2015届福建省长泰县第一中学高考物理二轮复习课件：专题4第7讲电场及带电粒子在电场中的运动（人教版）[精品].ppt

* 带电粒子在交变电场中的运动问题 带电粒子在交变电场中的运动包括直线运动和曲线运动两种情况。 1.对于带电粒子在交变电场中的直线运动，一般多以加速﹑减速交替出现的多运动过程的情境出现。 解决的方法： (1)根据运动学或动力学认真分析其中一个变化周期内相关物理量的变化规律。 * (2)借助运动图像进行运动过程分析，找出每一运动过程或每一运动阶段中相关物理量间的关系，进行归纳﹑总结﹑推理，寻找带电粒子的运动规律。 2.对于带电粒子在交变电场中的曲线运动，解决的方法仍然是应用运动的合成与分解的方法，把曲线运动分解为两个直线运动，然后分别应用直线运动规律加以解决。 * 【典例】(16分)有一种电荷聚焦装置的工作原理可简化为如下 工作过程：如图甲所示，平行金属板A和B间的距离为d，现在 A、B板上加上如图乙所示的方波形电压，t=0时A板比B板的电 势高，电压的正向值为U0，反向值也为U0，现有由质量为m的带 正电且电荷量为q的粒子组成的粒子束，从AB的中点O以平行于 金属板方向OO′的速度 不断射入，所有粒子在AB 间的飞行时间均为T，不计重力影响。试求： 【典题例证】 * (1)粒子打出电场时位置离O′点的距离范围。 (2)粒子射出电场时的速度大小及方向。 【解题关键】(1)所有粒子在板间运动的时间恰好是板间电压的一个变化周期。 (2)正向电压与反向电压相等，说明板间场强大小不变，只是改变方向，正、反向电压的持续时间不同。 * 【解题思路】解答本题时应该注意以下两个方面： (1)分析粒子的受力情况，判断粒子的运动规律，研究t=0、t= 、t= 、t=T几个特殊时刻进入的粒子的运动情况(比 如：速度、加速度、时间、位移等物理量的变化)。 (2)画出粒子在一个变化周期内的速度变化图像，寻找粒子偏转位移的变化规律和变化范围。 * 【规范解答】据U-t图像可作出粒子偏转方向上的v-t图像如图所示， * 由图像可知： (1)当粒子由t=nT时刻进入电场，向下侧移最大，则 (4分) 当粒子由t=nT+ 时刻进入电场，向上侧移最大，则 (4分) 在距离O′中点下方 至上方 范围内有粒子打出。 (2分) * (2)打出粒子的速度都是相同的，在沿电场线方向速度大小为 (2分) 所以打出速度大小为 (2分) 设速度方向与v0的夹角为θ，则 即θ=45° (2分) 答案：见规范解答 * 1.半径为r带缺口的刚性金属圆环在纸面上固定放置，在圆环的缺口两端引出两根导线，分别与两块垂直于纸面固定放置的平行金属板连接，两板间距为d，如图甲所示。有一变化的磁场垂直于纸面，规定向内为正，变化规律如图乙所示。在t=0时刻平板之间中心有一重力不计、电荷量为q的微粒，从静止释放，则以下说法正确的是( ) 【拓展训练】 * * A．第2 s内上极板为负极 B．第3 s末两极板之间的电场强度大小为0.2 V/m C．0至4 s一直向一个方向运动 D．第4 s末微粒回到了原来位置 【解析】选C。第2 s内，垂直纸面向外的磁感应强度增加，根 据楞次定律可以判定，圆环内的感应电动势方向为顺时针方 向，上极板带正电，上极板为正极，选项A错误；第3 s末，磁 场方向发生改变，但磁通量的变化率不变，同第3、4 s内的磁 通量变化率相同，产生的感应电动势为U= = = 0.1π·r2 V，因此板间场强为E= = ，由于r、 * d未给出具体的数值，故选项B错误；根据B-t图线作出板间电压U随时间的变化图线。(U0表示上板带正电)如图。开始的前2 s内，粒子做初速度为零的匀加速直线运动，在第3、4 s内，电场方向发生改变，粒子受到的电场力改变方向，但大小不变，粒子做原方向的匀减速直线运动，第4 s末速度刚好减为零，此时偏转位移最大，因此，选项C正确，而选项D错误。 * 2.在金属板AB间加上如图所示的大小不变，方向周期性变化的交变电压U0，其周期为T。现有电子以平行于金属板的速度v0从两板中央射入。已知电子的质量为m，电荷量为e，不计电子的重力，求： * (1)若电子从t=0时刻射入，在半个周期内恰好能从A板的边缘 飞出，则电子飞出时速度的大小为多少？ (2)若电子从t=0时刻射入，恰能平行于金属板飞出，则金属板 至少为多长？ (3)若电子恰能从两板中央平行于板飞出，电子应从哪一时刻 射入？两板间距至少为多大？ 【解析】(1)电子在电场中运动的初末位置电势差为U= ,由 动能定理得