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时间:2019-09-15
《高中物理10大难点强行突破之八带电粒子在电场中的运动》由会员上传分享,免费在线阅读,更多相关内容在学术论文-天天文库。
1、难点之八带电粒子在电场中的运动一、难点突破策略:带电微粒在电场中运动是电场知识和力学知识的结合,分析方法和力学的分析方法是基本相同的:先受力分析,再分析运动过程,选择恰当物理规律解题。处理问题所需的知识都在电场和力学中学习过了,关键是怎样把学过的知识有机地组织起来,这就需要有较强的分析与综合的能力,为有效突破难点,学习中应重视以下几方面:1.在分析物体受力时,是否考虑重力要依据具体情况而定。(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忽略不计。(2)带电颗粒:
2、如尘埃、液滴、小球等,除有说明或有明确的暗示以外一般都不能忽略。“带电粒子”一般是指电子、质子及其某些离子或原子核等微观的带电体,它们的质量都很小,例如:电子的质量仅为0.91×10-30千克、质子的质量也只有1.67×10-27千克。(有些离子和原子核的质量虽比电子、质子的质量大一些,但从“数量级”上来盾,仍然是很小的。)如果近似地取g=10米/秒2,则电子所受的重力也仅仅是meg=0.91×10-30×10=0.91×10-29(牛)。但是电子的电量为q=1.60×10-19库(虽然也很小,但
3、相对而言10-19比10-30就大了10-11倍),如果一个电子处于E=1.0×104牛/库的匀强电场中(此电场的场强并不很大),那这个电子所受的电场力F=qE=1.60×10-19×1.0×104=1.6×10-15(牛),看起来虽然也很小,但是比起前面算出的重力就大多了(从“数量级”比较,电场力比重力大了1014倍),由此可知:电子在不很强的匀强电场中,它所受的电场力也远大于它所受的重力——qE>>meg。所以在处理微观带电粒子在匀强电场中运动的问题时,一般都可忽略重力的影响。但是要特别注意:
4、有时研究的问题不是微观带电粒子,而是宏观带电物体,那就不允许忽略重力影响了。例如:一个质量为1毫克的宏观颗粒,变换单位后是1×10-6千克,它所受的重力约为mg=1×10-6×10=1×10-5(牛),有可能比它所受的电场力还大,因此就不能再忽略重力的影响了。2.加强力学知识与规律公式的基础教学,循序渐进的引入到带电粒子在电场中的运动,注意揭示相关知识的区别和联系。3.注重带电粒子在电场中运动的过程分析与运动性质分析(平衡、加速或减速、轨迹是直线还是曲线),注意从力学思路和能量思路考虑问题,且两条
5、思路并重;同时选择好解决问题的物理知识和规律。带电粒子在匀强电场中的运动,是一种力电综合问题。解答这种问题经常运用电场和力学两方面的知识和规律,具体内容如下:所需电场的知识和规律有:E→F=qE;W=qU;E;电场线的性质和分布;等势面的概念和分布:电势、电势差、电势能、电场力做功与电势能变化关系。所需力学的知识和规律有:牛顿第二定律F=ma;动能定理W=ΔEk;动能和重力势能的概念和性质;能的转化和守恒定律;匀变速直线运动的规律;抛物体运动的规律;动量定理;动量守恒定律;解答“带电粒子在匀强电场
6、中运动”的问题,既需要掌握较多的物理知识,又需要具有一定的分析综合能力。处理带电粒子运动问题的一般有三条途径:(1)匀变速直线运动公式和牛顿运动定律(2)动能定理或能量守恒定律(3)动量定理和动量守恒定律-12-第页共12页处理直线变速运动问题,除非题目指定求加速度或力,否则最好不要用牛顿第二定律来计算。要优先考虑使用场力功与粒子动能变化关系,使用动能定理来解,尤其是在非匀强电场中,我们无法使用牛顿第二定律来处理的过程,而动能定理只考虑始末状态,不考虑中间过程。一般来说,问题涉及时间则优先考虑冲量
7、、动量,问题涉及空间则优先考虑功、动能。对带电粒子在非匀强电场中运动的问题,对中学生要求不高,不会有难度过大的问题。4.强化物理条件意识,运用数学工具(如,抛物线方程、直线方程、反比例函数等)加以分析求解。(一)带电粒子的加速1.运动状态分析带电粒子沿与电场线平行的方向进入匀强电场,受到的电场力与运动方向在同一直线上,做加速(或减速)直线运动。2.用功能观点分析粒子动能的变化量等于电场力做的功。(1)若粒子的初速度为零,则qU=mv2/2,V=(2)若粒子的初速度不为零,则qU=mv2/2-mv
8、02/2,V=3.用牛顿运动定律和运动学公式分析:带电粒子平行电场线方向进入匀强电场,则带电粒子做匀变速直线运动,可由电场力求得加速度进而求出末速度、位移或时间。说明:(1)不管是匀强电场还是非匀强电场加速带电粒子W=qU都适应,而W=qEd,只适应于匀强电场.图8-1(2)对于直线加速,实质上是电势能转化为动能,解决的思路是列动能定理的方程(能量观点)来求解。例1:如图8-1所示,带电粒子在电场中的加速:在真空中有一对平行金属板,两板间加以电压U,两板间有一个带正电荷q的带电粒子
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