专题强化6　带电粒子在交变电场中的运动（课件 学案 练习，3份打包）鲁科版（2019）必修 第三册

专题强化6　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．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．此类问题中，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，带电粒子在交变电场静电力的作用下，做加速、减速交替的直线运动。 3．该问题通常用动力学知识分析求解。重点分析各段时间内的加速度、运动性质。 例1　(多选)如图甲所示，平行金属板中央有一个静止的电子(不计重力)，两板间距离足够大。当两板间加上如图乙所示的交变电压后，选项中的图像，反映电子速度v、位移s和加速度a三个物理量随时间t的变化规律可能正确的是(　　) (1)分段分析：按照时间的先后，分阶段分析粒子在不同电场中的受力情况和运动情况，然后利用牛顿运动定律、运动学规律或功能关系求解相关问题。 (2)v－t图像辅助：带电粒子在交变电场中运动情况一般比较复杂，常规的分段分析很麻烦。较好的方法是在分段分析粒子受力的情况下，画出粒子的v－t图像，画图时，注意加速度相同的v－t图线是平行的直线，图像与横坐标轴所围图形的面积表示位移，图像与t轴的交点，表示此时速度方向发生改变。 例2　(多选)(2024·成都市简阳实验学校高二期中)如图所示，两平行金属板竖直放置，左极板接地，中间有小孔。右极板电势随时间变化的规律如图所示。电子原来静止在左极板小孔处(不计重力作用)。下列说法中正确的是(　　) A．从t＝0时刻静止释放电子，电子可能在两板间往复运动 B．从t＝0时刻静止释放电子，电子将始终向右运动，直到打到右极板上 C．从t＝时刻静止释放电子，电子可能在两板间往复运动，也可能打到右极板上 D．从t＝时刻静止释放电子，电子必将打到右极板上 二、带电粒子在交变电场中的曲线运动 若带电粒子以一定的初速度垂直于电场方向进入交变电场，粒子将做曲线运动，应运用运动的独立性，分方向对粒子的运动进行分析： (1)在初速度方向上，粒子做匀速直线运动。 (2)在垂直初速度方向上 ①若带电粒子的初速度很大，粒子通过交变电场时所用时间极短，粒子在该段时间内电场几乎不变，可认为粒子所受静电力为恒力。 ②若带电粒子的初速度较小，粒子通过交变电场时所用时间较长，粒子将在此方向上做加速、减速交替的运动，可利用vy－t图像分析在此方向上的速度、位移。 例3　(多选)如图甲所示，长为8d、间距为d的平行金属板水平放置，O点有一粒子源，O点到两极板的距离相同，能持续水平向右发射初速度为v0、电荷量为q(q>0)、质量为m的粒子，在两板间存在如图乙所示的交变电场，取竖直向下为正方向，不计粒子重力，下列说法正确的是(　　) A．粒子在电场中运动的最短时间为 B．射出粒子的最大动能为mv02 C．t＝时刻射入的粒子，从O′点射出 D．t＝时刻射入的粒子，从O′点射出 专题强化6　带电粒子在交变电场中的运动 例1　AD　[在平行金属板之间加上题图乙所示的周期性变化的电压时，因为电子在平行金属板间所受的静电力F＝，所以电子所受的静电力大小不变，而方向随时间做周期性变化。由牛顿第二定律F＝ma可知，电子在第一个内向B板做匀加速直线运动，在第二个内向B板做匀减速直线运动，在第三个内向A板做匀加速直线运动，在第四个内向A板做匀减速直线运动。所以a－t图像如图(a)所示，v－t图像如图(b)所示，又因匀变速直线运动的位移s＝v0t＋at2，所以s－t图像应是曲线，故A、D正确。] 例2　BC　[从t＝0时刻释放电子，0～，电子受到的电场力向右，电子向右做匀加速直线运动，～T，电子受到向左的电场力作 ... ...