2019_2020学年高中物理第1章习题课2电场能的性质及带电粒子在电场中的运动教案教科版.docx

习题课2电场能的性质及带电粒子在电场中的运动 学习目标1.进一步理解电势差、电势、等势面的概念2.掌握电场力做功与电势差的关系，并会进行有关计算会利用动力学和功能观点分析带电粒子在电场中的直线运动会利用运动的合成与分解方法分析带电粒子在电场中的类平抛运动会分析带电粒子在交变电场及复合场中的运动一、电场中电势高低的判断与计算重难解读1电势是表示电场能的性质的一个物理量，电场中某点处的大小是由电场本身决定的，与在该点处是否放入检验电荷及电荷的电性和电荷量均无关2电势高低的四种判断方法(1)据电场线的方向：电场线由高电势处指向低电势处，或者说沿电场线方向电势逐渐降低(2)由UAB，将WAB和q带符号代入，据UAB的正负判断A、B两点电势的高低当UAB0时，AB；当UAB0时，AB.(3)据电场力做功来判断：电场力对正电荷做正功，电荷由高电势处移向低电势处；正电荷克服电场力做功，电荷由低电势处移向高电势处对于负电荷，情况恰好相反(4)根据电势能判断：正电荷在电势高处电势能较大；负电荷在电势低处电势能较大【例1】将一正电荷从无穷远处移入电场中M点，电势能减少了8.0109 J，若将另一等量的负电荷从无穷远处移入电场中的N点，电势能增加了9.0109 J，则下列判断中正确的是()AMN0BNM0CNM0DMN0思路点拨：根据电场力做功与电荷电势能变化的关系，由电场力做功情况分析电荷电势能变化，判断电势高低C取无穷远处电势为零，则正电荷在M点的电势能为8109 J，负电荷在N点的电势能为9109 J由知，M、N点的电势M0，N0，且|N|M|，即NMECx，A项正确；同理可知O点场强最小，电荷在该点受到的电场力最小，C项错误；沿电场方向电势降低，在O点左侧，EBx的方向沿x轴负方向，在O点右侧，ECx的方向沿x轴正方向，所以B项错误，D项正确解答图像类问题的关键解答图像类问题时，往往要从图线斜率的物理意义上突破，在x图像中，图线斜率表示电场强度E，同时图线是增函数还是减函数也是解答问题的关键(多选)在x轴上存在与x轴同向的电场，x轴上各点的电场强度随x点位置变化情况如图所示点电荷a和b带的电荷量分别为q和q，不计a和b间的静电力下列叙述正确的是()Ax1、x2两处的电势相同Ba和b在x1处的电势能相等C将电荷a沿x轴从x1处移到x2处，电场力一直做正功Db在x1处的电势能小于在x2处的电势能CD根据Ex图线可知，电场线沿x轴正向，因顺着电场线电势逐渐降低，可知x1处的电势高于x2处的电势，选项A错误；因点电荷a和b带的电荷量分别为q和q，根据Epq可知a和b在x1处的电势能不相等，选项B错误；因电场线沿x轴正向，则将电荷a沿x轴从x1处移到x2处，电场力一直做正功，选项C正确；因x1处的电势高于x2处的电势，则负电荷b在x1处的电势能小于在x2处的电势能，选项D正确三、带电粒子在交变电场中的运动重难解读1当空间存在交变电场时，粒子所受电场力方向将随着电场方向的改变而改变，粒子的运动性质也具有周期性2研究带电粒子在交变电场中的运动需要分段研究，并辅以vt图像，特别注意带电粒子进入交变电场时的时刻及交 变电场的周期【例3】如图甲所示，热电子由阴极飞出时的初速度忽略不计，电子发射装置的加速电压为U0，电容器板长和板间距离均为L10 cm，下极板接地，电容器右端到荧光屏的距离也是L10 cm，在电容器两极板间接一交变电压，上极板的电势随时间变化的图像如图乙所示(每个电子穿过平行板的时间都极短，可以认为电压是不变的)求：甲乙(1)在t0.06 s时刻，电子打在荧光屏上的何处；(2)荧光屏上有电子打到的区间有多长？解析(1)电子经电场加速满足qU0mv2，经电场偏转后侧移量yat2，所以y，由图知t0.06 s时刻U偏1.8U0，所以y4.5 cm.设打在屏上的点距O点的距离为Y，满足，所以Y13.5 cm.(2)由题意知电子侧移量y的最大值为，所以当偏转电压超过2U0，电子就打不到荧光屏上了，所以荧光屏上电子能打到的区间长为3L30 cm.答案(1)打在屏上的点位于O点上方，距O点13.5 cm(2)30 cm(1)注意电场的大小、方向是做周期变化的(2)电子穿越平行板的时间极短，认为电压是不变的(3)当U0时，电子向上偏转，U0时，电子向下偏转，因此荧光屏上电子能打到的区间是关于点O对称的在如图甲所示平行板电容器A、B两板上加上如图乙所示的交变电压，开始B板的电势比A板高，这时两板中间原来静止的电子在电场力作用下开始运动，设电子在运动中不与极板发生碰撞，则下述说法正确的是(不计电子重力)()A电子先向A板运动，然后向B板运动，再返回A板做周期性往复运动B电子一直向A板运动C电子一直向B板运动D电子先向B板运动，然后向A板运动，再返回B板做周期性往复运动C由运动学和动力学规律画出如图所示的vt图像可知，电子一直向B板运动，C正确1(多选)如图所示，a、b、c为电场中同一条水平方向电场线上的三点，c为ab的中点a、b电势分别为a5 V，b3 V，下列叙述中正确的是()Aa点处的场强Ea一定大于b点处的场强EbB一正电荷运动到c点时受到的电场力由a指向cC一负电荷在a点的电势能一定大于在c点的电势能D一正电荷从c点运动到b点电势能一定减少BD一条电场线无法比较电场线的疏密，就无法比较场强的大小，则a点处的场强Ea不一定大于b点处的场强Eb，故选项A错误；由题意可判断电场线方向从a指向b，正电荷运动到c点时受到的电场力由a指向c，故选项B正确；由题意知acb0，Epq，所以负电荷在a点的电势能小于在c点的电势能，正电荷从c点运动到b点电势能一定减少，故C错误，D正确2(多选)如图所示为某静电场等势面的分布情况，电荷量为1.6109 C的正电荷从A到B静电力做功W1，从B到C静电力做功W2，从C到D静电力做功W3，若从A直接到D静电力做功W4，则()AW13.2108 JBW21.6108 JCW33.2108 JDW44.8108 JBD静电力做功与电荷运动的路径无关，只与电荷的起始位置和终止位置有关从A到B，静电力对电荷做的功为W1qUABq(AB)1.6109(4020) J3.2108 J，选项A错误；同理可得选项B、D正确，C错误3如图所示，匀强电场中有一个以O为圆心、半径为R的圆，电场方向与圆所在平面平行，A、O两点电势差为U，一带正电的粒子在该电场中运动，经A、B两点时速度方向沿圆的切线方向，速度大小均为v0，粒子只受电场力，则下列说法正确的是()A粒子从A到B的运动过程中，动能先增大后减小B圆周上电势最高的点与O点的电势差为UC粒子在A、B间做圆周运动D匀强电场的电场强度EB带电粒子仅在电场力作用下运动，由于粒子在A、B两点动能相等，则电势能也相等对于匀强电场，AB连线为等势线根据等势面与电场线垂直的特性，从而画出电场线CO，如图所示粒子所受的电场力沿着CO方向，因此粒子从A到B做类平抛运动，选项C错误速度方向与电场力方向夹角先大于90后小于90，电场力对于运动来说先是阻力后是动力，所以动能先减小后增大，选项A错误匀强电场的电场强度E，由几何关系可知，dR，所以E，选项D错误圆周上，电势最高的点与O点的电势差为UmERU，选项B正确4.(多选)如图所示，A、B、C是匀强电场中平行于电场线的某一平面上的三个点，各点的电势分别为A5 V，B2 V，C3 V，H、F三等分AB，G为AC的中点，在下列各示意图中，能正确表示该电场强度方向的是()ABCDBCAC连线不是等势线，其垂线就不是电场线，故A错误A、C中点G的电势：G V4 V将A、B两点连线的线段三等分，在图B中，H点的电势为4 V，因此H点与G点的连线为等势线，根据电场线与等势线垂直，且指向低电势处，可知与GH线垂直的直线即为电场线，故B正确；在图C中，F点的电势为3 V，因此F点与C点的连线为等势线，根据电场线与等势线垂直，且指向低电势处，可知与CF线垂直的直线即为电场线，故C正确；BC连线不是等势线，其垂线就不是电场线，故D错误5如图所示，在某一空间范围很大的水平向右的匀强电场中，一个