《带电粒子在电场场中的运动》教学案
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带电粒子在电场场中的运动
【2011考纲解读】从2011高考考纲来看,带电粒子在电场中的运动依然为高考命题的热点之一。在高考带电粒子在电场中的运动是命题的重点,包括电场力做功的特点,带电粒子在电场中的运动,其中加速和偏转两种情况.
【高考预测】这部分的考查在考卷中主要以选择题和计算题的形式出现,以考查力电综合的题目为主.本专题是电学的基础,在历年的高考中占有很大的比例,尤其是在力电综合试题中巧妙地把电场和牛顿定律、动能定理和动量定理等知识有机地结合在一起,除此之外,电场问题与生产技术、生活实际、科学研究等知识联系也很多,这些都是命题的新动向.
【专题测试】
一. 电场中的平衡
带电粒子在电场中处于静止或匀速直线运动状态时,则粒子在电场中处于平衡状态.
假设匀强电场的两极板间的电压为U,板间的距离为d,则:mg=qE= ,有q= .
二.带电粒子在电场中运动
1.带电粒子在电场中的加速
在匀强电场中的加速问题 一般属于物体受恒力(重力一般不计)作用运动问题.处理的方法有两种:
①根据牛顿第二定律和运动学公式结合求解
②根据动能定理与电场力做功,运动学公式结合求解.
基本方程:
在非匀强电场中的加速问题 一般属于物体受变力作用运动问题.处理的方法只能根据动能定理与电场力做功,运动学公式结合求解.
基本方程:
2.带电粒子在电场中的偏转
设极板间的电压为U,两极板间的距离为 ,极板长度为 .
运动状态分析:带电粒子垂直于匀强电场的场强方向进入电场后,受到恒定的电场力作用,且与初速度方向垂直,因而做匀变速曲线运动——类似平抛运动如图.
运动特点分析:
在垂直电场方向做匀速直线运:
在平行电场方向,做初速度为零的匀加速直线运动:
通过电场区的时间:
粒子通过电场区的侧移距离:
粒子通过电场区偏转角:
带电粒子从极板的中线射入匀强电场,其出射时速度方向的反向延长线交于入射线的中点.所以侧移距离也可表示为:
注意事项:
1.常用的结论
①垂直电场方向而进入匀强电场的粒子,离开电场时都好像从极板中间位置沿直线飞出的一样.
②从静止开始经同一电场加速的并垂直进入同一偏转电场的粒子,离开偏转电场时有相同偏转角和侧移距离.
2.是否考虑带电粒子的重力要根据具体情况而定.一般说来:
(1)基本粒子:如电子、质子、α粒子、离子等除有说明或有明确的暗示以外,一般都不考虑重力(但并不忽略质量).
(2)带电颗粒:如液滴、油滴、尘埃、小球等,除有说明或有明确的暗示以外,一般都不能忽略重力.
3.粒子在交变电场中的往复运动
当电场强度发生变化时,由于带电粒子在电场中的受力将发生变化,从而使粒子的运动状态发生相应的变化,粒子表现出来的运动形式可能是单向变速直线运动,也可能是变速往复运动.
带电粒子是做单向变速直线运动,还是做变速往复运动主要由粒子的初始状态与电场的变化规律(受力特点)的形式有关.
注意事项:(1)若粒子(不计重力)的初速度为零,静止在两极板间,再在两极板间加上左图的电压,粒子做单向变速直线运动;若加上右图的电压,粒子则做往复变速运动.
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