电场运动教学(高中物理专题)(精品)
高中物理专题汇编物理带电粒子在电场中的运动(一)含解析
高中物理专题汇编物理带电粒子在电场中的运动(一)含解析一、高考物理精讲专题带电粒子在电场中的运动1．如图所示，光滑绝缘的半圆形轨道ABC 固定在竖直面内，圆心为O ，轨道半径为R ，B 为轨道最低点。
该装置右侧的14圆弧置于水平向右的足够大的匀强电场中。
某一时刻一个带电小球从A 点由静止开始运动，到达B 点时，小球的动能为E 0，进入电场后继续沿轨道运动，到达C 点时小球的电势能减少量为2E 0，试求： （1）小球所受重力和电场力的大小； （2）小球脱离轨道后到达最高点时的动能。
【答案】（1）0E R 02E R（2）8E 0 【解析】 【详解】(1)设带电小球的质量为m ，则从A 到B 根据动能定理有：mgR ＝E 0则小球受到的重力为：mg ＝E R方向竖直向下；由题可知：到达C 点时小球的电势能减少量为2E 0，根据功能关系可知：EqR ＝2E 0则小球受到的电场力为：Eq ＝2E R方向水平向右，小球带正电。
(2)设小球到达C 点时速度为v C ，则从A 到C 根据动能定理有：EqR ＝212C mv ＝2E 0 则C 点速度为：v C 04E m方向竖直向上。
从C 点飞出后，在竖直方向只受重力作用，做匀减速运动到达最高点的时间为：41C v E t g g m== 在水平方向只受电场力作用，做匀加速运动，到达最高点时其速度为：0442E E qE qE v at t m mg m m==== 则在最高点的动能为：2200411(2)822k E E mv m E m===2．如图所示，竖直面内有水平线MN 与竖直线PQ 交于P 点，O 在水平线MN 上，OP 间距为d ，一质量为m 、电量为q 的带正电粒子，从O 处以大小为v 0、方向与水平线夹角为θ＝60º的速度，进入大小为E 1的匀强电场中，电场方向与竖直方向夹角为θ＝60º，粒子到达PQ 线上的A 点时，其动能为在O 处时动能的4倍．当粒子到达A 点时，突然将电场改为大小为E 2，方向与竖直方向夹角也为θ＝60º的匀强电场，然后粒子能到达PQ 线上的B 点．电场方向均平行于MN 、PQ 所在竖直面，图中分别仅画出一条电场线示意其方向。
高中物理微专题讲义：微专题52 带电粒子在交变电场中的运动
微专题52 带电粒子在交变电场中的运动【核心方法点拨】(1)在交变电场中做直线运动时，一般是几段变速运动组合．可画出v－t图象，分析速度、位移变化．(2)在交变电场中的偏转若是几段类平抛运动的组合，可分解后画出沿电场方向分运动的v －t图象，分析速度变化，或是分析偏转位移与偏转电压的关系式．【经典例题选讲】类型一：带电粒子在交变电场中直线运动【例题1】如图(a)所示,两平行正对的金属板A、B间加有如图(b)所示的交变电压,一重力可忽略不计的带正电粒子被固定在两板的正中间P处.若在t0时刻释放该粒子,粒子会时而向A 板运动,时而向B板运动,并最终打在A板上.则t0可能属于的时间段是图(a)图(b)A.0<t0<B.<t0<C.<t0<TD.T<t0<解析：设粒子的速度方向、位移方向向右为正.依题意知,粒子的速度方向时而为正,时而为负,最终打在A板上时位移为负,速度方向为负.分别作出t0=0、、、时粒子运动的v-t图象,如图所示.由于速度图线与时间轴所围面积表示粒子通过的位移,则由图象知,0<t0<与<t0<T时粒子在一个周期内的总位移大于零,<t0<时粒子在一个周期内的总位移小于零;t0>T时情况类似.因粒子最终打在A板上,则要求粒子在每个周期内的总位移应小于零,对照各选项可知B正确.答案 B【变式1】(2017·辽宁省实验中学等五校联考)一匀强电场的电场强度E随时间t变化的图象如图所示，在该匀强电场中，有一个带电粒子在t＝0时刻由静止释放，若带电粒子只受电场力作用，则下列说法中正确的是 ( D )A ．带电粒子只向一个方向运动B ．0～2s 内，电场力所做的功等于零C ．4s 末带电粒子回到原出发点D ．2.5～4s 内，速度的改变量等于零[解析] 由牛顿第二定律可知，带电粒子在第1s 内的加速度a 1＝E 0q m ，为第2s 内加速度a 2＝2E 0q m 的12，因此粒子先加速1s 再减速0.5s 至速度减为零，接下来的0.5s 粒子将反向加速，v －t 图象如图所示，可知A 错误；0～2s 内，带电粒子的初速度为零，但末速度不为零，由动能定理可知，电场力所做的功不为零，B 错误；v －t 图象中图线与横坐标所围图形的面积表示物体的位移，由对称性可看出，前4s 内粒子的位移不为零，所以带电粒子不会回到原出发点，C 错误；由图象可知，2.5s 和4s 两个时刻粒子的速度大小相等，方向相同，所以2.5～4s 内，速度的改变量等于零，D 正确。
高中物理专题-带电体在电场中的运动
量为q，则：
1
粒子经加速电场加速后有：1 = 2 02
2
d
v
在偏转电场中，根据牛顿第二定律有： 2 =
粒子在偏转电场运动时间： =
0
则粒子在偏转电场中的侧位移： = =
即粒子的侧位移与粒子质量和电荷量无关，故侧位移之比为
故粒子末速度竖直方向分量： = =
又有粒子末速度水平方向分量： = 0
所以： = =
02
0
=
粒子竖直方向位移： =
1
2
2
=
v
2
202
根据几何关系有：− ′ = tan
联立上述表达式得： ′ = 2 ，即 ′ 为l的中点。
(1)偏转电场的场强大小为： =
(1)
离子所受电场力： =
(2)
离子的加速度为： =
(3)
由式解得： =
(4)
设离子的质量为m，初速度为0 ，离子射出电场的时间t为： =
0
1
射出电场的偏转距离y为： = 2 2
由式解得： =
2
202
用能量观点解决带电体在电场中的运动
(1)带电的物体在电场中具有一定的电势能，同时还可能具有动能和重力势能等，用能量的观点处理问题是一种
简便的方法。处理这类问题，首先要进行受力分析以及各力作功情况分析，再根据做功情况选择合适的规律列式
求解。常用的规律有动能定理和能量定恒定律。
高中物理带电粒子在电场中的运动解题技巧(超强)及练习题(含答案)含解析
（1）求电子进入圆形区域时的速度大小和匀强电场场强 E 的大小； （2）若在圆形区域内加一个垂直纸面向里的匀强磁场，使电子穿出圆形区域时速度方向垂 直于 x 轴．求所加磁场磁感应强度 B 的大小和电子刚穿出圆形区域时的位置坐标； （3）若在电子刚进入圆形区域时，在圆形区域内加上图乙所示变化的磁场（以垂直于纸面 向外为磁场正方向），最后电子从 N 点处飞出，速度方向与进入磁场时的速度方向相 同．请写出磁感应强度 B0 的大小、磁场变化周期 T 各应满足的关系表达式．
【解析】 【详解】 （1）电子在电场 E1 中做初速度为零的匀加速直线运动，设加速度为 a1，到达 MN 的速度
为 v，则： 解得
a1＝ eE1 ＝ eE mm
2a1
L 2
v2
v eEL m
（2）设电子射出电场 E2 时沿平行电场线方向的速度为 vy，
a2＝ eE2 ＝ 2eE mm t＝ L v
MN 板的距离为 L．假设太空中漂浮着质量为 m，电量为 q 的带正电粒子，它们能均匀地吸 附到 AB 圆弧面上，并被加速电场从静止开始加速，不计粒子间的相互作用和其它星球对 粒子的影响，不考虑过边界 ACDB 的粒子再次返回．
（1）求粒子到达 O 点时速度的大小； （2）如图 2 所示，在 PQ（与 ACDB 重合且足够长）和收集板 MN 之间区域加一个匀强磁
在磁场变化的前三分之一个周期内，电子的偏转角为 60°，设电子运动的轨道半径为 r， 运动的 T0，粒子在 x 轴方向上的位移恰好等于 r1； 在磁场变化的后三分之二个周期内，因磁感应强度减半，电子运动周期 T′=2T0，故粒子的
偏转角度仍为 60°，电子运动的轨道半径变为 2r，粒子在 x 轴方向上的位移恰好等于 2r． 综合上述分析，则电子能到达 N 点且速度符合要求的空间条件是：3rn=2L（n=1，2，3…）
高中物理带电粒子在电场中的运动解题技巧(超强)及练习题(含答案)及解析
设此时的圆心位置为 O ，有： Oa r sin 30
OO 3d Oa 解得 OO d
即从 O 点进入磁场的电子射出磁场时的位置距 O 点最远
所以 ym 2r 2d 电子束从 y 轴正半轴上射入电场时的纵坐标 y 的范围为 0 y 2d 设电子从 0 y 2d 范围内某一位置射入电场时的纵坐标为 y，从 ON 间射出电场时的位
）；
(3) 0 B 16mv0 或 15qL
B 16mv0 3qL
【解析】 【分析】 (1)a、b 碰撞，由动量守恒和能量守恒关系求解碰后 a、b 的速度； (2)碰后 a 在电场中向左做类平抛运动，根据平抛运动的规律求解 P 点的位置坐标； (3)要使 b 球不从 CD 边界射出，求解恰能从 C 点和 D 点射出的临界条件确定磁感应强度的 范围。 【详解】 (1)a 匀速，则
解得： L 9 d 4
当3 d 2y 2y
【点睛】本题属于带电粒子在组合场中的运动，粒子在磁场中做匀速圆周运动，要求能正 确的画出运动轨迹，并根据几何关系确定某些物理量之间的关系；粒子在电场中的偏转经 常用化曲为直的方法，求极值的问题一定要先找出临界的轨迹，注重数学方法在物理中的 应用．
6．如图所示，荧光屏 MN 与 x 轴垂直放置，与 x 轴相交于 Q 点， Q 点的横坐标 x0 6cm ，在第一象限 y 轴和 MN 之间有沿 y 轴负方向的匀强电场，电场强度 E 1.6105 N / C ，在第二象限有半径 R 5cm 的圆形磁场，磁感应强度 B 0.8T ，方 向垂直 xOy 平面向外．磁场的边界和 x 轴相切于 P 点．在 P 点有一个粒子源，可以向 x 轴 上方 180°范围内的各个方向发射比荷为 q 1.0108C / kg 的带正电的粒子，已知粒子的
人教版高中物理课件《带电粒子在电场中的运动(示波器)》
若UYY′>0，UXX′＝0，则粒子向
Y板偏移
′
示波管
2、如果在电极 X X' 之间不加电压，但在 Y Y' 之间加不变的
电压
亮斑
亮斑
荧
光
屏
′
电子枪
′
−+
加速电压
′
′
偏转电极
′ = 0
若UYY′<0，UXX′＝0，则粒子向
Y’板偏移
′
示波管
3、如果在电极 Y Y' 之间不加电压，但在 X X' 之间加不变的
XXX学校
带电粒子在电场中的运
动
班级：X年级X班
----示波器
回顾
1、带电粒子在电场中的加速
1
qU mvt 2
2
2、带电粒子在电场中的偏转
粒子作类平抛运动
3、带电粒子加速与偏转问题综合
若带电粒子由静止先经加速电场(电压 U1)加速，又进入偏
2
1 2 qU2l
y＝2at ＝2dmv20
转电场(电压 U2)，射出偏转电场时偏移量
电压
′
若UYY′＝0，UXX′>0，则粒子向X
板偏移
′ = 0
示波管
3、如果在电极 Y Y' 之间不加电压，但在 X X' 之间加不变的
电压
亮斑
亮斑
荧
光
屏
′
电子枪
′
−+
加速电压
′
′
偏转电极
′
若UYY′＝0，UXX′<0，则粒子向X’
人教版（）高中物理必修3第10章第5节 带电粒子在电场中的运动 教案
5带电粒子在电场中的运动教学设计导入新课在现代科学实验和技术设备中，常常利用电场来控制或改变带电粒子的运动。
如图是一台医用电子直线加速器，电子被加速器加速后轰击重金属靶时，会产生射线，可用于放射治疗。
出示图片:医用电子直线加速器电子在加速器中是受到什么力的作用而加速的呢？具体应用有哪些呢？本节课我们来研究这个问题。
观看图片并思考问题为引入本届课题作铺垫,并引起学生学习的兴趣讲授新课一、带电粒子在电场中的加速1.带电粒子的加速带电粒子沿与电场线平行的方向进入匀强电场，受到的静电力与运动方向在同一直线上，做加速(或减速)直线运动。
2.分析带电粒子加速的问题的两种思路（1）利用牛顿第二定律结合匀变速直线运动公式来分析当解决的问题属于匀强电场且涉及运动时间等描述运动过程的物理量时，适合运用这一种思路分析。
可由静电力求得加速度进而求出末速度、位移或时间。
（2）利用静电力做功结合动能定理来分析。
静电力做的功等于粒子动能的变化量。
观察图片了解最简单的带电粒子在匀强电场中的运动阅读课文并结合自己的理解总结带电粒子加速的问题的两种思路为分析带电粒子加速的问题做铺垫锻炼学生的的逻辑思维能力和总结能力当问题只涉及位移、速率等动能定理公式中的物理量或非匀强电场情景时，适合运用这一种思路分析。
①若粒子的初速度为零，则得：②若粒子的初速度不为零，则针对练习：在匀强电场E中，被加速的粒子电荷量为q，质量为m，从静止开始加速的距离为d，加速后的速度为v，这些物理量间的关系满足动能定理qEd=( )。
在非匀强电场中，若粒子运动的初末位置的电势差为U，动能定理表达成qU= ( ) 。
一般情况下带电粒子被加速后的速度可表达成v=( )答案：思考讨论1：有些带电物体，如带电小球、带电液滴、带电尘埃等受力有何特点?参考答案：除受静电力作用外，还受重力作用，且重力一般不能忽略。
思考讨论2：重力什么时候可以忽略，什么时候不能忽略？参考答案：①只有在带电粒子的重力远远小于静电力时，粒子的重力才可以忽略。
高中物理带电粒子在电场中的运动ppt课件
由动能定理得qU1＝12mv02，v0＝ 2qmU1.
(2)离子在偏转电场中运动的时间 t 由于偏转电场是匀强电场，所以离子的运动类似平抛运 动．即：水平方向为速度为 v0 的匀速直线运动；竖直方向为初 速度为零的匀加速直线运动．则离子在偏转电场中的运动时间
t＝vL0＝L
m 2qU1.
第一章 静电场
第一章 静电场
【特别提醒】 (1)对带电粒子进行受力分析、运动特点分 析、力做功情况分析是选择解题规律的关键．
(2)选择解题的方法是优先从功能关系角度考虑，应用功能 关系列式简单、方便，不易出错．
第一章 静电场
如下图所示，两平行金属板相距为d，电势差为U，一电子 质量为m，电荷量为e，从O点沿垂直于极板的方向射出，最远 到达A点，然后返回，|OA|＝h，此电子具有的初动能是( )
则：tan θ＝xy ql2U
则 x＝tany θ＝2mqlvU02d＝2l mv02d
由此可知，粒子从偏转电场中射出时，就好像是从极板 间的 l/2 处沿直线射出似的．
第一章 静电场
如下图所示，在xOy平面上第Ⅰ象限内有平行于y轴的有 界匀强电场，方向如图．y轴上一点P的坐标为(0，y0)，有一电 子以垂直于y轴的初速度v0从P点垂直射入电场中，当匀强电场 的场强为E时，电子从A点射出，A点坐标为(xA,0)，则A点速度 vA的反向延长线与速度v0的延长线交点坐标为( )
edh A. U
eU C.dh
B．edUh eUh
D. d
第一章 静电场
解析： 答案： D
第一章 静电场
2．证明粒子从偏转电场中射出时，就好像是从极板间 2l 处沿直线射出似的？
如图所示，粒子射出电场 时速度的反向延长线与初速 度方向的延长线相交于O点， O点与电场边缘的距离为x，
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带电粒子在电场中的运动
1．带电粒子在点电荷电场中的运动
（1）常见的运动方式：
非匀变速直线运动（沿电场线方向的运动）
非匀变速曲线运动 （氢原子模型） （点电荷电场中
的偏转）
（2）根据带电粒子的偏转轨迹及电荷电性可处理以下问题：
a ．可通过曲线轨迹上最近点的偏转方向判断两电荷间电
性关系，（偏离同性、偏向异性）
b ．根据场源电荷的电性依据点电荷电场特点判断两点间
电势相对高低，
c ．根据电场力做功与电势能改变的关系判断电荷在两点
系统电势能的相对大小，（同性电荷靠近过程中电场
力作负功，电势能增加，背离过程中电场力作正功，
电势能减小；反之相反；同一等势面上两点电势能相
同。
）
d ．根据只有电场力作功的情况下，动能和电势能之和守
恒，判断电荷在两点动能的相对大小。
2．带电粒子在匀强电场中的运动
（1）匀加速直线运动（加速场） Uq mv mv =-2022
121 （2）匀减速直线运动（减速场）
a ．若入射初动能2021mv 满足：02120>-Uq mv ，则粒子可穿越电场区域，出射时动能为Uq mv E k -=202
1
b ．若入射初动能2021mv 满足：02120<-Uq mv ，则粒子不能穿越电场区域，粒子将从入射点沿入射的反向离开电场，离开时的动能仍为2021mv （3）匀变速曲线运动 （偏转场）
①．分析方法：运动的合成和分解。
常分解成初速度方向和垂直于初速度方向，或合外力方向和垂直于合外力方向，要根据具体问题灵活选择分解方法。
②．带电粒子在平行板匀强电场中的偏转：（如图）
a ．若偏不出去： t v S t m d Uq d 02/21==
b ．若偏出去： 2021t m d Uq y t
v L == 202020tan )(m dv UqL v L m d Uq v v =+=α
c ．带电粒子经电场偏转后打在屏上的位置到不偏转位置的距离
满足：2
2L y L S OP =+ 则，20
202)2()(212mdv UqL L S v L md Uq L L S OP +=⋅+= ③带电粒子快速通过加在平行板电容器间各种变化电场时的偏转问题：
当带电粒子通过平行板所用时间远小于电场变化周期时，可视为
S
每个粒子通过平行板时电场强度均不发生变化，但不同时刻进入电场的粒子对应不同的电场强度。
所有电子在电场中偏转的最大量为：20
)(21v L md q U y m （m U 为加在平行板上电压的最大值） （4）处理带电质点在匀强电场中偏转问题时先求出重力与电场力的合力大小及方向，以合力为等效恒力，采用匀变速曲线运动的分析方法进行分析。
（注意灵活选择分解方向的问题）。