【金板学案】2016届高考物理一轮复习课件 第七章 电场 第4课 带电粒子在匀强电场中的运动

高考总复习物理第二单元带电粒子在匀强电场中的运动第4课带电粒子在匀强电场中的运动高考展望题型探究栏目链接1.熟练处理带电粒子(一般不计重力)和带电体(一般要考虑重力)在电场中的加速与偏转问题．2.考查题型齐全，高考综合题命题热点之一．高考展望题型探究栏目链接提醒探究题型1带电粒子在电场中的加速讨论带电粒子在电场中做直线运动(加速或减速)的方法：(1)能量方法——能量守恒定律；(2)功能关系——动能定理；(3)力和加速度方法——牛顿运动定律，匀变速直线运动公式．提醒探究【例❶】如图甲所示，在水平地面上固定一倾角为θ的光滑绝缘斜面，斜面处于电场强度大小为E、方向沿斜面向下的匀强电场中．一劲度系数为k的绝缘轻质弹簧的一端固定在斜面底端，整根弹簧处于自然状态．一质量为m、带电荷量为q(q0)的滑块从距离弹簧上端为s0处静止释放，滑块在运动过程中电荷量保持不变，设滑块与弹簧接触过程没有机械能损失，弹簧始终处在弹性限度内，重力加速度大小为g.提醒探究(1)求滑块从静止释放到与弹簧上端接触瞬间所经历的时间t1.(2)若滑块在沿斜面向下运动的整个过程中最大速度大小为vm，求滑块从静止释放到速度大小为vm的过程中弹簧的弹力所做的功W.(3)从滑块静止释放瞬间开始计时，请在图乙中画出滑块在沿斜面向下运动的整个过程中速度与时间关系vt图象．图中横坐标轴上的t1、t2及t3分别表示滑块第一次与弹簧上端接触、第一次速度达到最大值及第一次速度减为零的时刻，纵坐标轴上的v1为滑块在t1时刻的速度大小，vm是题中所指的物理量．提醒探究解析：(1)滑块从静止释放到与弹簧刚接触的过程中做初速度为零的匀加速直线运动，设加速度大小为a，则有：qE＋mgsinθ＝ma，①s0＝12at21，②联立①②可得：t1＝2ms0qE＋mgsinθ.③提醒探究(2)滑块速度最大时受力平衡，设此时弹簧压缩量为x0，则有：mgsinθ＋qE＝kx0.④从静止释放到速度达到最大的过程中，由动能定理得：(mgsinθ＋qE)·(s0＋x0)＋W＝12mv2m－0，⑤联立④⑤可得：W＝12mv2m－(mgsinθ＋qE)·s0＋mgsinθ＋qEk.提醒探究(3)如图所示．答案：见解析提醒探究方法点窍带电体在匀强电场中的加速问题的分析方法：提醒探究变式训练1．如图所示，板长L＝4cm的平行板电容器，板间距离d＝3cm，板与水平线夹角α＝37°，两板所加电压为U＝100V，有一带负电液滴，带电荷量为q＝3×10－10C，以v0＝1m/s的水平速度自A板边缘水平进入电场，在电场中仍沿水平方向并恰好从B板边缘水平飞出，取g＝10m/s2.求：(1)液滴的质量；(2)液滴飞出时的速度．提醒探究解析：(1)画出带电液滴的受力图如图所示，由图可得：qEcosα＝mg，qEsinα＝ma，E＝Ud，解得：m＝qUcosαdg.代入数据得：m＝8×10－8kg.提醒探究(2)对液滴由动能定理得：qU＝12mv2－12mv20，v＝v20＋2qUm，所以v＝72m/s≈1.32m/s.答案：(1)8×10－8kg(2)1.32m/s提醒探究题型2带电粒子在电场中的偏转带电粒子在电场中的运动，综合了静电场和力学的知识，分析方法和力学的分析方法基本相同：先分析受力情况再分析运动状态和运动过程；然后选用恰当的规律解题．提醒探究【例❷】如图为一真空示波管的示意图，电子从灯丝K发出(初速度可忽略不计)，经灯丝与A板间的电压U1加速，从A板中心孔沿中心线KO射出，然后进入两块平行金属板M、N形成的偏转电场中(偏转电场可视为匀强电场)，电子进入M、N间电场时的速度与电场方向垂直，电子经过电场后打在荧光屏上的P点．已知M、N两板间的电压为U2，两板间的距离为d，板长为L，电子的质量为m，电荷量为e，不计电子受到的重力及它们之间的相互作用力．提醒探究(1)求电子穿过A板时的速度大小；(2)求电子从偏转电场射出时的侧移量；(3)若要电子打在荧光屏上P点的上方，可采取哪些措施？提醒探究审题突破：(1)电子在灯丝与A板间的运动中，可用动能定理求穿过A板时的速度大小；(2)电子在偏转电场中做类平抛运动，沿极板方向的分运动确定运动时间，垂直极板方向做匀加速运动，从而求出侧移量的表达式；(3)由侧移量表达式中的相关物理量分析应采取的措施．解析：(1)设电子经电压U1加速后的速度为v0，由动能定理有：eU1＝12mv20.提醒探究解得：v0＝2eU1m.(2)电子沿极板方向做匀速直线运动，沿电场方向做初速度为零的匀加速直线运动．设偏转电场的电场强度为E，电子在偏转电场中运动的时间为t，加速度为a，电子离开偏转电场时的侧移量为y.由牛顿第二定律和运动学公式有：t＝Lv0，eU2md＝a，y＝12at2，提醒探究解得：y＝U2L24U1d.(3)减小加速电压U1，增大偏转电压U2.答案：(1)2eU1m(2)U2L24U1d(3)见解析提醒探究变式训练2．如图所示，水平放置的平行板电容器两极板间距离为d，两极板间所加的电压为U0，上极板带正电．现有一束微粒以某一速度垂直于电场方向沿中心线OO′射入，并能沿水平方向飞出电场．当电压升高到U1时，微粒可以从距M板d4处飞出电场．提醒探究(1)带电微粒的比荷是多少？带何种电荷？(2)要使微粒束能从距N板d4处飞出电场，则所加的电压U2应为多少？解析：(1)当电压为U0时，小球受力平衡mg＝U0qd，因此小球带负电，则qm＝gdU0.提醒探究(2)由于两次偏转的侧位移大小相同，因此可知两次运动的加速度大小相同，在竖直方向的合外力大小相同，即qU1d－mg＝mg－qU2d，则U2＝2mgdq－U1，代入(1)中结果有U2＝2U0－U1.答案：(1)gdU0负电(2)2U0－U1