第十章　专题强化　带电粒子在交变电场中的运动 高中物理人教版（2019）必修第三册（课件 教案 学案 练习四份打包）

专题强化　带电粒子在交变电场中的运动 [学习目标]　1.学会分析带电粒子在交变电场中的直线运动(重点)。2.学会分析带电粒子在交变电场中的曲线运动(重难点)。 一、带电粒子在交变电场中的直线运动 1．交变电场 电场强度的大小和方向随时间做周期性变化的电场叫作交变电场(常见的产生交变电场的电压波形有方形波、锯齿波、正弦波等)。 2．带电粒子在电场中做直线运动的条件 带电粒子进入电场时初速度为零，或初速度方向与电场方向平行，带电粒子在交变静电力的作用下，做加速、减速交替的直线运动。 例1　如图甲所示，A、B是一对平行的金属板，一电子静止在两板中间，t＝0时刻在两极板间加上如图乙所示周期为T的交变电压UBA，已知电子的质量为m、电荷量为e，两板间的距离为d，电子在运动过程中不与极板发生碰撞，设电子向B板运动方向为正方向。 (1)试在图(a)中作出电子的加速度随时间变化的图像。 　 (2)试在图(b)中作出电子的速度随时间变化的图像。(不用计算最大速度) (3)下列关于电子运动情况的说法正确的是_____。 A．电子一直向A板运动 B．电子一直向B板运动 C．电子先向A板运动，然后向B板运动，再返回出发点做周期性来回运动 D．电子先向B板运动，然后向A板运动，再返回出发点做周期性来回运动 答案　(1)见解析图a　(2)见解析图b　(3)B 解析　开始时B板的电势比A板高，电子受到向左的静电力，向B板做初速度为零的匀加速直线运动，时刻后电场方向改变，静电力方向与运动方向相反，电子做匀减速直线运动，T时刻，速度减为零，以后重复上述过程，由运动学和动力学规律画出如图b所示的v－t图像；由电子的v－t图像可知，电子一直向B板运动。 　 拓展1　若两金属板加上如图丙所示的交变电压，电子的运动情况为(　　) A．电子一直向A板运动 B．电子一直向B板运动 C．电子先向A板运动，然后向B板运动，再返回出发点做周期性来回运动 D．电子先向B板运动，然后向A板运动，再返回出发点做周期性来回运动 答案　D 解析　根据a＝，作出电子a－t图像，如图c所示，在0～内电子做匀加速直线运动，T时速度最大，T～T做匀减速直线运动，T时速度减为零，T～T反向做匀加速直线运动，T时速度最大，T～T做匀减速直线运动，T时速度减为零，回到出发点，然后重复往返运动，其v－t图像如图d所示，故选D。 拓展2　若两极板加上如图丁所示的交变电压，电子的运动情况可能为(　　) A．电子一直向A板运动 B．电子一直向B板运动 C．电子时而向A板运动，时而向B板运动，最后打在A板上 D．电子时而向A板运动，时而向B板运动，最后打在B板上 答案　C 解决带电粒子在交变电场中直线运动问题的思路 (1)通常将U－t图像、E－t图像、φ－t图像等转化为a－t图像，进一步绘制出v－t图像，可将复杂的运动过程直观地描述出来。 (2)判断粒子一直向某一方向运动，还是做往复运动，关键是判断粒子的速度为零后加速度的方向，若加速度的方向与原来速度方向相同，粒子将继续向同一方向运动，若粒子加速度方向与原来运动方向相反，粒子将向反方向运动。 二、带电粒子在交变电场中的曲线运动 例2　如图甲所示，两平行金属板MN、PQ的板长和板间距离相等，板间存在如图乙所示的随时间做周期性变化的电场，周期为T，电场方向与两板垂直，不计重力的带电粒子沿板间中线OO′垂直电场方向源源不断地射入电场，粒子射入电场时的初速度大小均为v0，已知t＝0时刻射入电场的粒子刚好经时间T沿上板右边缘垂直电场方向射出电场。不计粒子间的相互作用，请分析以下情况： (1)粒子在0～T内，沿电场方向的运动情况： 由题意得0～时间内，在沿电场方向上，粒子做_____运动，t＝时刻，vy_____，～T时间内，粒子做_____，t＝T时刻，vy＝_____。画出沿电场方向的分速度vy－t图像。 (2)粒子离 ... ...