第十章 专题3 带电粒子在电场中的运动-2022-2023学年新教材高中物理必修第三册【金版教程】创新导学案课件PPT（人教版）

静电场中的能量 第十章 专题三　带电粒子在电场中的运动 课堂探究评价 1．带电粒子在电场中做直线运动的情形及其求解思路 (1)匀速直线运动：此时带电粒子受到的合力一定等于零，即所受到的静电力与其他力平衡。 (2)匀加速直线运动：带电粒子受到的合力与其初速度方向同向。 (3)匀减速直线运动：带电粒子受到的合力与其初速度方向反向。 (4)分析带电粒子在电场中做直线运动的方法 ①动力学方法——牛顿运动定律、运动学公式。 ②能量方法——动能定理、能量守恒定律。 2．带电粒子在电场中偏转问题(一般为类平抛运动)的两种求解思路 (1)动力学观点 利用运动的合成与分解把曲线运动转换成直线运动，然后利用牛顿运动定律结合运动学公式求解。 (2)功能观点 ①若选用动能定理，则要分清有多少个力做功，是恒力做功还是变力做功，同时要明确初、末状态及运动过程中的动能的增量。 ②若选用能量守恒定律，则要分清带电体在运动中共有多少种能量参与转化，哪些能量是增加的，哪些能量是减少的。 规范解答 答案 规范解答 带电体在电场中的运动问题的基本分析方法 [变式训练1]　水平面上有一个竖直放置的部分圆弧轨道，O为圆心，A为轨道的最低点，半径OA竖直，圆心角∠AOB为60°，半径R＝0.8 m，空间有竖直向下的匀强电场，场强E＝1×104 N/C。一个质量为m＝2 kg、电荷量为q＝－1×10－3 C的带电小球，从轨道左侧与圆心O同一高度的C点水平抛出，恰好从B点沿切线进入圆弧轨道，到达最低点A时对轨道的压力FN＝32.5 N。求： (1)小球抛出时的初速度v0的大小； (2)小球从B到A的过程中克服摩擦所做的功Wf。 答案 解析 解析 1．此类题型一般有三种情况 (1)粒子做单向直线运动(一般用牛顿运动定律求解)。 (2)粒子做往返运动(一般分段研究)。 (3)粒子做偏转运动(一般根据交变电场特点分段研究)。 2．分析时从两条思路出发 (1)力和运动的关系。根据牛顿第二定律及运动学规律分析。 (2)功能关系。 3．突破策略：抓住周期性和空间上的对称性 注重全面分析(分析受力特点和运动规律)，抓住粒子的运动具有周期性和在空间上具有对称性的特征，求解粒子运动过程中的速度、位移、做功或确定与物理过程相关的边界条件。 例2　一电荷量为q(q>0)、质量为m的带电粒子在匀强电场的作用下，在t＝0时由静止开始运动，场强随时间变化的规律如图所示，不计重力，求在t＝0到t＝T的时间间隔内， (1)粒子位移的大小和方向； (2)粒子沿初始电场反方向运动的时间。 规范解答 答案 规范解答 在交变电场作用下粒子所受的静电力发生改变，从而影响粒子的运动性质；由于静电力周期性变化，粒子的运动性质也具有周期性；研究带电粒子在交变电场中的运动需要分段研究，特别注意带电粒子进入交变电场的时间及交变电场的周期。 答案 解析 解析 利用等效思维求解带电体在电场中的圆周运动问题，可简化运算过程，提高效率。 规范解答 答案 规范解答 用“等效法”解此类题的关键在于正确得出等效重力场，然后再对比正常重力场下小球做圆周运动的规律，找出等效“最高点”和“最低点”。 答案 解析 解析 解析 课后课时作业 1．(多选)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。若一带电小球恰能沿图中所示水平直线通过电容器，则在此过程中，该小球(　　) A．所受重力与静电力平衡 B．电势能逐渐增加 C．动能逐渐增加 D．做匀变速直线运动 答案 解析　做直线运动的条件是垂直于速度方向上受力平衡，本题中是重力和静电力的一个分力平衡。对带电小球受力分析，如图所示，F合≠0，故A错误。由图可知，静电力与重力的合力与v0反向，F合对小球做负功，其中重力不做功，静电力做负功，故小球动能减少，电势能增加，B正确，C错误。F合恒定，且F合与v0方向相反，小球做匀减速直线运动，D正确。 解析 2．如图所示，质量为m的带负电的小物块置于倾角为37°的光滑斜面上，当整个装置处于竖直向下的匀强电场中时，小物块恰好静止在斜面上。现将电场方向突然改为水平向右，而场强大小不变，则(　　) A．小物块仍静止 B．小物块将沿斜面加速上滑 C．小物块将沿斜面加速下滑 D．小物块将脱离斜面运动 答案 解析　小物块恰好静止时静电力大小等于重力，即F电＝mg。当把电场方向突然改为水平向右时小物块受到的静电力方向变为水平向左，把静电力和重力分解到沿斜面和垂直斜面的两个方向上，在垂直斜面方向上有F电sin37°＋FN＝mgcos37°，在沿斜面方向上有F电cos37°＋mgsin37°＝ma，故小物块将沿斜面加速下滑，C正确。 解析 答案 解析　电子先向A板做半个周期的匀加速直线运动，接着做半个