2017-2018学年高一物理 电学专题提升 专题11 带电粒子在复合场中的运动

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1、专题11带电粒子在复合场中的运动一:专题概述1.常见的交变电场常见的产生交变电场的电压波形有方形波、锯齿波、正弦波等.2.常见的试题类型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).二:典例精讲1.带电粒子在交变电场中的直线运动典例1:如图甲所示,在真空中足够大的绝缘水平地面上,一个质量为m=0.2kg,带电荷量为q=+2.0×10-6C的小物块处于静止状态,小物块与地面间的动摩擦因数μ=0.1.从t=0时刻开始,空间加上一个如图乙

2、所示的场强大小和方向呈周期性变化的电场(取水平向右的方向为正方向,g=10m/s2),求:(1)23s内小物块的位移大小.(2)23s内电场力对小物块所做的功.【答案】(1)47m (2)9.8J【解析】(1)0~2s内小物块的加速度为a1由牛顿第二定律得:E1q=μmg=ma1即a1=-2m/s2,位移x1=a1t=4m2s末的速度为v2=a1t1=4m/s2~4s内小物块的加速度为a2,由牛顿第二定律得E2q+μmg=ma2即a2==-2m/s2位移x2=x1=4m,4s末小物块的速度为v4=0因此小物块做周期为4s的匀加速和匀减速运动2.带电粒子

3、在交变电场中做往返的直线运动典例2:如图甲所示,A、B两极板间加上如图乙所示的交变电压.A板的电势为0,一质量为m、电荷量为q的电子仅在静电力作用下,在t=时刻由静止释放进入两极板开始运动,恰好到达B板.则(  )A.电子在两板间做匀加速直线运动B.A、B两板间的距离为C.电子在两板间运动的时间为TD.若电子在t=0时刻进入两极板,电子在极板间做匀加速直线运动【答案】BCD【解析】在t=时刻由静止释放进入两极板运动,恰好到达B板,由于在第一个内做匀加速直线运动,在第二个内做匀减速直线运动,在第三个内反向做匀加速直线运动,可知经过时间恰好到达B板,选项A

4、错误,C正确;加速度,有,解得:d=,故B正确.若电子在t=0时刻进入两极板,先做匀加速直线运动,因在内的位移,则电子在板间做匀速直线运动,故D正确.故选BCD.3.带电粒子在组合场中的曲线运动典例3:如图甲所示,热电子由阴极飞出时的初速度忽略不计,电子发射装置的加速电压为U0,电容器板长和板间距离为L=10cm,下极板接地,电容器右端到荧光屏的距离也是L=10cm,在电容器两极板间接一交变电压,上极板的电势随时间变化的图像如图乙所示.(每个电子穿过平行板的时间都极短,可以认为电子穿过平行板的过程中电压是不变的)求:(1)在t=0.06s时刻,电子打在

5、荧光屏上的何处;(2)荧光屏上有电子打到的区间有多长?【答案】(1)13.5cm.(2)30cm.设电子通过偏转电场过程中产生的侧向速度为vy,偏转角为,则电子通过偏转电场时有:电子在荧光屏上偏离O点的距离为由题图知t=0.06s时刻U=1.8U0,代入数据解得Y=13.5cm(2)由题知电子偏移量y的最大值为d/2,所以当偏转电压超过2U0时,电子就打不到荧光屏上了.代入上式得:Y=3l/2所以荧光屏上电子能打到的区间长为:2Y=3l=30cm.三总结提升带电粒子在复合场中的运动常用的分析方法(1)带电粒子在交变电场中的运动,通常只讨论电压的大小不变

6、、方向做周期性变化(如方波)且不计粒子重力的情形.在两个相互平行的金属板间加交变电压时,在两板中间便可获得交变电场.此类电场从空间看是匀强的,即同一时刻,电场中各个位置处电场强度的大小、方向都相同;从时间看是变化的,即电场强度的大小、方向都随时间而变化.①当粒子平行于电场方向射入时,粒子做直线运动,其初速度和受力情况决定了粒子的运动情况,粒子可以做周期性的运动.②当粒子垂直于电场方向射入时,沿初速度方向的分运动为匀速直线运动,沿电场方向的分运动具有周期性.(2)研究带电粒子在交变电场中的运动,关键是根据电场变化的特点,利用牛顿第二定律正确地判断粒子的运

7、动情况.根据电场的变化情况,分段求解带电粒子运动的末速度、位移等.(3)对于锯齿波和正弦波等电压产生的交变电场,一般来说题中会直接或间接提到“粒子在其中运动时电场为恒定电场”,故带电粒子穿过电场时可认为是在匀强电场中运动.四提升专练1.如图甲所示,两极板间加上如图乙所示的交变电压.开始A板的电势比B板高,此时两板中间原来静止的电子在电场力作用下开始运动.设电子在运动中不与极板发生碰撞,向A板运动时为速度的正方向,则下列图象中能正确反映电子速度变化规律的是(其中C、D两项中的图线按正弦函数规律变化)(  ).【答案】A2.(多选)如图a,A、B是一对平行

8、金属板,在两板间加有周期为T的交变电压u,A板电势uA=0,B板电势uB随时间t变化的规律如图

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