高中物理 第10章 静电场中的能量 拓展课1 带电粒子在电场中的运动教案 新人教版必修第三册-新人教版高二第三册物理教案VIP专享VIP免费

拓展课1带电粒子在电场中的运动核心素养物理观念科学思维1.掌握初速度与场强方向同直线时带电体做直线运动及初速度与场强方向垂直时带电体做类平抛运动问题的处理方法。2.会分析圆周运动向心力的来源。1.能够综合应用运动和力、功和能的关系分析带电粒子在电场中的直线运动问题，提高科学推理能力。2.建立带电粒子在交变电场中直线运动的思维模型。核心要点带电粒子在电场中的直线运动[要点归纳]1.带电粒子在电场中的直线运动(1)匀速直线运动：带电粒子受到的合外力一定等于零，即所受到的静电力与其他力平衡。(2)匀加速直线运动：带电粒子受到的合外力与其初速度方向相同。(3)匀减速直线运动：带电粒子受到的合外力与其初速度方向相反。2.讨论带电粒子在电场中做直线运动(加速或减速)的方法(1)力和加速度方法——牛顿运动定律、匀变速直线运动公式。(2)功和能方法——动能定理。(3)能量方法——能量守恒定律。[试题案例][例1]如图所示，水平放置的A、B两平行板相距h，上板A带正电，现有质量为m、带电荷量为＋q的小球在B板下方距离B板为H处，以初速度v0竖直向上从B板小孔进入板间电场。(1)带电小球在板间做何种运动？(2)欲使小球刚好打到A板，A、B间电势差为多少？解析(1)带电小球在电场外只受重力的作用做匀减速直线运动，在电场中受重力和静电力作用做匀减速直线运动。(2)整个运动过程中重力和静电力做功，由动能定理得－mg(H＋h)－qUAB＝0－mv解得UAB＝。答案(1)做匀减速直线运动(2)[针对训练1]如图所示，水平放置的平行板电容器的两极板M、N接上直流电源，两极板间的距离为L＝15cm。上极板M的中央有一小孔A，在A的正上方h处的B点有一小油滴自由落下。已知小油滴的电荷量q＝3.5×10－14C、质量m＝3.0×10－9kg。当小油滴即将落到下极板时速度恰好为零。两极板间的电势差U＝6×105V。求：(不计空气阻力，取g＝10m/s2)(1)两极板间的电场强度E的大小为多少？(2)设平行板电容器的电容C＝4.0×10－12F，则该电容器所带电荷量Q是多少？(3)B点在A点的正上方的高度h是多少？解析(1)由匀强电场的场强与电势差的关系式可得两极板间的电场强度为E＝＝4×106V/m。(2)该电容器所带电荷量为Q＝CU＝2.4×10－6C。(3)小油滴自由落下，即将落到下极板时，速度恰好为零由动能定理可得mg(h＋L)－qU＝0则B点在A点的正上方的高度是h＝－L＝m－15×10－2m＝0.55m。答案(1)4×106V/m(2)2.4×10－6C(3)0.55m核心要点带电粒子的类平抛运动[要点归纳]1.先求加速度。2.将运动分解为沿初速度方向的匀速直线运动和垂直初速度方向的匀加速直线运动，在两个方向上分别列运动学方程。3.涉及功能关系，也可用动能定理列方程。[试题案例][例2]如图所示，电荷量为－e，质量为m的电子从A点沿与电场垂直的方向进入匀强电场，初速度为v0，当它通过电场中B点时，速度与场强方向成150°角，不计电子的重力，求：(1)电子经过B点的速度多大；(2)AB两点间的电势差多大。解析(1)电子垂直进入匀强电场中，做类平抛运动，B点的速度vB＝＝2v0。(2)电子从A运动到B由动能定理得－eUAB＝mv－mvA、B两点间的电势差UAB＝＝－。答案(1)2v0(2)－[针对训练2]一个质量为m、电荷量为q的带电粒子以平行于两极板的速度v0进入匀强电场，如图所示。如果两极板间电压为U，两极板间的距离为d、板长为L。设粒子束不会击中极板，求粒子从进入电场到飞出极板时电势能的变化量。(粒子的重力忽略不计)解析水平方向匀速，则运动时间t＝①竖直方向加速，则偏移y＝at2②且a＝③由①②③得y＝则静电力做功W＝qE·y＝q··＝由功能原理得电势能减少了。答案电势能减少了核心要点带电体在电场(复合场)中的圆周运动[要点归纳]解决电场(复合场)中的圆周运动问题，关键是分析向心力的来源，向心力的来源有可能是重力和静电力的合力，也有可能是单独的静电力。有时可以把复合场中的圆周运动等效为竖直面内的圆周运动，找出等效“最高点”和“最低点”。[试题案例][例3]如图所示，BCDG是光滑绝缘的圆形轨道，位于竖直平面内，轨道半径为R，下端与水平绝缘轨道在B点平滑连接，整个轨道处在水平向左的匀强电场中。现有一质量为m、带正电的小滑块(可视为质点)置于水...