高中物理教案

高三物理教案：《帶電物體在電場中的運(yùn)動》教學(xué)設(shè)計。

俗話說，居安思危，思則有備，有備無患。作為高中教師就要早早地準(zhǔn)備好適合的教案課件。教案可以讓學(xué)生更好的吸收課堂上所講的知識點，幫助高中教師更好的完成實現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)。那么怎么才能寫出優(yōu)秀的高中教案呢？下面是小編為大家整理的“高三物理教案：《帶電物體在電場中的運(yùn)動》教學(xué)設(shè)計”，相信您能找到對自己有用的內(nèi)容。

1、研究帶電物體在電場中運(yùn)動的兩條主要途徑

帶電物體在電場中的運(yùn)動,是一個綜合力和能量的力學(xué)問題,研究的方法與質(zhì)點動力學(xué)相同(僅僅增加了電場力),它同樣遵循運(yùn)動的合成與分解、力的獨(dú)立作用原理、牛頓運(yùn)動定律、動能定理、功能原理等力學(xué)規(guī)律.研究時,主要可以按以下兩條途徑分析:

(1)力和運(yùn)動的關(guān)系--牛頓第二定律

根據(jù)帶電物體受到的電場力和其它力,用牛頓第二定律求出加速度,結(jié)合運(yùn)動學(xué)公式確定帶電物體的速度、位移等.這條線索通常適用于恒力作用下做勻變速運(yùn)動的情況.

(2)功和能的關(guān)系--動能定理

根據(jù)電場力對帶電物體所做的功,引起帶電物體的能量發(fā)生變化,利用動能定理或從全過程中能量的轉(zhuǎn)化,研究帶電物體的速度變化,經(jīng)歷的位移等.這條線索同樣也適用于不均勻的電場.

2、研究帶電物體在電場中運(yùn)動的兩類重要方法

(1)類比與等效

電場力和重力都是恒力,在電場力作用下的運(yùn)動可與重力作用下的運(yùn)動類比.例如,垂直射入平行板電場中的帶電物體的運(yùn)動可類比于平拋,帶電單擺在豎直方向勻強(qiáng)電場中的運(yùn)動可等效于重力場強(qiáng)度g值的變化等.

(2)整體法(全過程法)

電荷間的相互作用是成對出現(xiàn)的,把電荷系統(tǒng)的整體作為研究對象,就可以不必考慮其間的相互作用.

電場力的功與重力的功一樣,都只與始末位置有關(guān),與路徑無關(guān).它們分別引起電荷電勢能的變化和重力勢能的變化,從電荷運(yùn)動的全過程中功能關(guān)系出發(fā)(尤其從靜止出發(fā)末速度為零的問題)往往能迅速找到解題切入點或簡化計算

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高三物理教案：《帶電粒子在復(fù)合場中的運(yùn)動》教學(xué)設(shè)計

教案課件是每個老師工作中上課需要準(zhǔn)備的東西，是認(rèn)真規(guī)劃好自己教案課件的時候了。此時就可以對教案課件的工作做個簡單的計劃，新的工作才會如魚得水！適合教案課件的范文有多少呢？小編特地為大家精心收集和整理了“高三物理教案：《帶電粒子在復(fù)合場中的運(yùn)動》教學(xué)設(shè)計”，供您參考，希望能夠幫助到大家。

一、帶點粒子在復(fù)合場中的運(yùn)動本質(zhì)是力學(xué)問題

1、帶電粒子在電場、磁場和重力場等共存的復(fù)合場中的運(yùn)動,其受力情況和運(yùn)動圖景都比較復(fù)雜,但其本質(zhì)是力學(xué)問題,應(yīng)按力學(xué)的基本思路,運(yùn)用力學(xué)的基本規(guī)律研究和解決此類問題。

2、分析帶電粒子在復(fù)合場中的受力時,要注意各力的特點。如帶電粒子無論運(yùn)動與否,在重力場中所受重力及在勻強(qiáng)電場中所受的電場力均為恒力,它們的做功只與始末位置在重力場中的高度差或在電場中的電勢差有關(guān),而與運(yùn)動路徑無關(guān)。而帶電粒子在磁場中只有運(yùn)動 (且速度不與磁場平行)時才會受到洛侖茲力,力的大小隨速度大小而變,方向始終與速度垂直,故洛侖茲力對運(yùn)動電荷不做功.

二、帶電微粒在重力、電場力、磁場力共同作用下的運(yùn)動(電場、磁場均為勻強(qiáng)場)

1、帶電微粒在三個場共同作用下做勻速圓周運(yùn)動:必然是電場力和重力平衡,而洛倫茲力充當(dāng)向心力.

2、帶電微粒在三個場共同作用下做直線運(yùn)動:重力和電場力是恒力,它們的合力也是恒力。

當(dāng)帶電微粒的速度平行于磁場時,不受洛倫茲力,因此可能做勻速運(yùn)動也可能做勻變速運(yùn)動;

當(dāng)帶電微粒的速度垂直于磁場時,一定做勻速運(yùn)動。

3、與力學(xué)緊密結(jié)合的綜合題,要認(rèn)真分析受力情況和運(yùn)動情況(包括速度和加速度)。必要時加以討論。

三、帶電粒子在重力場、勻強(qiáng)電場、勻強(qiáng)磁場的復(fù)合場中的運(yùn)動的基本模型有:

1、勻速直線運(yùn)動。自由的帶點粒子在復(fù)合場中作的直線運(yùn)動通常都是勻速直線運(yùn)動,除非粒子沿磁場方向飛入不受洛侖茲力作用。因為重力、電場力均為恒力,若兩者的合力不能與洛侖茲力平衡,則帶點粒子速度的大小和方向?qū)淖?不能維持直線運(yùn)動了。

2、勻速圓周運(yùn)動。自由的帶電粒子在復(fù)合場中作勻速圓周運(yùn)動時,必定滿足電場力和重力平衡,則當(dāng)粒子速度方向與磁場方向垂直時,洛侖茲力提供向心力,使帶電粒子作勻速圓周運(yùn)動。

3、較復(fù)雜的曲線運(yùn)動。在復(fù)合場中,若帶電粒子所受合外力不斷變化且與粒子速度不在一直線上時,帶電粒子作非勻變速曲線運(yùn)動。此類問題,通常用能量觀點分析解決,帶電粒子在復(fù)合場中若有軌道約束,或勻強(qiáng)電場或勻速磁場隨時間發(fā)生周期性變化等原因,使粒子的運(yùn)動更復(fù)雜,則應(yīng)視具體情況進(jìn)行分析。

正確分析帶電粒子在復(fù)合場中的受力并判斷其運(yùn)動的性質(zhì)及軌跡是解題的關(guān)鍵,在分析其受力及描述其軌跡時,要有較強(qiáng)的空間想象能力并善于把空間圖形轉(zhuǎn)化為最佳平面視圖。當(dāng)帶電粒子在電磁場中作多過程運(yùn)動時,關(guān)鍵是掌握基本運(yùn)動的特點和尋找過程的邊界條件.

高一物理教案：《帶電粒子在電場中的運(yùn)動》教學(xué)設(shè)計

學(xué)生們有一個生動有趣的課堂，離不開老師辛苦準(zhǔn)備的教案，大家在認(rèn)真寫教案課件了。將教案課件的工作計劃制定好，就可以在接下來的工作有一個明確目標(biāo)！適合教案課件的范文有多少呢？請您閱讀小編輯為您編輯整理的《高一物理教案：《帶電粒子在電場中的運(yùn)動》教學(xué)設(shè)計》，歡迎閱讀，希望您能夠喜歡并分享！

高一物理教案：《帶電粒子在電場中的運(yùn)動》教學(xué)設(shè)計

一、教學(xué)目標(biāo)

1.了解帶電粒子在電場中的運(yùn)動——只受電場力，帶電粒子做勻變速運(yùn)動。

2.重點掌握初速度與場強(qiáng)方向垂直的帶電粒子在電場中的運(yùn)動——類平拋運(yùn)動。

3.滲透物理學(xué)方法的教育：運(yùn)用理想化方法，突出主要因素，忽略次要因素，不計粒子重力。

二、重點分析

初速度與場強(qiáng)方向垂直的帶電粒子在電場中運(yùn)動，沿電場方向(或反向)做初速度為零的勻加速直線運(yùn)動，垂直于電場方向為勻速直線運(yùn)動。

三、主要教學(xué)過程

1.帶電粒子在磁場中的運(yùn)動情況

① 若帶電粒子在電場中所受合力為零時，即∑F=0時，粒子將保

持靜止?fàn)顟B(tài)或勻速直線運(yùn)動狀態(tài)。

例 帶電粒子在電場中處于靜止?fàn)顟B(tài)，該粒子帶正電還是負(fù)電?

分析 帶電粒子處于靜止?fàn)顟B(tài)，∑F=0，mg=Eq，因為所受重力豎直向下，所以所受電場力必為豎直向上。又因為場強(qiáng)方向豎直向下，所以帶電體帶負(fù)電。

②若∑F≠0且與初速度方向在同一直線上，帶電粒子將做加速或減速直線運(yùn)動。(變速直線運(yùn)動)

打入正電荷，將做勻加速直線運(yùn)動。

打入負(fù)電荷，將做勻減速直線運(yùn)動。

③若∑F≠0，且與初速度方向有夾角(不等于0°，180°)，帶電粒子將做曲線運(yùn)動。

mg>Eq，合外力豎直向下v0與∑F夾角不等于0°或180°，帶電粒子做勻變速曲線運(yùn)動。在第三種情況中重點分析類平拋運(yùn)動。

2.若不計重力，初速度v0⊥E，帶電粒子將在電場中做類平拋運(yùn)動。

復(fù)習(xí)：物體在只受重力的作用下，被水平拋出，在水平方向上不受力，將做勻速直線運(yùn)動，在豎直方向上只受重力，做初速度為零的自由落體運(yùn)動。物體的實際運(yùn)動為這兩種運(yùn)動的合運(yùn)動。

與此相似，不計mg，v0⊥E時，帶電粒子在磁場中將做類平拋運(yùn)動。

板間距為d，板長為l，初速度v0，板間電壓為U，帶電粒子質(zhì)量為m，帶電量為+q。

①粒子在與電場方向垂直的方向上做勻速直線運(yùn)動，x=v0t;在沿電

若粒子能穿過電場，而不打在極板上，側(cè)移量為多少呢?

②

③

注：以上結(jié)論均適用于帶電粒子能從電場中穿出的情況。如果帶電粒子沒有從電場中穿出，此時v0t不再等于板長l，應(yīng)根據(jù)情況進(jìn)行分析。

設(shè)粒子帶正電，以v0進(jìn)入電壓為U1的電場，將做勻加速直線運(yùn)動，穿過電場時速度增大，動能增大，所以該電場稱為加速電場。

進(jìn)入電壓為U2的電場后，粒子將發(fā)生偏轉(zhuǎn)，設(shè)電場稱為偏轉(zhuǎn)電場。

例1質(zhì)量為m的帶電粒子，以初速度v0進(jìn)入電場后沿直線運(yùn)動到上極板。

(1)物體做的是什么運(yùn)動?

(2)電場力做功多少?

(3)帶電體的電性?

例2 如圖，一平行板電容器板長l=4cm，板間距離為d=3cm，傾斜放置，使板面與水平方向夾角α=37°，若兩板間所加電壓U=100V，一帶電量q=3×10-10C的負(fù)電荷以v0=0.5m/s的速度自A板左邊緣水平進(jìn)入電場，在電場中沿水平方向運(yùn)動，并恰好從B板右邊緣水平飛出，則帶電粒子從電場中飛出時的速度為多少?帶電粒子質(zhì)量為多少?

例3 一質(zhì)量為m，帶電量為+q的小球從距地面高h(yuǎn)處以一定的初速度水平拋出。在距拋出點水平距離為l處，有一根管口比小球直徑略大的

管子上方的整個區(qū)域里加一個場強(qiáng)方向水平向左的勻強(qiáng)電場。如圖：

求：(1)小球的初速度v;

(2)電場強(qiáng)度E的大小;

(3)小球落地時的動能。

高三物理《電容器帶電粒子在電場中的運(yùn)動》教材分析

高三物理《電容器帶電粒子在電場中的運(yùn)動》教材分析

考點27電容器帶電粒子在電場中的運(yùn)動
考點名片
考點細(xì)研究：(1)帶電粒子在勻強(qiáng)電場中的運(yùn)動；(2)示波管、常見電容器；(3)電容器的電壓、電荷量和電容的關(guān)系等。其中考查到的如：20xx年全國卷第14題、20xx年天津高考第4題、20xx年北京高考第23題、20xx年全國卷第24題、20xx年天津高考第7題、20xx年安徽高考第23題、20xx年四川高考第10題、20xx年山東高考第20題、20xx年海南高考第5題、20xx年山東高考第18題、20xx年天津高考第4題、20xx年安徽高考第22題、20xx年全國卷第16題、20xx年廣東高考第15題、20xx年全國卷第24題等。
備考正能量：本考點綜合性較強(qiáng)，以平行板電容器為情景的試題，多以選擇題形式出現(xiàn)，一般難度較小。涉及到帶電粒子在電場中運(yùn)動的試題，多以計算題的形式出現(xiàn)，一般難度較大，材料新穎。預(yù)計今后高考中這一考查形式不會出現(xiàn)大的波動。

一、基礎(chǔ)與經(jīng)典
1.在如圖所示的實驗裝置中，平行板電容器的極板A與靜電計相接，極板B接地。若極板B稍向上移動一點，由觀察到的靜電計指針變化做出平行板電容器電容變小的結(jié)論的依據(jù)是()

A．極板上的電荷量幾乎不變，兩極板間的電壓變大
B．極板上的電荷量幾乎不變，兩極板間的電壓變小
C．兩極板間的電壓不變，極板上的電荷量變小
D．兩極板間的電壓不變，極板上的電荷量變大
答案A
解析B板稍向上移一點，板上的電荷量幾乎不變，由C＝，可知S減小，C變小，再由C＝可知Q不變，C變小，故U變大，故A選項正確，其他選項錯誤。
2.如圖所示，平行板電容器與電動勢為E的直流電源(內(nèi)阻不計)連接，下極板接地。一帶電油滴位于電容器中的P點且恰好處于平衡狀態(tài)?，F(xiàn)將平行板電容器的上極板豎直向上移動一小段距離，則()

A．帶電油滴將沿豎直方向向上運(yùn)動
B．P點的電勢將降低
C．帶電油滴的電勢能將減小
D．電容器的電容減小，極板帶電荷量將增大
答案B
解析上極板向上移動一小段距離后，板間電壓不變，仍為電源電動勢E，故電場強(qiáng)度將減小，油滴所受電場力減小，故油滴將向下運(yùn)動，A錯誤；P點的電勢大于0，且P點與下極板間的電勢差減小，所以P點的電勢降低，B正確；兩極板間電場方向豎直向下，所以P點的油滴應(yīng)帶負(fù)電，當(dāng)P點電勢降低時，油滴的電勢能應(yīng)增加，C錯誤；電容器的電容C＝，由于d增大，電容C應(yīng)減小，極板帶電荷量Q＝CE將減小，D錯誤。
3.如圖所示，不帶電的金屬球A固定在絕緣底座上，它的正上方有B點，該處有帶電液滴不斷地自靜止開始落下，液滴到達(dá)A球后將電荷量全部傳給A球，設(shè)前一液滴到達(dá)A球后，后一液滴才開始下落，不計空氣阻力和下落液滴之間的影響，則下列敘述中正確的是()

A．第一滴液滴做自由落體運(yùn)動，以后液滴做變加速運(yùn)動，都能到達(dá)A球
B．當(dāng)液滴下落到重力與電場力大小相等的位置時，開始做勻速運(yùn)動
C．所有液滴下落過程所能達(dá)到的最大動能不相等
D．所有液滴下落過程中電場力做功相等
答案C
解析第一滴液滴下落時，只受重力，所以做自由落體運(yùn)動，以后的液滴在下落過程中，將受電場力作用，且在靠近A的過程中電場力變大，所以做變加速運(yùn)動，當(dāng)A電荷量較大時，使得液滴所受的電場力大于重力時，液滴有可能不能到達(dá)A球，所以A錯誤；當(dāng)液滴下落到重力與電場力大小相等的位置時，液滴向下運(yùn)動速度最大，再向下運(yùn)動重力將小于電場力，所以不會做勻速運(yùn)動，故B錯誤；每滴液滴在下落過程中A所帶的電荷量不同，故下落液滴動能最大的位置不同，此時合外力做功不同，最大動能不相等，所以C正確；每滴液滴在下落過程中A所帶的電荷量不同，液滴所受的電場力不同，電場力做功不同，所以D錯誤。
4.(多選)如圖所示，兩面積較大、正對著的平行極板A、B水平放置，極板上帶有等量異種電荷。其中A板用絕緣線懸掛，B板固定且接地，P點為兩板的中間位置。下列結(jié)論正確的是()

A．若在兩板間加上某種絕緣介質(zhì)，A、B兩板所帶電荷量會增大
B．A、B兩板電荷分別在P點產(chǎn)生電場的場強(qiáng)大小相等，方向相同
C．若將A板豎直向上平移一小段距離，兩板間的電場強(qiáng)度將增大
D．若將A板豎直向下平移一小段距離，原P點位置的電勢將不變
答案BD
解析在兩板間加上某種絕緣介質(zhì)時，A、B兩板所帶電荷量沒有改變，故A錯誤；A、B兩板電荷量數(shù)量相等，P點到兩板的距離相等，根據(jù)對稱性和電場的疊加可知兩板電荷分別在P點產(chǎn)生電場的場強(qiáng)大小相等，方向都向下，故B正確；根據(jù)電容的決定式C＝、電容的定義式C＝和板間場強(qiáng)公式E＝得：E＝，由題知Q、S、εr均不變，則移動A板時，兩板間的電場強(qiáng)度將不變，故C錯誤；由上分析可知將A板豎直向下平移時，板間場強(qiáng)不變，由U＝Ed分析得知P點與下極板間的電勢差不變，P點的電勢保持不變，故D正確。
5.如圖是示波管的工作原理圖：電子經(jīng)電場加速后垂直于偏轉(zhuǎn)電場方向射入偏轉(zhuǎn)電場，若加速電壓為U1，偏轉(zhuǎn)電壓為U2，偏轉(zhuǎn)電場的極板長度與極板間的距離分別為L和d，y為電子離開偏轉(zhuǎn)電場時發(fā)生的偏轉(zhuǎn)距離。取“單位偏轉(zhuǎn)電壓引起的偏轉(zhuǎn)距離”來描述示波管的靈敏度，即(該比值越大則靈敏度越高)，則下列哪種方法可以提高示波管的靈敏度()

A．增大U1B．增大U2C．減小LD．減小d
答案D
解析設(shè)電子離開加速電場時速度大小為v0，則eU1＝mv，y＝，解得y＝，故＝，可見，減小d可以提高示波管的靈敏度，答案選D。
6.如圖所示，豎直放置的兩個平行金屬板間存在勻強(qiáng)電場，與兩板上邊緣等高處有兩個質(zhì)量相同的帶電小球，小球A從緊靠左極板處由靜止開始釋放，小球B從兩極板正中央由靜止開始釋放，兩小球最終能運(yùn)動到右極板上的同一位置，則從開始釋放到運(yùn)動至右極板的過程中，下列判斷正確的是()

A．運(yùn)動時間tAtB
B．電荷量之比qAqB＝21
C．機(jī)械能增加量之比ΔEAΔEB＝21
D．機(jī)械能增加量之比ΔEAΔEB＝11
答案B
解析對A、B受力分析可知，豎直方向上做自由落體運(yùn)動，所以兩小球運(yùn)動時間相等，選項A錯誤；水平方向在電場力作用下做初速度為零的勻加速直線運(yùn)動，xA＝2xB，由運(yùn)動關(guān)系可知，兩小球電荷量之比＝＝＝，由功能關(guān)系可知，電場力做的功等于小球機(jī)械能的增加量，＝＝，因此機(jī)械能的增加量之比為41，選項B正確，C、D錯誤。
7.(多選)如圖所示，一電容為C的平行板電容器，兩極板A、B間距離為d，板間電壓為U，B板電勢高于A板，兩板間有M、N、P三點，MN連線平行于極板，N、P連線垂直于極板，M、P兩點間距離為L，PMN＝θ。以下說法正確的是()

A．電容器帶電荷量為
B．兩極板間勻強(qiáng)電場的電場強(qiáng)度大小為
C．M、P兩點間的電勢差為
D．若將帶電荷量為＋q的電荷從M移到P，該電荷的電勢能減少了
答案CD
解析由電容器電容的定義式可知，電容器的帶電量為Q＝CU，選項A錯誤；兩板間的電場為勻強(qiáng)電場，根據(jù)勻強(qiáng)電場場強(qiáng)與電勢差的關(guān)系可知，兩板間電場強(qiáng)度E＝，選項B錯誤；M、P兩點間的電勢差就等于NP間的電勢差，即UMP＝ELsinθ＝，選項C正確；由于下板帶正電，因此板間場強(qiáng)方向豎直向上，將帶電荷量為＋q的電荷從M點移到P點，電場力做正功，電勢能減少量等于電場力做的功，即qUMP＝，選項D正確。
8.(多選)如圖所示，在地面上方的水平勻強(qiáng)電場中，一個質(zhì)量為m、電荷量為＋q的小球，系在一根長為L的絕緣細(xì)線一端，可以在豎直平面內(nèi)繞O點做圓周運(yùn)動。AB為圓周的水平直徑，CD為豎直直徑。已知重力加速度為g，電場強(qiáng)度E＝。下列說法正確的是()

A．若小球在豎直平面內(nèi)繞O點做圓周運(yùn)動，則它運(yùn)動的最小速度為
B．若小球在豎直平面內(nèi)繞O點做圓周運(yùn)動，則小球運(yùn)動到B點時的機(jī)械能最大
C．若將小球在A點由靜止開始釋放，它將在ACBD圓弧上往復(fù)運(yùn)動
D．若將小球在A點以大小為的速度豎直向上拋出，它將能夠到達(dá)B點
答案BD
解析的中點為等效重力場的最高點，設(shè)通過該點的最小速度為v，由mg＝得v＝，所以選項A錯誤；電場力做功等于機(jī)械能的變化，小球運(yùn)動到B點時電場力做功最多，機(jī)械能最大，所以選項B正確；由A點靜止釋放，小球先沿合力方向做勻加速直線運(yùn)動，所以選項C錯誤；在等效“重力”場中，小球圓周運(yùn)動的最小速度為，小球在A點以大小為的速度豎直向上拋出將不會沿圓周運(yùn)動，小球在豎直方向上做豎直上拋運(yùn)動，水平方向做勻加速運(yùn)動，當(dāng)豎直上拋位移為0時，小球剛好運(yùn)動到B點，所以選項D正確。
9．(多選)如圖甲所示，兩平行金屬板MN、PQ的板長和板間距離相等，板間存在如圖乙所示的隨時間周期性變化的電場，電場方向與兩板垂直，不計重力的帶電粒子沿板間中線垂直電場方向源源不斷地射入電場，粒子射入電場時的初動能均為Ek0。已知t＝0時刻射入電場的粒子剛好沿上極板右邊緣垂直于電場方向射出電場。則()

A．所有粒子都不會打到兩極板上
B．所有粒子最終都垂直電場方向射出電場
C．運(yùn)動過程中所有粒子的最大動能不可能超過2Ek0
D．只有t＝n(n＝0,1,2…)時刻射入電場的粒子才能垂直電場方向射出電場
答案ABC
解析帶電粒子在垂直于電場方向上做勻速直線運(yùn)動，在沿電場方向上，做加速度大小不變、方向周期性變化的變速直線運(yùn)動。由t＝0時刻進(jìn)入電場的粒子運(yùn)動情況可知，粒子在平行板間運(yùn)動時間為交變電流周期的整數(shù)倍。在0～時間內(nèi)帶電粒子運(yùn)動的加速度a＝，由勻變速直線運(yùn)動規(guī)律得vy＝at＝t，同理可分析～T時間內(nèi)的運(yùn)動情況，所以帶電粒子在沿電場方向的速度v與Et圖線所圍面積成正比(時間軸下方的面積取負(fù)值)。而經(jīng)過整數(shù)個周期，E0t圖象與坐標(biāo)軸所圍面積始終為零，故帶電粒子離開電場時沿電場方向的速度總為零，B正確，D錯誤；帶電粒子在t＝0時刻入射時，側(cè)向位移最大，故其他粒子均不可能打到極板上，A正確；當(dāng)粒子在t＝0時刻入射且經(jīng)過T離開電場時，粒子在t＝時達(dá)到最大速度，此時兩分位移之比為12，即v0t＝2×at2，可得vy＝v0，故粒子的最大速度為v＝v0，因此最大動能為初動能的2倍，C正確。
二、真題與模擬
10．20xx·天津高考]如圖所示，平行板電容器帶有等量異種電荷，與靜電計相連，靜電計金屬外殼和電容器下極板都接地。在兩極板間有一固定在P點的點電荷，以E表示兩板間的電場強(qiáng)度，Ep表示點電荷在P點的電勢能，θ表示靜電計指針的偏角。若保持下極板不動，將上極板向下移動一小段距離至圖中虛線位置，則()

A．θ增大，E增大B．θ增大，Ep不變
C．θ減小，Ep增大D．θ減小，E不變
答案D
解析由題知，電容器兩板所帶電量Q不變，根據(jù)C＝和U＝可知，當(dāng)上板下移，C增大，U減小，θ減小，A、B錯誤。根據(jù)E＝＝＝，可見E與d無關(guān)，只改變d，E不變，D正確。根據(jù)φP＝UP地＝E·LP地，E不變，LP地不變，故φP不變，Ep不變，C錯誤。
11.20xx·天津高考](多選)如圖所示，氕核、氘核、氚核三種粒子從同一位置無初速地飄入電場線水平向右的加速電場E1，之后進(jìn)入電場線豎直向下的勻強(qiáng)電場E2發(fā)生偏轉(zhuǎn)，最后打在屏上。整個裝置處于真空中，不計粒子重力及其相互作用，那么()

A．偏轉(zhuǎn)電場E2對三種粒子做功一樣多
B．三種粒子打到屏上時的速度一樣大
C．三種粒子運(yùn)動到屏上所用時間相同
D．三種粒子一定打到屏上的同一位置
答案AD
解析設(shè)加速電場兩板間距離為d，則qE1d＝mv，粒子在偏轉(zhuǎn)電場中偏轉(zhuǎn)，設(shè)側(cè)移量為y，偏轉(zhuǎn)電場兩板的長度為L，則y＝2＝，偏轉(zhuǎn)電場對粒子做的功W＝qE2y＝，由于三種粒子的電荷量相等，因此偏轉(zhuǎn)電場對三種粒子做的功相等，A項正確；三種粒子射出偏轉(zhuǎn)電場時的速度v滿足qE1d＋qE2y＝mv2，由于質(zhì)量不同，因此速度v大小不同，B項錯誤；三種粒子運(yùn)動到屏上的時間t＝＋(L＋x)，x為加速電場右極板到屏的距離，由于質(zhì)量不同，因此運(yùn)動時間不同，C項錯誤；由于粒子從同一位置射出偏轉(zhuǎn)電場，射出電場時的速度的反向延長線均交于偏轉(zhuǎn)電場中線的中點，因此粒子會打在屏上同一位置，D項正確。
12．20xx·上海高考](多選)靜電場在x軸上的場強(qiáng)E隨x的變化關(guān)系如圖所示，x軸正向為場強(qiáng)正方向，帶正電的點電荷沿x軸運(yùn)動，則點電荷()

A．在x2和x4處電勢能相等
B．由x1運(yùn)動到x3的過程中電勢能增大
C．由x1運(yùn)動到x4的過程中電場力先增大后減小
D．由x1運(yùn)動到x4的過程中電場力先減小后增大
答案BC
解析由圖象可知，將正電荷沿x軸正向移動，從x2移動到x4的過程電場力做功不為零，兩點處的電勢能不相等，A錯誤。從x1移動到x3的過程電場力沿x軸負(fù)方向，電場力做負(fù)功，電勢能增大，B正確。從x1到x4的過程場強(qiáng)先增大后減小，所以電場力先增大后減小，C正確，D錯誤。
13．20xx·東北三校二聯(lián)]如圖所示，一重力不計的帶電粒子以初速度v0射入水平放置、距離為d的兩平行金屬板間，射入方向沿兩極板的中心線。當(dāng)極板間所加電壓為U1時，粒子落在A板上的P點。如果將帶電粒子的初速度變?yōu)?v0，同時將A板向上移動后，使粒子由原入射點射入后仍落在P點，則極板間所加電壓U2為()

A．U2＝3U1B．U2＝6U1
C．U2＝8U1D．U2＝12U1
答案D
解析板間距離為d，射入速度為v0，板間電壓為U1時，在電場中有：＝at2，a＝，t＝，解得U1＝；A板上移，射入速度為2v0，板間電壓為U2時，在電場中有：d＝a′t′2，a′＝，t′＝，解得U2＝，即U2＝12U1，選D。
14.20xx·貴陽監(jiān)測](多選)如圖所示，虛線表示某勻強(qiáng)電場的等勢面。一帶電粒子以某一初速度從P點射入電場后，在只受電場力作用下的軌跡如圖中實線所示。Q是軌跡上的一點，且位于P點的右下方。下列判斷正確的是()

A．粒子一定帶正電
B．粒子的動能先減小后增大
C．等勢面A的電勢一定高于等勢面B的電勢
D．粒子在Q點的電勢能一定大于在P點的電勢能
答案BD

解析電場力的方向指向軌跡的凹側(cè)，如圖所示，由于無法確定各等勢面的電勢的高低、粒子的電性，故選項A、C錯誤；由圖可知，粒子從P點到Q點的過程中，電場力先做負(fù)功，后做正功，故其動能先減少后增加，電勢能先增加，后減少，根據(jù)等勢面的特點，可知電勢能的增加量大于減少量，故粒子在Q點的電勢能一定大于在P點的電勢能，選項B、D正確。
15．20xx·河北衡水中學(xué)二模](多選)如圖甲所示，Q1、Q2是兩個固定的點電荷，一帶正電的試探電荷僅在電場力作用下以初速度v0沿兩點電荷連線的中垂線從a點向上運(yùn)動，其vt圖象如圖乙所示，下列說法正確的是()

A．兩點電荷一定都帶負(fù)電，但電量不一定相等
B．兩點電荷一定都帶負(fù)電，且電量一定相等
C．試探電荷一直向上運(yùn)動，直至運(yùn)動到無窮遠(yuǎn)處
D．t2時刻試探電荷的電勢能最大，但加速度不為零
答案BD
解析由vt圖可知t2時刻運(yùn)動方向改變，且圖線斜率不為零，則加速度不為零，0～t2時間內(nèi)做減速運(yùn)動，電場力做負(fù)功，試探電荷的動能轉(zhuǎn)化為電勢能，t2時刻電勢能最大，C錯誤，D正確。試探電荷沿直線向上運(yùn)動，則其所受電場力的方向沿Q1、Q2連線的中垂線方向向下，所以兩點電荷都帶負(fù)電，且電量相等，A錯誤，B正確。
16．20xx·重慶南開中學(xué)質(zhì)檢]某粒子分析器的簡化結(jié)構(gòu)如圖。一束帶電粒子(不計重力和粒子間的相互影響)從A小孔以特定的角度和初速度射入平行板電極P和Q之間的真空區(qū)域，經(jīng)偏轉(zhuǎn)后打在Q極板上如圖所示的位置。在其他條件不變的情況下要使該粒子束能從Q極板上B孔射出，下列操作中可能實現(xiàn)的是()

A．先斷開開關(guān)S，再適當(dāng)上移P極板
B．先斷開開關(guān)S，再適當(dāng)左移P極板
C．保持開關(guān)S閉合，適當(dāng)上移P極板
D．保持開關(guān)S閉合，適當(dāng)左移P極板
答案C
解析當(dāng)斷開開關(guān)S，則極板所帶電荷量不變，那么極板間電場強(qiáng)度E＝＝，隨著極板正對面積變化而變化，與極板間距無關(guān)，選項A錯誤；當(dāng)斷開開關(guān)，同理，當(dāng)左移P極板時，極板間的電場強(qiáng)度增大，那么帶電粒子在極板間運(yùn)動的時間變短，則射程將減小，選項B錯誤；當(dāng)保持開關(guān)S閉合，極板間的電壓不變，根據(jù)E＝，當(dāng)適當(dāng)上移P極板時，則極板間的電場強(qiáng)度減小，那么帶電粒子在極板間運(yùn)動的時間變長，則射程將增大，選項C正確；當(dāng)保持開關(guān)S閉合，同理，適當(dāng)左移P極板，極板間的電場強(qiáng)度不變，則射程不變，選項D錯誤。

一、基礎(chǔ)與經(jīng)典
17.如圖所示，AB是一傾角為θ＝37°的絕緣粗糙直軌道，滑塊與斜面間的動摩擦因數(shù)μ＝0.30,BCD是半徑為R＝0.2m的光滑圓弧軌道，它們相切于B點，C為圓弧軌道的最低點，整個空間存在著豎直向上的勻強(qiáng)電場，場強(qiáng)E＝4.0×103N/C，質(zhì)量m＝0.20kg的帶電滑塊從斜面頂端由靜止開始滑下。已知斜面AB對應(yīng)的高度h＝0.24m，滑塊帶電荷量q＝－5.0×10－4C，取重力加速度g＝10m/s2，sin37°＝0.60,cos37°＝0.80。求：

(1)滑塊從斜面最高點滑到斜面底端B點時的速度大??；
(2)滑塊滑到圓弧軌道最低點C時對軌道的壓力。
答案(1)2.4m/s(2)11.36N
解析(1)滑塊沿斜面滑下的過程中，受到的滑動摩擦力
f＝μ(mg＋qE)cos37°＝0.96N。
設(shè)到達(dá)斜面底端時的速度為v1，根據(jù)動能定理得
(mg＋qE)h－f＝mv，
解得v1＝2.4m/s。
(2)設(shè)到達(dá)C處時速度為v2，滑塊從B到C，由動能定理可得：(mg＋qE)R(1－cos37°)＝mv－mv，
當(dāng)滑塊經(jīng)過最低點時，有FN－(mg＋qE)＝m，
由牛頓第三定律：FN′＝FN，
解得：FN′＝11.36N。
二、真題與模擬
18．20xx·北京高考]如圖所示，電子由靜止開始經(jīng)加速電場加速后，沿平行于板面的方向射入偏轉(zhuǎn)電場，并從另一側(cè)射出。已知電子質(zhì)量為m，電荷量為e，加速電場電壓為U0。偏轉(zhuǎn)電場可看作勻強(qiáng)電場，極板間電壓為U，極板長度為L，板間距為d。

(1)忽略電子所受重力，求電子射入偏轉(zhuǎn)電場時的初速度v0和從電場射出時沿垂直板面方向的偏轉(zhuǎn)距離Δy；
(2)分析物理量的數(shù)量級，是解決物理問題的常用方法。在解決(1)問時忽略了電子所受重力，請利用下列數(shù)據(jù)分析說明其原因。已知U＝2.0×102V，d＝4.0×10－2m，m＝9.1×10－31kg，e＝1.6×10－19C，g＝10m/s2；
(3)極板間既有靜電場也有重力場。電勢反映了靜電場各點的能的性質(zhì)，請寫出電勢φ的定義式。類比電勢的定義方法，在重力場中建立“重力勢”φG的概念，并簡要說明電勢和“重力勢”的共同特點。
答案(1)(2)(3)見解析
解析(1)根據(jù)功和能的關(guān)系，有eU0＝mv，
電子射入偏轉(zhuǎn)電場的初速度v0＝，
在偏轉(zhuǎn)電場中，電子的運(yùn)動時間Δt＝＝L，
a＝，
偏轉(zhuǎn)距離Δy＝a(Δt)2＝。
(2)考慮電子所受重力和電場力的數(shù)量級，有
重力G＝mg～10－29N，
電場力F＝～10－15N。
由于FG，因此不需要考慮電子所受重力。
(3)電場中某點電勢φ定義為電荷在該點的電勢能Ep與其電荷量q的比值，即φ＝。
由于重力做功與路徑無關(guān)，可以類比靜電場電勢的定義，將重力場中物體在某點的重力勢能EG與其質(zhì)量m的比值，叫做“重力勢”，即φG＝。
電勢φ和重力勢φG都是反映場的能的性質(zhì)的物理量，僅由場自身的因素決定。
19．20xx·四川高考]中國科學(xué)院20xx年10月宣布中國將在2020年開始建造世界上最大的粒子加速器。加速器是人類揭示物質(zhì)本源的關(guān)鍵設(shè)備，在放射治療、食品安全、材料科學(xué)等方面有廣泛應(yīng)用。
如圖所示，某直線加速器由沿軸線分布的一系列金屬圓管(漂移管)組成，相鄰漂移管分別接在高頻脈沖電源的兩極。質(zhì)子從K點沿軸線進(jìn)入加速器并依次向右穿過各漂移管，在漂移管內(nèi)做勻速直線運(yùn)動，在漂移管間被電場加速，加速電壓視為不變。設(shè)質(zhì)子進(jìn)入漂移管B時速度為8×106m/s，進(jìn)入漂移管E時速度為1×107m/s，電源頻率為1×107Hz，漂移管間縫隙很小，質(zhì)子在每個管內(nèi)運(yùn)動時間視為電源周期的1/2。質(zhì)子的荷質(zhì)比取1×108C/kg。求：

(1)漂移管B的長度；
(2)相鄰漂移管間的加速電壓。
答案(1)0.4m(2)6×104V
解析(1)設(shè)質(zhì)子進(jìn)入漂移管B的速度為vB，電源頻率、周期分別為f、T，漂移管B的長度為L，則
T＝
L＝vB·
聯(lián)立式并代入數(shù)據(jù)得L＝0.4m
(2)設(shè)質(zhì)子進(jìn)入漂移管E的速度為vE，相鄰漂移管間的加速電壓為U，電場對質(zhì)子所做的功為W，質(zhì)子從漂移管B運(yùn)動到E電場做功W′，質(zhì)子的電荷量為q、質(zhì)量為m，則
W＝qU
W′＝3W
W′＝mv－mv
聯(lián)立式并代入數(shù)據(jù)得U＝6×104V。
20．20xx·安徽高考]在xOy平面內(nèi)，有沿y軸負(fù)方向的勻強(qiáng)電場，場強(qiáng)大小為E(圖中未畫出)，由A點斜射出一質(zhì)量為m，帶電量為＋q的粒子，B和C是粒子運(yùn)動軌跡上的兩點，如圖所示，其中l(wèi)0為常數(shù)。粒子所受重力忽略不計。求：

(1)粒子從A到C過程中電場力對它做的功；
(2)粒子從A到C過程所經(jīng)歷的時間；
(3)粒子經(jīng)過C點時的速率。
答案(1)3qEl0(2)3(3)
解析(1)WAC＝qE(yA－yC)＝3qEl0。
(2)根據(jù)拋體運(yùn)動的特點，粒子在x方向做勻速直線運(yùn)動，由對稱性可知軌跡最高點D在y軸上，可令tAD＝tDB＝T，則tBC＝T。
由qE＝ma得a＝。
又yD＝aT2，yD＋3l0＝a(2T)2，解得T＝。
則A→C過程所經(jīng)歷的時間t＝3。
(3)粒子在DC段做類平拋運(yùn)動，則
2l0＝vCx(2T)，vCy＝a(2T)，
vC＝＝。
21．20xx·北京朝陽期末]反射式速調(diào)管是常用的微波器件之一，它利用電子團(tuán)在電場中的振蕩來產(chǎn)生微波，其振蕩原理與下述過程類似。已知靜電場的方向平行于x軸，其電勢φ隨x的分布如圖所示。一質(zhì)量m＝1.0×10－20kg，電荷量q＝1.0×10－9C的帶負(fù)電的粒子從(－1,0)點由靜止開始，僅在電場力作用下在x軸上做往返運(yùn)動。忽略粒子的重力等因素。求：

(1)x軸左側(cè)電場強(qiáng)度E1和右側(cè)電場強(qiáng)度E2的大小之比；
(2)該粒子運(yùn)動的最大動能Ekm；
(3)該粒子運(yùn)動的周期T。
答案(1)(2)2.0×10－8J(3)3.0×10－8s
解析(1)由圖可知U1＝U2＝φ0＝20V，則
左側(cè)電場強(qiáng)度E1＝＝2.0×103V/m，
右側(cè)電場強(qiáng)度E2＝＝4.0×103V/m，
所以＝。
(2)粒子運(yùn)動到原點時速度最大，根據(jù)動能定理有qE1d1＝Ekm，聯(lián)立并代入相關(guān)數(shù)據(jù)可得Ekm＝2.0×10－8J。
(3)設(shè)粒子在原點左右兩側(cè)運(yùn)動的時間分別為t1、t2，在原點時的速度為vm，由運(yùn)動學(xué)公式有vm＝t1，vm＝t2，Ekm＝mv，T＝2(t1＋t2)，
聯(lián)立并代入數(shù)據(jù)可得T＝3.0×10－8s。

帶電粒子在電場中的運(yùn)動

學(xué)習(xí)內(nèi)容1.9帶電粒子在電場中的運(yùn)動
學(xué)習(xí)目標(biāo)1．了解示波管的工作原理，體會靜電場知識對科學(xué)技術(shù)的影響。
2．會處理較簡單的帶電粒子在復(fù)合場中運(yùn)動與偏轉(zhuǎn)問題，培養(yǎng)自己獨(dú)立分析、解決問題的能力。
學(xué)習(xí)重、難點帶電粒子在復(fù)合場中的運(yùn)動與偏轉(zhuǎn)問題
學(xué)法指導(dǎo)自主、合作、探究
知識鏈接1．帶電粒子在電場中的加速問題處理方法
2．帶電粒子垂直電場方向進(jìn)入電場中運(yùn)動特點及處理方法。
學(xué)習(xí)過程用案人自我創(chuàng)新
【自主學(xué)習(xí)】
一、示波管的原理
1、構(gòu)造
示波管是示波器的核心部件，外部是一個抽成真空的玻璃殼，內(nèi)部主要由（發(fā)射電子的燈絲、加速電極組成）、（由一對X偏轉(zhuǎn)電極板和一對Y偏轉(zhuǎn)電極板組成）和組成。
2、原理
(1)掃描電壓：XX偏轉(zhuǎn)電極接入的是由儀器自身產(chǎn)生的鋸齒型電壓。
(2)燈絲被電源加熱后，出現(xiàn)電子發(fā)射，發(fā)射出來的電子經(jīng)過加速電場加速后，以很大的速度進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場，如Y偏轉(zhuǎn)極板上加一個電壓，在X偏轉(zhuǎn)極板上加一電壓，在熒光屏上就會出現(xiàn)按Y偏轉(zhuǎn)電壓規(guī)律變化的可視圖像。
二、帶電粒子能否飛出偏轉(zhuǎn)電場的條件及求解方法
帶電粒子能否飛出電場，關(guān)健看帶電粒子在電場中的側(cè)移量y，如質(zhì)量為m、電荷量為q的帶電粒子沿中線以v0垂直射入板長為l、板間距離為d的勻強(qiáng)電場中，要使粒子飛出電場，則應(yīng)滿足：t=時，y；若當(dāng)t=時,y，則粒子打在板上，不能飛出電場。
三、帶電粒子在電場和重力場的復(fù)合場中運(yùn)動分析方法。
帶電粒子在復(fù)合場中的運(yùn)動，是一個綜合電場力、電勢能的力學(xué)問題。研究的方法與質(zhì)點動力學(xué)相同，它同樣遵循：運(yùn)動的合成與分解、力的獨(dú)立作用原理、牛頓運(yùn)動定律、動能定理、功能原理等力學(xué)規(guī)律。研究時主要有以下兩種方法：
1．力和運(yùn)動的關(guān)系分析法。根據(jù)帶電粒子受到電場力，用牛頓第二定律找出加速度，結(jié)合運(yùn)動學(xué)公式確定帶電粒子的速度、位移等。這種方法適用于恒力作用下的勻變速運(yùn)動的情況。分析時具體有以下兩種方法：
⑴正交分解法或化曲為直法
⑵“等效重力”法。
3．功能關(guān)系分析法（使用動能定理、能量守恒定律解題）
【例題與習(xí)題】
1．一束電子流在經(jīng)u=5000V的加速電壓加速后在距兩極板等距離處垂直進(jìn)入平行板間的勻強(qiáng)電場，如圖所示．若兩板間距d=1.0cm，板長f=5．0cm，那么要使電子能從平行板飛出，兩個極板上最大能加多大電壓?

（1）要使電子束不打在偏轉(zhuǎn)電極的極板上，加在豎直偏轉(zhuǎn)電極上的最大偏轉(zhuǎn)電壓U不能超過多大？
（2）若在偏轉(zhuǎn)電極上加U=40sin100πtV的交變電壓，在熒光屏的豎直坐標(biāo)軸上能觀測到多長的線段？

3．（2008全國）一平行板電容器的兩個極板水平放置，兩極板間有一帶電荷量不變的小油滴，油滴在極板間運(yùn)動時所受的阻力的大小與其速率成正比。若兩極板間的電壓為零，經(jīng)一段時間后，油滴以速率v勻速下降；若兩極板間的電壓為U時，經(jīng)一段時間后，油滴以速率v勻速上升；若兩極板間電壓為-U，油滴做勻速運(yùn)動時速度的大小、方向是（）
A．2v向下B．2v向上
C．3v向下D．3v向上
達(dá)標(biāo)檢測1．如圖所示是一個說明示波管工作原理的示意圖，電子經(jīng)電壓U1加速后垂直進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場，離開電場時的偏轉(zhuǎn)量是h，兩平行板間的距離為d，電勢差為U2，板長為L為了提高示波管的靈敏度(每單位電壓引起的偏轉(zhuǎn)量h/U2)，可采用的方法是()
A．增大兩板間的電勢差以
B．盡可能使板長￡短些
C．盡可能使板間距離d小一些
D．使加速電壓以升高一些
2如圖所示，用細(xì)線拴著一帶負(fù)電的小球在方向豎直向下的勻強(qiáng)電場中，在豎直平面內(nèi)做圓周運(yùn)動，且電場力大于重力，則下列說法正確的是()
A．當(dāng)小球運(yùn)動到最高點A時，細(xì)線張力一定最大
B．當(dāng)小球運(yùn)動到最低點B時，細(xì)線張力一定最大
C．當(dāng)小球運(yùn)動到最低點B時，小球的線速度一定最大
D．當(dāng)小球運(yùn)動到最低點B時，小球的電勢能一定最大
3.如圖所示，A、B是一對平行的金屬板，在兩板間加上一周期為T的交變電壓u，A板的電勢φA=0，B板的電勢φB隨時間的變化規(guī)律如圖所示?，F(xiàn)有一電子從A板上的小孔進(jìn)入兩板間的電場區(qū)內(nèi)，設(shè)電子的初速度和重力的影響可忽略．則()
A．若電子是在t=O時刻進(jìn)入的，它將一直向B板運(yùn)動
B.若電子是在t=1/8T時刻進(jìn)入的，它可能時而向B板運(yùn)動，時而向A板運(yùn)動，最后打在B板上
c.若電子是在3/8T時刻進(jìn)入的，它可能時而向B板運(yùn)動，時而向A板運(yùn)動，最后打在B板上
D．若電子是在t=1/2時刻進(jìn)入的，它可能時而向B板運(yùn)動，時而向A板運(yùn)動

4．如圖所示，平行板電容器兩極板間有場強(qiáng)為E的勻強(qiáng)電場，且?guī)д姷臉O板接地，一質(zhì)量為m、電荷量為+q的帶電粒子(不計重力)從x軸上坐標(biāo)為x。處由靜止釋放．
(1)求該粒子在x0處的電勢能EP．
(2)試從牛頓第二定律出發(fā)，證明該帶電粒子在極板問運(yùn)動過程中，其動能與電勢能之和保持不變．