4-1带电粒子在电场中的运动
另行判断．
(
友情提示 电势差有关．
电场力做功与路径无关，只与初末位置的
)
专题四
电场和磁场
3．功能关系：电场力做功的过程就是电势能和其他 形式的能量转化过程，且W＝－ΔE其他．
《 走 向 高 考 》 二 轮 专 题 复 习 · ( ) 物 理 新 课 标 版
《 走 向 高 考 》 二 轮 专 题 复 习 · ( ) 物 理 新 课 标 版
专题四
电场和磁场
警示
若空间的电场是由几个“场源”共同激发的，
《 走 向 高 考 》 二 轮 专 题 复 习 · 物 理 新 课 标 版
则空间中某点的电场强度等于每个“场源”单独存在时所 激发的电场在该点的场强的矢量和——叠加原理．
友情提示 大夹小”．
若一条直线上有三个点电荷，均因相互作
( )
用而平衡，则其电性及电量的定性分布为“两同夹异，两
专题四
电场和磁场
二、电场强度——电场力的性质 1．三个公式 F (1)电场强度的定义式 E＝ .适用于任何电场，E 由场 q 源电荷和场点的位置决定，与 F、q 无关． Q (2)真空中点电荷所形成的电场 E＝k 2，其中 Q 为场源 r 电荷，r 为某点到场源电荷的距离． U (3)匀强电场中场强和电势差的关系式 E＝ ，其中 d d 为两点沿电场方向的距离．
匀强磁场中的安培力、洛伦兹力公式
带电粒子在匀强磁场中的运动
Ⅱ
Ⅱ
)
专题四
电场和磁场
《 走 向 高 考 》 二 轮 专 题 复 习 · ( ) 物 理 新 课 标 版
专题四
电场和磁场
本专题主要涉及电场和磁场的基本性质及描述，电场
对粒子及磁场对电流和粒子的作用力特点及规律．从近几 年的高考考点分布看，题型以计算题为主，试题侧重于考 查带电粒子在匀强电场中的运动(平行板电容器中)和带电 粒子在有界磁场中的运动；粒子在电场、磁场和重力场以
c减速，故电场力的方向与速度方向的夹角为钝角，选项B
错误而D正确.
)
专题四
电场和磁场
[例2]
如图甲所示，真空中相距d＝5cm的两块平行金
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乙所示．将一个质量为m＝ 2.0×10－27kg，电量为q＝＋1.6×10－19C的带电粒子从紧临 B板处释放，不计重力．求
专题四
电场和磁场
三、电势、电势差、电势能——电场能的性质 Ep 1．电势：φA＝UAO＝φA－φO＝ ，(其中 φO＝0)， q 可由等势面形象描绘．
《 走 向 高 考 》 二 轮 专 题 复 习 · 物 理 新 课 标 版
电势高低的判别： (1)电场线法，顺着电场线电势越来越低；
( )
(2)电场力做功法，正电荷仅在电场力作用下移动，电
[答案] AB
( )
专题四
电场和磁场
(2011·课标全国)一带负电荷的质点，在电场力作用下
沿曲线abc从a运动到c，已知质点的速率是递减的．关于b
点电场强度E的方向，下列图示中可能正确的是(虚线是曲 线在b点的切线)( )
《 走 向 高 考 》 二 轮 专 题 复 习 · ( ) 物 理 新 课 标 版
《 走 向 高 考 》 二 轮 专 题 复 习 · ( ) 物 理 新 课 标 版
专题四
电场和磁场
(1)在 t＝0 时刻释放该带电粒子，释放瞬间粒子加速 度的大小； T T (2)A 板电势变化频率多大时，在 t＝ 到 t＝ 时间内 4 2 从紧临 B 板处无初速释放该带电粒子，粒子不能到达 A 板．
《 走 向 高 考 》 二 轮 专 题 复 习 · ( ) 物 理 新 课 标 版
专题四
电场和磁场
A．粒子带负电荷 B．粒子的加速度先不变，后变小 C．粒子的速度不断增大 D．粒子的电势能先减小，后增大
《 走 向 高 考 》 二 轮 专 题 复 习 · ( ) 物 理 新 课 标 版
专题四
电场和磁场
专题四
电场和磁场
五、电容器的电容 Q ΔQ 1．定义式：C＝ ＝ ，适用于任何电容器，对 U ΔU 确定的电容器 C 与 Q、U 无关． εS 2．平行板电容器电容的决定式 C＝ 4πkd
《 走 向 高 考 》 二 轮 专 题 复 习 · ( ) 物 理 新 课 标 版
友情提示
关于平行板电容器的讨论问题
专题四
电场和磁场
1．电场
《 走 向 高 考 》 二 轮 专 题 复 习 · ( ) 物 理 新 课 标 版
专题四
电场和磁场
2.磁场
《 走 向 高 考 》 二 轮 专 题 复 习 · ( ) 物 理 新 课 标 版
专题四
电场和磁场
《 走 向 高 考 》 二 轮 专 题 复 习 · ( ) 物 理 新 课 标 版
[解析]
粒子受到的电场力指向轨迹的凹侧，且电场
《 走 向 高 考 》 二 轮 专 题 复 习 · 物 理 新 课 标 版
力方向与等势面垂直，根据粒子运动轨迹可大致画出其经过 各个位置时所受电场力方向，可看出电场力方向由低电势指 qE 向高电势处，所以粒子带负电，粒子的加速度 a＝ ∝E，而 m 场强 E 决定于等势面的疏密，可见加速度先不变，后变小， 电场力方向与速度方向成钝角，电场力做负功，粒子减速， 电势能增大，选项 A、B 正确，C、D 错误．
( )
专题四
电场和磁场
2．场强的方向：正电荷的受力方向；负电荷受力的
反方向；电场线的切线方向；电势降低最快的方向． 友情提示 电场强度的大小和方向都可利用电场线形 象地描绘出来，因此看“线”即可识“场”．但电场线不 一定是电荷的运动轨迹．
《 走 向 高 考 》 二 轮 专 题 复 习 · ( ) 物 理 新 课 标 版
2．偏转——带电粒子以速度v0 垂直于电场线方向飞入
匀强电场．
处理方法：类似平抛运动的分析方法． 沿初速度方向的匀速直线运动：x＝v0t 沿电场力方向的初速度为零的匀加速直线运动：
1 2 1 Uq 2 y＝ at ＝ · · t 2 2 md vy qUx 偏转角：tanθ＝ ＝ vx mdv02
《 走 向 高 考 》 二 轮 专 题 复 习 · ( ) 物 理 新 课 标 版
小；负电荷顺着电场线移动，电势能越来越大．
(3)正电荷：电势能正负跟电势的正负相同； 负电荷：电势能的正负跟电势的正负相反．
( )
专题四
电场和磁场
警示
(1)电势差的大小与零电势点的选取无关，而电
《 走 向 高 考 》 二 轮 专 题 复 习 · 物 理 新 课 标 版
势则与之有关． (2)电势与电场强度的大小没有必然的联系．某点的电 势为零，电场强度可以不为零，反之亦然． (3)沿电场方向电势逐渐降低，且电场线与等势面处处
场力做正功，电荷由高电势移向低电势处； (3)电势能法，正电荷在高电势处电势能大，负电荷在 低电势处电势能大．
专题四
电场和磁场
WAB 2．电势差：UAB＝ ＝φA－φB，UAB、WAB、q 都 q 有正负号，但含义不同，UAB 的正负反映了 A、B 两点电 势的高低；WAB 的正负反映了是电场力做正功还是克服 电场力做功；q 的正负反映电荷的电性．
明或暗示以外，一般都需考虑重力．
( )
专题四
电场和磁场
《 走 向 高 考 》 二 轮 专 题 复 习 · ( ) 物 理 新 课 标 版
专题四
电场和磁场
[例1]
(2011·江苏)一粒子从A点射入电场，从B点射
出，电场的等势面和粒子的运动轨迹如图所示，图中左侧 前三个等势面彼此平行，不计粒子的重力．下列说法正确 的有( )
《 走 向 高 考 》 二 轮 专 题 复 习 · ( 物 理 新 课 标 版
及磁、电、重三场所形成的复合场中的运动问题，大多数
是综合性试题，以突出力学的知识、规律、方法的灵活运 用，突出联系实际的典型模型．
)
专题四
电场和磁场
《 走 向 高 考 》 二 轮 专 题 复 习 · ( ) 物 理 新 课 标 版
专题四
电场和磁场
[答案] D
[解析] 做曲线运动的物体，速度的方向沿该点的 切线方向，而物体做曲线运动的条件是合外力与速度不共 线，选项A错误；负电荷受力的方向与该点场强方向相反， 并且轨迹曲线应向力的方向弯曲，选项C错误；质点从a到
《 走 向 高 考 》 二 轮 专 题 复 习 · ( 物 理 新 课 标 版
专题四
电场和磁场
友情提示
当不同粒子由静止经同一电场加速进入同
一电场偏转时，可推出它们的偏转位移和偏转角度相同．
《 走 向 高 考 》 二 轮 专 题 复 习 · ( ) 物 理 新 课 标 版
专题四
电场和磁场
3．示波器中电子偏转距离： 示波器中的电子在偏转电场中做类平抛运动，射出电场 后还要靠惯性沿直线运动一段距离，最后打到荧光屏上，如 图所示．将射出电场时的速度反向延长与初速度方向交于 O 点，O 点在板长的中点上，即电子好像从偏转电场的中点直 L y′ L′＋ 2 2L′＋L 接射出．存在几何关系， ＝ ，得 y′＝ y， y L L 2 1 2 1 Uq 2 又 y＝ at ＝ t ，L＝v0t 2 2md qUL2L′＋L 所以，y′＝ 2dmv02
专题四
电场和磁场
六、带电粒子在匀强电场中的运动 1．加速——带电粒子的受力与运动方向共线． 处理方法： (1)牛顿定律和运动学方程相结合． 1 1 2 (2)功能观点：qU＝ mv2 － mv12 2 2
《 走 向 高 考 》 二 轮 专 题 复 习 · ( ) 物 理 新 课 标 版
带电粒子在匀强电场中的运动
带电粒子在匀强电场中的运动【教学结构】一、带电粒子在电场中加速1．电场力对带电粒子做功如图1所示的匀强电场，场强为E，AB之间电势差为U，把带电量为q的正电荷放在A处，设初速度为零，在电场力作用下，q从A加速运动到B，设到达B处速度为υ．带电粒子从A运动到B，电场力对带电子做正功，W=Uq．电场力做功使电势能减少Uq，而转化成为动能．因而带电粒子获得动能为Uq．2．动能定理（1）因为带电粒子的重力很小，远远小于电场力，可以忽略不计．（2）外力对带电粒子的总功就等于电场力的功：Uq．（3）根据动能定理Uq=12mυ2（4）如带电粒子到达A点时速度不为O，而是υ0，则Uq=12mυ2－12mυ23．计算加速后带电粒子速度如图2所示，一对平行金属板AB，中间有小孔MN，AB 与电源相连，A板接负极，两板间电压为U，电子在M处初速为零，经电场加速后从N孔穿出，穿出时速度υ=？Uq=12mυ2υ=2Uqm，若在M处初速为υ0，则，Uq=12mυ2－12mυ2υ=υ22+Uqm二、带电粒子在电场中偏移1．分析带电粒子在电场中运动过程如图3所示，平行金属板与电压为U的电源相连，板间为匀强电场，板长为L，两板间距离为d，质量为m，带电量为q的正电荷以初速υ0沿两板中轴线进入电场．设轴线方向为x，与轴线垂直方向为y．在x方向带电粒子不受力，应做匀速运动．在y方向：带电粒子应受电场力，若y方向为竖直方向，还应受重力，但带电粒子重力很小可忽略不计．故只受沿正y方向的电场力，带电粒子沿正y方向做初速为零的匀加速运动．综上所示，粒子运动轨迹与平抛运动很相似，故又称类平抛运动．2．研究带电粒子偏转规律（1）借此机会复习平抛运动研究方法，提高解决平抛问题的能力．（2）根据处理平抛运动的方法，分两个方向研究运动过程x方向：L=υ0 t，带电粒子穿出电场时位移为L，所用时间为t．y方向：y=12at2，y为离开电场时，在y方向上的位移，有的书称为横向位移．a是在电场力作用下产生加速度．a =Uq dm ．认真分析：E =U d ，F=Eq =Uq d ，a =F m =Uq dm y =Uqmd L 22υ02．利用运动学知识进一步推进．在y 方向带电粒子离开电场时的速度：υy=at =UqL dm υ0．带电粒子离开电场中偏转角φ的决定式： t g φ =υυy0=gUL md υ02．注意：带电粒子离开电场后应以υυυ=+y 202，作匀速直线运动，方向为与υ0成φ角．作速度υ的反向延长线与平行金属板轴线相交于O 点，正好是轴线的中点，如图5所示．可想像成经过偏转电场的粒子都是从两板正中点射出来的．证明如下，设板的边缘与O 间距离为x ，y=x ·tg φx=y/tg φ=Uqmd L UqL md L 22202υ02υ=． （3）带电粒子能离开偏转电场的条件．当偏转电场装置一定，即L 、d 不变，带电粒子m 、q 、υ0一定，带电粒子能否离开电场，就取决于两板电压U ．y =UqLdm d υ022＜，即U d m qL ＜20222υ．如U 大于此值粒子打在板的某处而不能出偏转电场．当偏转电场装置一定，板间电压一定，粒子m 、q 一定，带电粒子能否离开电场，就取决于带电粒子射入电场时υ0大小（υ0方向沿轴线方向）．当υ0222＞UqLmd 时，带电粒子可离开偏转电场．【课余思考】1．电场使带电粒子加速和偏转的原理是什么，点电荷电场能否给带电粒子加速？2． 带电粒子离开偏移电场时的横向位移，偏转角，横向速度表达式是什么？【解题点要】例一、如图6所示，B 板电势为U ，质量为m 的带电粒子以速度υ0水平射入电场，若粒子带－q 电量，则粒子到达B 板时速度大小为 ，若粒子带+q 电量，它到达B 板时速度大小为 ．解析：A 板接地电势为零，B 板电势为U ，高于A 板电势．板间电场方向从B 向A ，负电荷受电场力方向为由A 向B ，带电粒子由A 板到达B 板电场力做正功，动能增大，根据电场加速原理：Uq =1212202m m υυ- υυ=+022Uq m．带电粒子带正电时，电场力做负功，－Uq =1212202m m υυ- υυ1022=-Uq m．电场力对带电粒子做正功时，把电势能转化为动能，电场力做负功时，把动能转化为电势能．从能量角度更容易理解带电粒子在电场中加速．例二、一个初动能为2000e v的电子，垂直电场线方向进入场强为5×104v/m 的匀强电场，离开电场时偏转距离为1cm，那么电子离开电场时的动能为．解析：本题是研究带电粒子在电场中加速还是偏转？粒子的初速度与场强方向垂直，电场作用方向与场强方向为同一条直线上，能用电场对带电粒子加速的公式吗？从题给的条件里很容易理解为带电粒子在电场中偏转，仔细审题便知．本题的要求还是电场对电子做功而使电子动能变化，求出所求，应是电子在电场中加速．速度是矢量当方向不同时，速度之和满足平行四边形法则，动能是标量、无方向问题，不能认为速度方向即是动能方向．动能之和用代数和的方法就可求．本题解应为：电场力的功：W=Eed=e·5×104×10－2=e·5×102=500e vW=E K－EK0E K=W+EK0=5×102+2000=2500e v例三、如图7所示，电子从负极板边缘垂直电场线方向射入匀强电场恰好从正极板的边缘射出，今使两极板间距离增大为原来的2倍，而电子仍以同样的速度射入，也恰好从正极板的边缘射出这时两板电势差为原来的（）A．2倍B．4倍C．2倍D．相等解析：什么叫电子恰好从正极板边缘射出，前后两种情况有何变化？本题很明显是解决电子在电场中偏转问题，刚好从边缘射出，指的是在沿垂直场强方向位移为板长时，沿场强方向位移为两板间的距离．设板长为L，板间距离为d，两板间电压为U，带电粒子质量为m，电量为e，射入电场速度为υ0，题中给出两种情况是L、m、e、υ0均不变，试求当d变为2d时，U如何变．故有dUeLdmdU eLdmUU==⋅=222222224υυ与两式相比可得''，故选B．例四、如图8所示，电子在加速电压为U1的电场中，由静止开始加速，然后射入电压为U2的两块平行板间的偏转电场中．入射方向跟极板平行，整个装置处在真空中，重力可以忽略．在满足电子能射出平行极板区域的条件下．下述四种情况中，一定能使电子的偏转角φ变大的是（）A．U1变大、U2变大B．U1变小、U2变大C．U1变大、U2变小D．U1变小、U2变小解析：电子经过加速电场和偏转电场的偏转角度φ与U1、U2的关系是什么？解决这个问题后，选项很容易确定．电子经加速电场加速后速度由零增到υ，U1e=12mυ2υ=21U em．电子以速度υ进入偏转电场，经过后偏转角：tg φ=U eL md 22把υ=21U e m代入上式可得：tg φ=U L U d 212．L 、d 为不变的量，所以tg φ∝U U 21．U U 21增大时，φ增大．A 选项，U 1、U 2都增大，U U 21不一定增大，φ不一定变大；不能选．选项B ，U 1变小、U 2变大，U 2/U 1一定变大，B 选项正确．C 、D 选项都不能保证φ一定增大故不能选．答案：B ．解答这类题不能猜，应根据学过的公式，准确确定φ与U 1、U 2的关系，最好有表达式，如：tg φ=U L U d212．以此为依据便能准确选择．【同步练习】1．原来都静止的质子（氢原子核11H ）和α粒子（氦原子核24He ），经过同一电压的加速后，它们的速度大小之比为（ ）A ．1 : 1B ．1 : 2C ．1 : 4D ．2 : 12．如图9所示，电子经加速电场（电压为U 1）后进入偏转电场（电压为U 2），然后飞出偏转电场，要使电子飞不出偏转电场可采取的措施有（ ）A ．增大U 1，其它条件不变B ．减小U 1，其它条件不变C ．增大U 2，其它条件不变D ．减小U 2，其它条件不变 3．如图10所示，三个质量相等，分别带正电、负电和不带电的小球从带电平行金属板的P 点以相同的速率沿垂直于电场方向射入电场，它们分别落在A 、B 、C 三点上（ ）A ．A 带正电，B 不带电，C 带负电B ．三个小球在电场中运动时间相等C ．三个小球在电场中的加速度大小关系是a C ＞a B ＞a AD ．三个小球到达正极板时的动能的关系是E A ＞E B ＞E C4．如图11中，MN 为两块竖直放置的平行金属板，带电微粒紧靠着M 板以速度υ0竖直向上射入MN 两板之间．当滑动变阻器AB 的滑动触头在AB 中心位置时，带电微粒恰好垂直打在N 板上，这时速度大小和υ0相等．现将N 板移近M 板，使得其间距离减为原来的一半．求：（1）带电微粒打到N 板时速度大小．（2）欲使带电微粒仍然以垂直方向打到N 板上，应如何移动滑动变阻器的滑动头？这时打到N 板上的微粒的速度又是多大．【参考答案】1．D 2．BC 3．AC 4．（1）52υ0（2）滑动头距A为全长的18，速度为2．。
带电粒子在电场中的运动_讲义
y =y+Ltanθ[
由上面 iii 中得到的结论（①式以及②）：
y
qL2 2mv 02d
U2
tan
qL mv 02d
U2
所以
qL2 y = 2mv02d
U2
L
qL mv 02d
U2
qL = mv 2d
0
(L
L )U 2
2
=（L+
L 2
）tanθ
由思考题中的式③
tanθ = U2l 2dU 1
]可得：
决于初速度与加速度的大小，以初速度方向设正方向，则 2as vt2 v02 ，当 vt 0 时，
s v02 ，比较 s 与 d 的大小，当 s d 时，说明粒子在打到右金属板上，当 s d 时， 2a
说明当粒子在速度减到 0 时，仍没有到达右金属板，则粒子开始反向加速，最终打在左 金属板上。 例 2、如图 1 所示，在真空中有一对平行金属板，其间距离为 d，电源电压为 U，板间电场为匀强电
3
场，若在左金属板中间有一小孔，一带正电粒子以初速度 v0 射入板间，粒子质量为 m，电量为 q，则
粒子到达右金属板时，速度为多大？（粒子重力可忽略） [解析]：1、受力分析：粒子重力可忽略，因此只受到向右的电场力的作用。
2、运动情况分析：因粒子只受匀强电场的恒定作用力，且其速度方向与其所受电场力方向 相同，因此，粒子做初速度不为零的匀加速直线运动。
）
A．只适用于匀强电场中，v0＝0的带电粒子被加速 B．只适用于匀强电场中，粒子运动方向与场强方向平行的情况
C．只适用于匀强电场中，粒子运动方向与场强方向垂直的情况
D．适用于任何电场中，v0＝0的带电粒子被加速
带电粒子在电场中的运动
带电粒子在电场中的运动
带电粒子在匀强电场中运动时，若初速度与场强方向平行，它的运动是匀加速直线运动，其加速度大小为。
若初速度与场强方向成某一角度，它的运动是类似于物体在重力场中的斜抛运动。
若初速度与场强方向垂直，它的运动是类似于物体在重力场中的平抛运动，是x 轴方向的匀速直线运动和y 轴方向的初速度为零的匀加速直线运动的叠加，在任一时刻，x 轴方向和y 轴方向的速度分别为
位置坐标分别为
从上两式中消去t，得带电粒子在电场中的轨迹方程
若带电粒子在离开匀强电场区域时，它在x轴方向移动了距离l，它在y轴方向偏移的距离为
这个偏移距离h与场强E成正比，因此只要转变电场强度的大小，就可以调整偏移距离。
带电粒子进入无电场区域后，将在与原来运动方向偏离某一角度的方向作匀速直线运动。
可知
而
所以偏转角为
示波管中，就是利用上下、左右两对平行板（偏转电极）产生的匀强电场，使阴极射出的电子发生上下、左右偏转。
转变平行板间的电压，就能转变平行板间的场强，使电子的运动发生相应的变化，从而转变荧光屏上亮点的位置。
高一物理《带电粒子在电场中的运动》知识点总结
高一物理《带电粒子在电场中的运动》知识点总结一、带电粒子在电场中的加速分析带电粒子的加速问题有两种思路：1．利用牛顿第二定律结合匀变速直线运动公式分析．适用于匀强电场．2．利用静电力做功结合动能定理分析．对于匀强电场和非匀强电场都适用，公式有qEd ＝12m v 2－12m v 02(匀强电场)或qU ＝12m v 2－12m v 02(任何电场)等． 二、带电粒子在电场中的偏转如图所示，质量为m 、带电荷量为q 的粒子(忽略重力)，以初速度v 0平行于两极板进入匀强电场，极板长为l ，极板间距离为d ，极板间电压为U .1．运动性质：(1)沿初速度方向：速度为v 0的匀速直线运动．(2)垂直v 0的方向：初速度为零的匀加速直线运动．2．运动规律：(1)t ＝l v 0，a ＝qU md ，偏移距离y ＝12at 2＝qUl 22m v 02d. (2)v y ＝at ＝qUl m v 0d ，tan θ＝v y v 0＝qUl md v 02. 三、带电粒子的分类及受力特点(1)电子、质子、α粒子、离子等粒子，一般都不考虑重力，但不能忽略质量．(2)质量较大的微粒，如带电小球、带电油滴、带电颗粒等，除有说明或有明确的暗示外，处理问题时一般都不能忽略重力．(3)受力分析仍按力学中受力分析的方法分析，切勿漏掉静电力．四、求带电粒子的速度的两种方法(1)从动力学角度出发，用牛顿第二定律和运动学知识求解．(适用于匀强电场)由牛顿第二定律可知，带电粒子运动的加速度的大小a ＝F m ＝qE m ＝qU md.若一个带正电荷的粒子，在静电力作用下由静止开始从正极板向负极板做匀加速直线运动，两极板间的距离为d ，则由v 2－v 02＝2ad 可求得带电粒子到达负极板时的速度v ＝2ad ＝2qU m.(2)从功能关系角度出发，用动能定理求解．(可以是匀强电场，也可以是非匀强电场)带电粒子在运动过程中，只受静电力作用，静电力做的功W ＝qU ，根据动能定理，当初速度为零时，W ＝12m v 2－0，解得v ＝2qU m ；当初速度不为零时，W ＝12m v 2－12m v 02，解得v ＝2qU m ＋v 02. 五、带电粒子在电场中的偏转的几个常用推论(1)粒子从偏转电场中射出时，其速度方向的反向延长线与初速度方向的延长线交于一点，此点为粒子沿初速度方向位移的中点．(2)位移方向与初速度方向间夹角α的正切值为速度偏转角θ正切值的12，即tan α＝12tan θ. (3)不同的带电粒子(电性相同，初速度为零)，经过同一电场加速后，又进入同一偏转电场，则它们的运动轨迹必定重合．注意：分析粒子的偏转问题也可以利用动能定理，即qEy ＝ΔE k ，其中y 为粒子在偏转电场中沿静电力方向的偏移量．。
(北京专用)高考物理一轮复习第九章静电场第4讲带电粒子在电场中的运动课件
第一页，共40页。
知识梳理
一、带电粒子在电场(diàn chǎng)中做直线运动 1.运动状态分析
带电粒子沿与电场(diàn chǎng)线平行的方向进入匀 强电场(diàn chǎng),受到的电场(diàn chǎng)力与运动
方 向在同一直线上,做① 匀变速直线 运动。
第十四页，共40页。
1-1 一水平放置的平行板电容器的两极板间距为d,极板分别与电池两
极相连,上极板中心有一小孔(小孔对电场的影响可忽略不计)。小孔正
上方 处的P点有一带电粒子,该粒子从静止开始(kāishǐ)下落,经过小孔进入
d 电容器2,并在下极板处(未与极板接触)返回。若将下极板向上平移 ,则
第八页，共40页。
2.两平行金属板间为匀强电场,不同的带电粒子都以垂直于电场线的方 向飞入匀强电场(不计重力),要使这些粒子经过匀强电场后有相同大小
的偏转角,则它们应具备的条件是 ( ) C
A.有相同的动能和相同的比荷 B.有相同的动量(质量与速度的乘积(chéngjī))和相同的比荷 C.有相同的速度和相同的比荷 D.只要有相同的比荷就可以
第十七页，共40页。
甲
乙
第十八页，共40页。
(1)将该离子推进器固定在地面上进行试验。求氙离子经A、B之间的 电场加速后,通过栅电极B时的速度v的大小; (2)配有该离子推进器的飞船的总质量为M,现需要对飞船运行方向作一 次微调,即通过推进器短暂工作让飞船在与原速度垂直方向上获得一很 小的速度Δv,此过程中可认为氙离子仍以第(1)问中所求的速度通过栅 电极B。推进器工作时飞船的总质量可视为不变。求推进器在此次工 作过程中喷射(pēnshè)的氙离子数目N; (3)可以用离子推进器工作过程中产生的推力与A、B之间的电场对氙 离子做功的功率的比值S来反映推进器工作情况。通过计算说明采取 哪些措施可以增大S,并对增大S的实际意义说出你的看法。
带电粒子在电场中的运动(含解析)
带电粒子在电场中的运动一、带电粒子在电场中的直线运动1．做直线运动的条件(1)粒子所受合外力F 合＝0，粒子或静止，或做匀速直线运动．(2)粒子所受合外力F 合≠0，且与初速度方向在同一条直线上，带电粒子将做匀加速直线运动或匀减速直线运动．2．用动力学观点分析a ＝qE m ，E ＝U d，v 2－v 02＝2ad . 3．用功能观点分析匀强电场中：W ＝Eqd ＝qU ＝12mv 2－12mv 02 非匀强电场中：W ＝qU ＝E k2－E k1●带电粒子在匀强电场中的直线运动【例1】如图所示，三块平行放置的带电金属薄板A 、B 、C 中央各有一小孔，小孔分别位于O 、M 、P 点．由O 点静止释放的电子恰好能运动到P 点．现将C 板向右平移到P ′点，则由O 点静止释放的电子( )图6A ．运动到P 点返回B ．运动到P 和P ′点之间返回C ．运动到P ′点返回D ．穿过P ′点【答案】A【解析】根据平行板电容器的电容的决定式C ＝ εr S 4πkd 、定义式C ＝Q U和匀强电场的电压与电场强度的关系式U ＝Ed 可得E ＝ 4πkQ εr S，可知将C 板向右平移到P ′点，B 、C 两板间的电场强度不变，由O 点静止释放的电子仍然可以运动到P 点，并且会原路返回，故选项A 正确．【变式1】 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入，最远到达A 点，然后返回，如图所示，OA ＝h ，此电子具有的初动能是( )A.edh U B ．edUh C.eU dh D.eUh d【答案】D【解析】由动能定理得：－e U d h ＝－E k ，所以E k ＝eUh d，故D 正确． 二、带电粒子在交变电场中的直线运动【例2】 匀强电场的电场强度E 随时间t 变化的图象如图所示．当t ＝0时，在此匀强电场中由静止释放一个带电粒子(带正电)，设带电粒子只受电场力的作用，则下列说法中正确的是( )A ．带电粒子将始终向同一个方向运动B ．2 s 末带电粒子回到原出发点C ．3 s 末带电粒子的速度不为零D ．0～3 s 内，电场力做的总功为零【答案】D【解析】由牛顿第二定律可知带电粒子在第1 s 内的加速度和第2 s 内的加速度的关系，因此粒子将先加速1 s 再减速0.5 s ，速度为零，接下来的0.5 s 将反向加速……，v －t 图象如图所示，根据图象可知选项A 错误；由图象可知前2 s 内的位移为负，故选项B 错误；由图象可知3 s 末带电粒子的速度为零，故选项C 错误；由动能定理结合图象可知0～3 s 内，电场力做的总功为零，故选项D 正确．●带电粒子在电场力和重力作用下的直线运动问题【例3】如图所示，在竖直放置间距为d 的平行板电容器中，存在电场强度为E 的匀强电场．有一质量为m 、电荷量为＋q 的点电荷从两极板正中间处静止释放．重力加速度为g .则点电荷运动到负极板的过程( )A ．加速度大小为a ＝Eq m＋g B ．所需的时间为t ＝dm Eq C ．下降的高度为y ＝d 2D ．电场力所做的功为W ＝Eqd 【答案】B【解析】点电荷受到重力、电场力的作用，所以a ＝(Eq )2＋(mg )2m ，选项A 错误；根据运动独立性，水平方向点电荷的运动时间为t ，则d 2＝12Eq mt 2，解得t ＝md Eq ，选项B 正确；下降高度y ＝12gt 2＝mgd 2Eq，选项C 错误；电场力做功W ＝Eqd 2，选项D 错误． 【例4】如图所示，一带电液滴在重力和匀强电场对它的作用力作用下，从静止开始由b 沿直线运动到d ，且bd 与竖直方向所夹的锐角为45°，则下列结论不正确的是( )A ．此液滴带负电B ．液滴的加速度大小为2gC ．合力对液滴做的总功等于零D ．液滴的电势能减少【答案】C【解析】带电液滴由静止开始沿bd 做直线运动，所受的合力方向必定沿bd 直线，液滴受力情况如图所示，电场力方向水平向右，与电场方向相反，所以此液滴带负电，故选项A 正确；由图知液滴所受的合力F ＝2mg ，其加速度为a ＝F m ＝2g ，故选项B 正确；因为合力的方向与运动的方向相同，故合力对液滴做正功，故选项C 错误；由于电场力所做的功W 电＝Eqx bd sin 45°>0，故电场力对液滴做正功，液滴的电势能减少，故选项D 正确．三、带电粒子在电场中的偏转1．两个结论(1)不同的带电粒子从静止开始经过同一电场加速后再从同一偏转电场射出时，偏移量和偏转角总是相同的．证明：由qU 0＝12mv 02 y ＝12at 2＝12·qU 1md ·(l v 0)2 tan θ＝qU 1l mdv 02得：y ＝U 1l 24U 0d ，tan θ＝U 1l 2U 0d(2)粒子经电场偏转后，合速度的反向延长线与初速度延长线的交点O 为粒子水平位移的中点，即O 到偏转电场边缘的距离为l 2. 2．功能关系当讨论带电粒子的末速度v 时也可以从能量的角度进行求解：qU y ＝12mv 2－12mv 02，其中U y ＝U dy ，指初、末位置间的电势差．【例5】 质谱仪可对离子进行分析．如图所示，在真空状态下，脉冲阀P 喷出微量气体，经激光照射产生电荷量为q 、质量为m 的正离子，自a 板小孔进入a 、b 间的加速电场，从b 板小孔射出，沿中线方向进入M 、N 板间的偏转控制区，到达探测器(可上下移动)．已知a 、b 板间距为d ，极板M 、N 的长度和间距均为L ，a 、b 间的电压为U 1，M 、N 间的电压为U 2.不计离子重力及进入a 板时的初速度．求：(1)离子从b 板小孔射出时的速度大小；(2)离子自a 板小孔进入加速电场至离子到达探测器的全部飞行时间；(3)为保证离子不打在极板上，U 2与U 1应满足的关系．【答案】 (1)2qU 1m (2)(2d ＋L )m 2qU 1(3) U 2＜2U 1 【解析】(1)由动能定理qU 1＝12mv 2，得v ＝2qU 1m (2)离子在a 、b 间的加速度a 1＝qU 1md 在a 、b 间运动的时间t 1＝v a 1＝2m qU 1·d 在MN 间运动的时间：t 2＝Lv ＝L m 2qU 1离子到达探测器的时间：t ＝t 1＋t 2＝(2d ＋L )m 2qU 1； (3)在MN 间侧移：y ＝12a 2t 22＝qU 2L 22mLv 2＝U 2L 4U 1由y ＜L2，得 U 2＜2U 1. 【变式2】 如图所示，电荷量之比为q A ∶q B ＝1∶3的带电粒子A 、B 以相同的速度v 0从同一点出发，沿着跟电场强度垂直的方向射入平行板电容器中，分别打在C 、D 点，若OC ＝CD ，忽略粒子重力的影响，则下列说法不正确的是( )A ．A 和B 在电场中运动的时间之比为1∶2B ．A 和B 运动的加速度大小之比为4∶1C ．A 和B 的质量之比为1∶12D ．A 和B 的位移大小之比为1∶1【答案】D【解析】粒子A 和B 在匀强电场中做类平抛运动，水平方向由x ＝v 0t 及OC ＝CD 得，t A ∶t B ＝1∶2；竖直方向由h ＝12at 2得a ＝2h t 2，它们沿竖直方向运动的加速度大小之比为a A ∶a B ＝4∶1；根据a ＝qE m 得m ＝qE a ，故m A m B ＝112，A 和B 的位移大小不相等，故选项A 、B 、C 正确，D 错误．【变式3】 如图所示，喷墨打印机中的墨滴在进入偏转电场之前会带上一定量的电荷，在电场的作用下带电荷的墨滴发生偏转到达纸上．已知两偏转极板长度L ＝1.5×10－2 m ，两极板间电场强度E ＝1.2×106 N/C ，墨滴的质量m ＝1.0×10－13 kg ，电荷量q ＝1.0×10－16 C ，墨滴在进入电场前的速度v 0＝15 m/s ，方向与两极板平行．不计空气阻力和墨滴重力，假设偏转电场只局限在平行极板内部，忽略边缘电场的影响．(1)判断墨滴带正电荷还是负电荷？(2)求墨滴在两极板之间运动的时间；(3)求墨滴离开电场时在竖直方向上的位移大小y .【答案】(1)负电荷 (2)1.0×10－3 s (3)6.0×10－4 m【解析】(1)负电荷．(2)墨滴在水平方向做匀速直线运动，那么墨滴在两板之间运动的时间t ＝L v 0.代入数据可得：t ＝1.0×10－3 s(3)离开电场前墨滴在竖直方向做初速度为零的匀加速直线运动，a ＝Eq m代入数据可得：a ＝1.2×103 m/s 2离开偏转电场时在竖直方向的位移y ＝12at 2 代入数据可得：y ＝6.0×10－4 m.。
带电粒子在电场中的运动高三物理第一轮复习电场PPT课件北京海淀
例．A、B是某电场中的一条电场线，若再A点放置一初速度为零的 电子，电子仅在电场力的作用下，沿AB由A运动到B过程中的速度 图像如图已所示，下列关于两点的电势和电场强度E的判断中，正 确的是：（ A D ） A.EA>EB B.EA<EB C.φA>φB D.φA<φB
· ·
A B
v t
乙
O 解析：电子从A到B做加速度减小的变加速直线运动 v F a F qE m F F减小 A减小 E m一定 q一定 善于从图像获取信息是物理解题的基本功。
往复运动 (简谐运动)
圆周运动
4、解决的思路和方法 电场中的规律和力学方法：这类问题本质上是一个力学问 题，应顺应力学问题的研究思路和运用力学的基本规律。须应 用力学中的物体平衡、运动学、牛顿运动定律、功能关系、动 量等一些知识来解决，考查学生综合分析问题的能力，用数学 知识解决物理问题的能力。关于运动形式的考查有单一的，也 有两个或两个以上的组合。
要注意的是： （1）对于具体问题要分清：场的条件和在场中运动电荷的条 件 （2）做好受力分析，根据问题选择力学方法 （3）加速度 Eq Uq
a
m
md
5、只在电场力的作用下的运动
带电粒子的加速 问题1.如图所示为直线加速器的示意图.平行金属板 加上恒定电压U，质量为m，电荷量为+q的带电粒 子从A板静止释放. 求粒子到达B板的速度大小. (1)带电粒子在电场中做什么运动? (2)设两板间的距离为d,加速度为多 大? (3)求粒子到达B板的速度大小. (4)电场力对带电粒子做的功为多大? (5)粒子到达B板的动能为多大?速度 为多大?
x
问题2. 质量为m,电荷量为q的带电粒子,经过加速极电压U1加 速后,平行极板进入偏转极电场,偏转极电压为U2.已知偏转极 极板长度为l,两板间的距离为d. (1) 求粒子离开加速电场时的速度大小; (2)求带电粒子射出电场时侧向偏移距离y和偏转角.
带电粒子在匀强电场中的运动
2 1
2 mv
2 0
d
=
U
2
L
2 1
4U 1d
L1
(3) y = 2
Y
L1 2
L2
Y = U 2L1(L1 2 L2) 4U 1d
vy = at
tan
=
vy v0
=
U2qL1 m v02d
=
U2 L1 2U1d
Y = y L2 tan
3、某些带电体是否考虑重力，要根据题目暗 示或运动状态来判定
带电粒子在匀强电场中运动状态：
可能是
静止
1.平衡
（F合=0） 匀速直线运动
匀变速直线运动—加速减速
2.匀变速
（F合≠0） 匀变速曲线运动—偏转
一、带电粒子在电场中的加速: ?
例一. 如图所示，在真空中有一对平行金属板A、B， 两板间加以电压 U。则 ：若质量为m、电量为+q的粒 子由A板静止释放，求到达板B的时间、速度。
mg
法二 -sm ： ingS=0-12m02v 又Eq=tm ang EP =EqcSos=12m02vc o2s
例 2 解（
1）
U
1e
=
1 2
mv
2 0
v0 =
2U 1e m
( 2 )水平： L 1 = v 0 t
竖 直 ： U 2 q = ma d
y = 1 at 2 2
y=
U
2 qL
放，求到达板B的速度。
解法二. 动能定理:
Ad B
\
qU=
1 2
mV2-
0
适用于任意场
E FＶ
V = 2 qU
专题24 带电粒子在电场中的运动----2022年高考物理一轮重难点复习(解析版)
专题24 带电粒子在电场中的运动重点知识讲解 一、带电粒子在匀强电场中的加速1.带电粒子在电场中运动时，重力一般远小于静电力，因此重力可以忽略。
2.如图所示，匀强电场中有一带正电q 的粒子（不计重力），在电场力作用下从A 点加速运动到B 点，速度由v 0增加到v.，A 、B 间距为d ，电势差为U AB.（1）用动力学观点分析：Eq a m =， U E d=，2202v v ad -= （2）用能量的观点（动能定理）分析：2201122AB qU mv mv =- 能量观点既适用于匀强电场，也适用于非匀强电场，对匀强电场又有AB W qU qEd ==。
二、带电粒子在匀强电场中的偏转（1）带电粒子以垂直于电场线方向的初速度v 0进入匀强电场时，粒子做类平抛运动。
垂直于场强方向的匀速直线运动，沿场强方向的匀加速直线运动。
（2）偏转问题的处理方法，类似于平抛运动的研究方法，粒子沿初速度方向做匀速直线运动，可以确定通过电场的时间0lt v =。
粒子沿电场线方向做初速度为零的匀加速直线运动，加速度F qE qU a m m md===； 穿过电场的位移侧移量：221at y =222001().22Uq l ql U md v mv d=⋅=； 穿过电场的速度偏转角： 20tan y v qlU v mv dθ==。
两个结论：（1）不同的带电粒子从静止开始，经过同一电场加速后再进入同一偏转电场，射出时的偏转角度总是相同的。
（2）粒子经过电场偏转后，速度的反向延长线与初速度延长线的交点为粒子水平位移的中点。
（与平抛运动的规律一样） 三、示波管的构造原理（1）示波管的构造：示波器的核心部件是示波管，示波管的构造简图如图所示，也可将示波管的结构大致分为三部分，即电子枪、偏转电极和荧光屏。
（2）示波管的原理a 、偏转电极不加电压时，从电子枪射出的电子将沿直线运动，射到荧光屏的中心点形成一个亮斑。
b 、在XX '（或YY '）加电压时，则电子被加速，偏转后射到XX '（或YY '）所在直线上某一点，形成一个亮斑（不在中心），如图所示。
带电粒子在电场中的运动
l
t
v0
（离开电场）
沿电场力方向为初速度为零的匀加速直线运动，
加速度：a = F/m = qU/dm
离开电场时的偏移量
y
qUL 2mdv02
2
离开电场时的速度偏转角：
tan
qUL mdV0 2
2y L
3.带电粒子在电场里先加速再偏转 不同的带电粒子从静止经过同一电场加速后进入
同一偏转电场，它们在电场中的偏转角度、偏转量y 总是相同的。即轨迹相同。
(2)粒子从a点射入金属板的时刻应满足
什么条件？
设+q
v0
(1)粒子在板间做什么运动？
审 (2)粒子沿初速度方向做什么运动？
题 (3)粒子在垂直初速度方向做什么运 析 动？ 疑
(4)“欲使该粒子仍能从b点以v0射出” 隐含了粒子运动的什么状态？
播放
转解析
方法提升 利用速度图象分析带电粒子的运动过程
一是注重全面分析(分析受力特点和运动规律)，抓住粒的运 动具有周期性和在空间上具有对称性的特征，求解粒子运动 过程的速度、位移、做功或确定与物理过程相关的边界.
二是分析问题时要从力和运动的关系出发，结合功能关系， 列式求解.
三是明确此类题型的三种情况：①粒子做单向的直线运动 (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).
板间的距离足够大,下列说法正确的是( )
A.电子一直向着A板运动
B.电子一直向着B板运动
C.电子先向A板运动,然后返回向B板运动,
之后在A、B两板间做周期性往复运动
D.电子先向B板运动,然后返回向A板运动,