高考物理10大难点强行突破 带电粒子在电场中的运动

高考物理10大难点强行突破 带电粒子在电场中的运动内容摘要：

1、第 - 1 - 页 共 12 页难点之八 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：否考虑重力要依据具体情况而定。 （1）基本粒子：如电子、质子、 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：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、 2、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克、质子的质量也只有 0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 00=0)。 但是电子的电量为 q=0（虽然也很小，但相对而言 10 10大了 10） ，如果一个电子处于 E=04 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=004=0） ，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 3、强电场中，它所受的电场力也远大于它所受的重力m 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：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 110克，它所受的重力约为 100=110） ，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 4、，且两条思路并重；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=E ；电场线的性质和分布；等qF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=能定理 W=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） 5、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，尤其是在非匀第 - 2 - 页 共 12 页强电场中，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、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 6、。 （一）带电粒子的加速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。 1）若粒子的初速度为零，则 qU=,V= ）若粒子的初速度不为零，则 qU=- , V= 20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=适应，而 W=适应于匀强电场.（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，它在 7、电场力的作用下，由静止开始从正极板向负极板运动，到达负极板时的速度有多大。 （不考虑带电粒子的重力）【审题】本题是带电粒子在匀强电场中的加速问题，物理过程是电场力做正功，电势能减少，动能增加，利用动能定理便可解决。 【解析】带电粒子在运动过程中，电场力所做的功 W=带电粒子到达负极板时的动能 2由动能定理 得：v=12【总结】上式是从匀强电场中推出来的，若两极板是其他形状，中间的电场不是匀强电场，上式同样适用。 例 2：下列粒子从初速度为零的状态经过加速电压为 U 的电场之后，哪种粒子的速度最大。 （A）a 粒子 （B）氚核 （C）质子 （D ）钠离子 3 - 页 共 12 页【审题】解答本题需要把带 8、电粒子在电场中加速的知识与原子核知识联系起来。 1本题已知电场的加速电压为 U，要判断的是粒子被加速后的速度 v 的大小，因此采用 分析问题比较方便。 2若以 示质子 的质量、以 e 表示质子的电量，则根据所学过的原子核知识1 粒子 的质量应为 4荷量应为 2e；氚核 的质量应为 3量应31为 e；钠离子 的质量比其它三种粒子的质量都大（由于是选择判断题，对此未记质量数无妨） 、电量应为 e。 【解析】1 根据 可以导出下式： 21此可知：对于各种粒子来说，加速电压 U 都是相同的。 因此 v 与 成正比；v 与钠离子的质量却比质子大得多，所以可断定电场加速后的质子速度应比钠离子大得多。 因此选项（D） 9、首先被淘太。 2为了严格和慎重起见，我们对被加速后的 粒子、氚核、质子的速度进行下列推导：对于 粒子质量为 4量为 2e 422对于氚核质量为 3量为 e 32氚对于质子质量为 量为 e 比较推导的结果中知：质子的速度 大，正确答案为（C）。 【总结】本题关键是正确使用动能定理，正确得出速度的表达式，由表达式加以讨论，进而得出正确选项。 例 3：如图 8示，真空中相距 d=5 两块平行金属板 A、B 与电源连接( 图中未画出)，其中 B 板接地（电势为零）,A 板电势变化的规律如图 8m=0量 q=+0带电粒子从紧临 B 板处释放， 8 8 4 - 页 共 12 页(1)在 t=0 时刻释放该带电 10、粒子，释放瞬间粒子加速度的大小;(2)若 A 板电势变化周期 T=0-5 s,在 t=0 时将带电粒子从紧临 B 板处无初速释放，粒子到达 A 板时动量的大小；(3)A 板电势变化频率多大时，在 t= 到 t= 时间内从紧临 B 板处无初速释放该带电粒子，4 板.【审题】本题需要正确识别图像，由图像提供的信息分析带电粒子在电场中的受力，由受力情况得出粒子的运动情况，选择正确的物理规律进行求解。 【解析】电场强度 E = F=粒子在 0 时间内走过的距离为 21()故带电粒在在 时恰好到达 A 板时粒子动量kgm/带电粒子在 向 A 板做匀加速运动，在 向 A 板做匀减速运动， 324速度减为零后 11、将返回，粒子向 A 板运动的可能最大位移221()46求粒子不能到达 A 板，有 s。 （3）由电场线的疏密分布（或由 E=kQ/E A=【总结】该种类型的题目分析方法是：先画出入射点轨迹的切线，即画出初速度 根据轨迹的弯曲方向，确定电场力的方向，进而利用力学分析方法来分析其它有关的问题。 例 7： 在图 8 a、b 和 c 表示点电荷 a 的电场中的三个等势面，它们的电势分别为 U、 U、 U。 一带电粒子从等势面 a 上某处3241由静止释放后，仅受电场力作用而运动，已知它经过等势面 b 时的速率为 v，则它经过等势面 c 的速率为。 【审题】1已知 a、b、c 三点的电势的大小关系为 U U 12、 U 根据“电场线的方向总是由电3241势高的等势面指向电势低的等势面”的性质，可分析出本题中的电场线方向是由场源点电荷 Q 为中心向四处放射的，而这样分布电场线的场源点电荷应当是带正电的。 2原来处于静止状态的带电粒子，若仅受电场力作用应做加速运动。 应沿着电场线的方向由电势高处向电势低处运动。 图 8 8 - 页 共 12 页说明：前面所说的加速运动不一定是匀加速运动。 只有在匀强电场中带电粒子才会作匀加速运动。 在非匀强电场中（例如在点电荷场源的电场中）由于各处的电场强度不同，电荷所受的电场力的大小是变化的，所以加速度的大小也是变化的。 3解答本题选用的主要关系式为： 式中 v a、v a、b 等势 13、面时的速率。 （对于b、c 两等势面也存在同样形式的关系式。 ）【解析】设：带电粒子的电量为 q；a、b 两等势面的电势差为 b、c 两等势面的电势差电粒子经过等势面 a、 b、c 时的速率分别为 c。 （已知：V a=0，V b=v）则：两式相除可得：将 、 、 、 代入式： 所以，带电粒子经过等势面 c 的速度为 总结】带电粒子在非匀强电场中运动牵扯到动能变化时通常用动能定理求解比较方便，在分析问题时分清物理过程是非常关键的。 （六）考虑受重力或其它恒力作用时的带电物体的运动问题若带电微粒除受电场力作用外，还受到重力或其它恒力作用，同样要分解成两个不同方向的简单的直线运动来处理。 例 8：质量 m=电荷量10 带电微粒以 0m/s 的速度从水平放置的平行金属板 A、B 的中央飞入板间，如图 8示，已知板长 L=间距离 d= 03伏时，带电粒子恰好沿直线穿过板间，则 所加电图 8 9 - 页 共 12 页压在什么范围内带电粒子能从板间飞出。 【审题】当 03伏时，带电粒子恰好沿直线穿过板间，说明微粒的重力要考虑，要使带电粒子能从板间飞出，所加电压必定是一个范围，从上板边缘飞出对应最高电压，从下板边缘飞出对应最低电。