第2章 专题：带电粒子在交变电场中的运动 课件(共18张PPT)高一物理鲁科版（2019）必修三

(共18张PPT)
第2章　电势能与电势差
专题：带电粒子在交变电场中的运动
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学会分析带电粒子在交变电场中的曲线运动。
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学会分析带电粒子在交变电场中的直线运动。
难点
重难点
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。
观察与思考
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
√
√
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。
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。
(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。
总结提升
2.(多选)(2022·福建三明一中高二月考)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
√
√
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用，电子向右做匀减速直线运动；之后重复前面的运动，所以电子一直向右做单向的直线运动，直到打在右板上，故A错误，B正确；
若两板间距大于电子在 ～ 向右运动的最远距离，则电子在两板间往复运动；若两板间距小于电子向右运动的最远距离，则电子将打到右极板上，故C正确；
t＝ 时刻释放电子，电子先向右运动，后向左运动，由于一个周期内向左运动的位移大于向右运动的位移，若 T～ T内电子向右运动的距离小于极板间距离，则电子最终一定从左极板的小孔离开电场，即不会打到右极板，故D错误。
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。
观察与思考
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
√
√
能从板间射出的粒子在板间运动的时间均为t＝ ，则任意时刻射入的粒子若能射出电场，则射出电场时沿电场方向的速度均为0，可知射出电场时粒子的动能均为 mv02，选项B错误；