2018年高中物理第一章靜電場1.12帶電粒子在電場中的加速學(xué)案新人教版

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1、帶電粒子在電場中的加速一、考點(diǎn)突破：知識點(diǎn)考綱要求題型說明帶電粒子在電場中的加速1.掌握電場力做功的特點(diǎn)；2.熟練掌握勻強(qiáng)和非勻強(qiáng)電場中電場力做功的計(jì)算方法；3.理解電場力做的功是電勢能轉(zhuǎn)化的量度。選擇題、計(jì)算題本知識點(diǎn)屬于重點(diǎn)內(nèi)容，是高頻考點(diǎn)，命題方向從動力學(xué)和能量角度考查帶電粒子在電場中的加速。二、重難點(diǎn)提示：重點(diǎn)：1.熟練掌握勻強(qiáng)和非勻強(qiáng)電場中電場力做功的計(jì)算；2.理解電場力做的功是電勢能轉(zhuǎn)化的量度。難點(diǎn)：勻強(qiáng)和非勻強(qiáng)電場中電場力做功的計(jì)算。一、帶電粒子在恒定場中的加速1.帶電粒子的重力是否忽略的問題（1）基本粒子：如電子、質(zhì)子、α粒子、離

2、子等除有說明或有明確的暗示以外，一般都不考慮重力（但并不忽略質(zhì)量）。（2）帶電顆粒：如液滴、油滴、塵埃、小球等，除有說明或有明確的暗示以外，一般都不能忽略重力。2.電場力做功特點(diǎn)及與電勢能變化的關(guān)系（1）電場力做功只與始末位置的電勢差有關(guān)，只要電勢差相同其加速效果就相同，與電場是否為勻強(qiáng)場無關(guān)。（2）電場力做功是電勢能變化的量度，二、帶電粒子在電場中加速的規(guī)律若不計(jì)粒子的重力，則電場力對帶電粒子做的功等于帶電粒子動能的增加量。（1）在勻強(qiáng)電場中：W＝qEd＝qU＝mv2－mv或F＝qE＝q＝ma.（2）在非勻強(qiáng)電場中：W＝qU＝mv2－mv.（3

3、）如果存在其他力做功:例題1如圖所示，電子由靜止開始從A板向B板運(yùn)動，當(dāng)?shù)竭_(dá)B極板時(shí)速度為v，保持兩板間電壓不變，則（　?。〢.當(dāng)增大兩板間距離時(shí)，v增大B.當(dāng)減小兩板間距離時(shí)，v增大C.當(dāng)改變兩板間距離時(shí)，v不變D.當(dāng)增大兩板間距離時(shí)，電子在兩板間運(yùn)動的時(shí)間變長思路分析：電子從靜止開始運(yùn)動，根據(jù)動能定理，從A板運(yùn)動到B板動能的變化量等于電場力做的功。因?yàn)楸３謨蓚€(gè)極板間的電勢差不變，所以末速度不變，而位移（兩板間距離）如果增加的話，電子在兩板間運(yùn)動的時(shí)間變長，故C、D正確。答案：CD例題2如圖所示，質(zhì)量m＝2.0×10－4kg、電荷量q＝1.0×

4、10－6C的帶正電微粒靜止在空間范圍足夠大的電場強(qiáng)度為E的勻強(qiáng)電場中。取g＝10m/s2。（1）求勻強(qiáng)電場的電場強(qiáng)度E的大小和方向；（2）在t＝0時(shí)刻，電場強(qiáng)度大小突然變?yōu)镋0＝4.0×103N/C，方向不變。求在t＝0.20s時(shí)間內(nèi)電場力做的功；（3）在t＝0.20s時(shí)刻突然撤掉電場，求帶電微粒回到出發(fā)點(diǎn)時(shí)的動能。思路分析：（1）因微粒靜止，知其受力平衡，對其受力分析有Eq＝mgE＝N/C＝2.0×103N/C，方向向上（2）在t＝0時(shí)刻，電場強(qiáng)度大小突然變?yōu)镋0＝4.0×103N/C，設(shè)微粒的加速度為a，在t＝0.20s時(shí)間內(nèi)上升高度為h，電

5、場力做功為W，則qE0－mg＝ma解得：a＝10m/s2h＝at2解得：h＝0.20mW＝qE0h解得：W＝8.0×10－4J（3）設(shè)在t＝0.20s時(shí)刻突然撤掉電場時(shí)微粒的速度大小為v，回到出發(fā)點(diǎn)時(shí)的動能為Ek，則v＝at由動能定理得mgh＝Ek－mv2解得：Ek＝8.0×10－4J答案：（1）2.0×103N/C，方向向上?。?）8.0×10－4J　（3）8.0×10－4J【方法提煉】帶電粒子在電場中運(yùn)動問題的兩種求解思路1.運(yùn)動學(xué)與動力學(xué)觀點(diǎn)運(yùn)動學(xué)觀點(diǎn)是指用勻變速運(yùn)動的公式來解決實(shí)際問題，特指在勻強(qiáng)場中的直線運(yùn)動。2.功能觀點(diǎn)：首先對帶電粒

6、子受力分析，再分析運(yùn)動形式，然后根據(jù)具體情況選用公式計(jì)算。（1）若選用動能定理，則要分清有多少個(gè)力做功，是恒力做功還是變力做功，同時(shí)要明確初、末狀態(tài)及運(yùn)動過程中動能的增量。（2）若選用能量守恒定律，則要分清帶電粒子在運(yùn)動過程中共有多少種能量參與轉(zhuǎn)化，哪些能量是增加的，哪些能量是減少的。滿分訓(xùn)練：微波實(shí)驗(yàn)是近代物理實(shí)驗(yàn)室中的一個(gè)重要部分。反射式速調(diào)管是一種結(jié)構(gòu)簡單、實(shí)用價(jià)值較高的常用微波器件之一，它是利用電子團(tuán)與場相互作用在電場中發(fā)生振蕩來產(chǎn)生微波，其振蕩原理與下述過程類似。如圖甲所示，在虛線MN兩側(cè)分布著方向平行于x軸的電場，其電勢φ隨x的分布可

7、簡化為如圖乙所示的折線。一帶電微粒從A點(diǎn)由靜止開始，在電場力作用下沿直線在A、B兩點(diǎn)間往返運(yùn)動。已知帶電微粒質(zhì)量m＝1.0×10－20kg，帶電荷量q＝－1.0×10－9C，A點(diǎn)距虛線MN的距離d1＝1.0cm，不計(jì)帶電微粒的重力，忽略相對論效應(yīng)。求：　　　圖甲　　　　　　　　圖乙（1）B點(diǎn)距虛線MN的距離d2；（2）帶電微粒從A點(diǎn)運(yùn)動到B點(diǎn)所經(jīng)歷的時(shí)間t.思路分析：（1）由圖乙知虛線左右分別是勻強(qiáng)電場，左側(cè)電場沿－x方向，右側(cè)電場沿＋x方向，大小分別為E1＝2.0×103N/C和E2＝4.0×103N/C，帶電微粒由A運(yùn)動到B的過程中，由動能定

8、理有

9、q

10、E1d1－

11、q

12、E2d2＝0①解得d2＝d1＝0.50cm②（2）設(shè)微粒在虛線MN兩側(cè)的加速度大小分別為a1、a2，由牛頓第二