2019-2020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、2019-2020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

2、数μ＝0.1.从t＝0时刻开始，空间加上一个如图乙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v

3、4＝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

4、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

5、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

6、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、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

7、．(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

8、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是一对平行金属板，在两板间加有周期为T的交变电压u，A板电势uA