方法 可以从动力学和功能关系两个角度进行分析，其比较如下： 动力学角度 功能关系角度 涉及知识 应用牛顿第二定律结合匀变速直线运动公式 功的公式及动能定理 选择条件 匀强电场，静电力是恒力 可以是匀强电场，也可以是非匀强电场，电场力可以是恒力，也可以是变力 【例1】　如图所示，一个质子以初速度v0＝5×106 m/s水平射入一个由两块带电的平行金属板组成的区域。两板距离为20 cm，设金属板之间电场是匀强电场，电场强度为3×105 N/C。质子质量m＝1.67×10－27 kg，电荷量q＝1.60×10－19 C。求质子由板上小孔射出时的速度大小。 【同类练习】 1．如图所示，M和N是匀强电场中的两个等势面，相距为d，电势差为U，一质量为m(不计重力)、电荷量为－q的粒子以速度v0通过等势面M射入两等势面之间，则该粒子穿过等势面N的速度应是(　　) A.　　　　　 B．v0＋ C. D. 2.如图所示，平行板电容器的两个极板与水平地面成一角度，两极板与一直流电源相连．若一带电粒子恰能沿图中所示水平直线通过电容器，则在此过程中，该粒子(　　) A．所受重力与电场力平衡 B．电势能逐渐增加 C．动能逐渐增加 D．做匀变速直线运动 题型二、带电粒子的偏转 1.类平抛运动 带电粒子以速度v0垂直于电场线的方向射入匀强电场，受到恒定的与初速度方向垂直的静电力的作用而做匀变速曲线运动，称之为类平抛运动。可以采用处理平抛运动方法分析这种运动。 2．运动规律 (1)沿初速度方向：vx＝v0，x＝v0t(初速度方向)。 (2)垂直初速度方向：vy＝at，y＝at2(电场线方向，其中a＝＝)。 3．两个结论 (1)偏转距离：y＝。 (2)偏转角度：tan θ＝＝。 4．几个推论 (1)粒子从偏转电场中射出时，其速度方向反向延长线与初速度方向延长线交于一点，此点平分沿初速度方向的位移。 (2)位移方向与初速度方向间夹角的正切为速度偏转角正切的，即tan α＝tan θ。 (3)以相同的初速度进入同一个偏转电场的带电粒子，不论m、q是否相同，只要相同，即比荷相同，则偏转距离y和偏转角θ相同。 (4)若以相同的初动能Ek0进入同一个偏转电场，只要q相同，不论m是否相同，则偏转距离y和偏转角θ相同。 (5)不同的带电粒子经同一加速电场加速后(即加速电压U1相同)，进入同一偏转电场，则偏转距离y和偏转角θ相同。 【例2】一束电子流在经U＝5 000 V的加速电压加速后，在距两极板等距离处垂直进入平行板间的匀强电场，如图所示。若两板间距d＝1.0 cm，板长l＝5.0 cm，那么要使电子能从平行板间飞出，两个极板上最大能加多大电压？ 【题后反思】带电粒子在电场中运动问题的处理方法 带电粒子在电场中运动的问题实质上是力学问题的延续，从受力角度看带电粒子与一般物体相比多受到一个电场力；从处理方法上看仍可利用力学中的规律分析，如选用平衡条件、牛顿定律，动能定理、功能关系，能量守恒等。 【同类练习】 1.如图所示是一个示波管工作的原理图，电子经过加速后以速度v0垂直进入偏转电场，离开电场时偏转量是h，两个平行板间距离为d，电