广东省2022届高考物理二轮专题总复习专题3带电粒子受恒力作用下做曲5.ppt

专题三　恒力作用下的曲线运动 第2讲 带电粒子受恒力作用下做曲线运动 当带电粒子进入匀强电场(或复合场)的初速度方向与电场力(或合外力)不在一条直线上，粒子将做曲线运动．如类平抛运动． 电场和复合场中的类平抛运动与平抛运动有很多相似之处，特别是研究方法基本上是相同的．然而，更应该注意研究的是它们的不同之处： (1)对于带电粒子垂直于电场方向射入匀强电场中的类平抛运动，应注意匀强电场通常有一定的宽度，带电粒子一般都会射出电场；因此，射出电场时相对于射入时的偏转距离和运动方向的偏转角度，是我们研究的重要物理量． (2)带电粒子射出电场后的运动，一般都是匀速直线运动；射出电场时带电粒子瞬时速度的大小和方向，决定了带电粒子离开电场后的运动情况． (3)对于较为复杂的复合场中带电体在相互垂直的恒力作用下的曲线运动的情况，则通常采用分方向研究的方法，以相互垂直的两恒力方向为运动分解方向去处理． 1．带电粒子在匀强电场中偏转 (1)运动状态分析：带电粒子以速度v0垂直于电场线方向飞入匀强电场时，受到恒定的与初速度方向成90°角的电场力作用而做匀变速曲线运动． (2)偏转问题的分析处理方法，类似于平抛运动的分析处理，应用运动的合成和分解的知识方法： 沿初速度方向为匀速直线运动，运动时间：t=l/v0 沿电场力方向为初速为零的匀加速直线运动： a=F/m=qE/m=qU/md 离开电场时偏移量： 离开电场时的偏转角： 由④式可知，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． 【例1】如图所示，真空室中速度v0=1.6×107m/s的电子束，连续地沿两水平金属板中心线OO′射入，已知极板长l=4cm，板间距离d=1cm，板右端距离荧光屏PQ为L=18cm.电子电荷量e=1.6×10-19C，质量m=0.91×10-30kg.若在电极ab上加u=220sin100pt(V)的交变电压，在荧光屏的竖直坐标轴y上能观测到多长的线段？(设极板间的电场是均匀的、两板外无电场、荧光屏足够大．) 【评析】解答本题要注意4个关键点： ①电子经过偏转电场的时间极短，可认为此过程板间电压不变． ②求出电子恰好打在极板上的电压． ③求出电子偏角最大时打在荧光屏上的位置． ④由上、下对称求出亮线长度． 【例1】如图所示，长L=0.4m的两平行金属板A、B竖直放置，相距d=0.02m，两板间接入恒定电压为182V且B板接正极.一电子质量m=9.1×10-31kg，电荷量e=1.6 ×10-19C，以v0=4×107m/s的速度紧靠 A板向上射入电场中，不计电子的重力．问电 子能否射出电场？若能，计算 在电场中的偏转距离；若 不能，在保持电压不变的情况下B板至少平移多少，电子才能射出电场？ 【例2】如图所示，一质量为m、带电量为+q的小球，从距地面高为h处以一定的初速度v0水平抛出，在距抛出点水平距离为l处，有一根管内径比小球直径略大的竖直细管，管的上端口距地面高为h/2，为使小球能无碰撞地通过管子，可在管的上方区域里加一个场强方向水平向左的匀强电场．求： (1)小球的初速度； (2)场强E的大小； (3)小球落地时的动能． 2．在复合场中受两个恒力作用下的曲线运动 【同类变式】极板间距离为0.1m，电势差为1000V的电容器竖直放置，如图所示，现从平行板上的A点以v0=3m/s的速度水平向左射入一质量为0.02g，带电荷量为+10-7C的小球，经一段时间后小球到达A点正下方的B点，则A、B间的距离为多少？(取g=10m/s2) 【解析】小球从A点射入电场后， 其运动轨迹如图 所示，小球在水 平方向受到向右的电场力，做匀 变速运动(类似于竖直上抛运动)， 则小球从A到B运动的时间为 3．电场中的综合问题 【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)置于水平轨道上，滑块受到的电场力大小 mg，滑块与水平轨道间的动摩擦因数为0.5，已知重力加速度为g.