2026届高考物理一轮复习课件 第九章 第5讲 小专题 带电粒子在交变电场中的运动

这是一份2026届高考物理一轮复习课件 第九章 第5讲 小专题 带电粒子在交变电场中的运动，共40页。PPT课件主要包含了考点一，题后反思，考点二，ACD，规范答题，满分60分，课时作业，基础对点练，综合提升练等内容，欢迎下载使用。
带电粒子在交变电场中的直线运动
1.常见的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.思维方法从两条思路出发:一是力和运动的关系,根据牛顿第二定律及运动学规律分析;二是功能关系。
3.解题技巧(1)按周期性分段研究。
[例1] 【单向直线运动模型】 (2024·江苏苏州期末)如图甲所示,某多级直线加速器由多个横截面积相同的金属圆筒依次排列,其中心轴线在同一直线上,序号为奇数和偶数的圆筒分别与图乙所示交流电源两极相连。t=0时,位于金属圆板(序号为0)中央的电子,由静止开始加速。电子通过圆筒间隙的时间不计,且忽略相对论效应,则(　　)
[例2] 【往返直线运动模型】(2024·陕西西安阶段检测)(多选)接在平行板电容器A、B两极板的电压随时间变化关系图像如图所示,两板间距足够大,一质量为m、带电量为+q的粒子(不计重力),开始时静止在两极板中央,从某时刻由静止释放,关于带电粒子的运动,下列描述正确的是(　 　)
[A] 若从0时刻由静止释放,粒子一直向右运动[B] 若从0时刻由静止释放,粒子先向右后向左做往复性的运动
【解析】 从0时刻释放粒子,根据静止粒子所受电场力方向及作用时间,画出粒子的v-t图像如图甲所示(取向右为正方向),
由图乙可知,粒子在电场力的作用下,时而右,时而左,一个周期内向左运动的位移大于向右运动的位移,所以每个周期都会向左移动一定距离,故C正确,D错误。
作速度—时间图像时的注意点
(1)带电粒子进入电场的时刻。(2)速度—时间图像的斜率表示加速度,因此加速度相同的运动图像一定是平行的直线。(3)图线与时间轴围成的“面积”表示位移,且在横轴上方所围成的“面积”为正,在横轴下方所围成的“面积”为负。(4)注意对称性和周期性变化关系的应用。(5)图线与横轴有交点,表示此时速度为零;对于运动很复杂,不容易画出速度—时间图像的问题,还应逐段分析求解。
带电粒子在交变电场中的偏转
1.当粒子垂直于交变电场(通常只讨论电压大小不变、方向周期性变化的情形)方向射入时,沿初速度方向的分运动为匀速直线运动,沿电场方向的分运动具有周期性。2.研究带电粒子在交变电场中的运动,关键是根据电场变化的特点,利用牛顿第二定律正确地判断粒子的运动情况。根据电场的变化情况,分段求解带电粒子运动的末速度、位移等。
3.注重全面分析(分析受力特点和运动规律):抓住粒子运动时间上的周期性和空间上的对称性,求解粒子运动过程中的速度、位移、做功或确定与物理过程相关的临界条件。4.对于锯齿波和正弦波等电压产生的交变电场,若粒子穿过板间的时间极短,带电粒子穿过电场时可认为是在匀强电场中运动。
(1)离子穿过B板狭缝时的速度大小;
【答案】 (1)4×104 m/s
(2)C、D板间电压为U1=400 V时,离子离开C、D板时的速度与水平方向夹角(即速度偏向角)的正切值;
(3)离子打在屏上的区域面积S。
【答案】 (3)4×10-3 m2
【解析】 (3)设粒子在运动过程中的加速度大小为a,离开偏转电场时偏转距离为y,沿电场方向的速度为vy,速度偏转角为θ,其反向延长线通过O点,O点与板右端的水平距离为x,如图所示,
对点1.带电粒子在交变电场中的直线运动
1.(4分)(2024·重庆期末)如图所示,从F处释放一个无初速的电子向B板方向运动,则下列对电子运动的描述错误的是(电子电量为e,电源电动势为E)(　　)[A] 电子到达B板时的动能是eE[B] 电子从B板到达C板动能变化量为零[C] 电子到达D板时动能是3eE[D] 电子在A板和D板之间做往复运动
【解析】 从A板释放的电子,到达B板时所获得的动能等于电场力做的功,即W=qU=eE,故A不符合题意;B、C间没有电场,所以电子在此处做匀速直线运动,则动能的变化量为零,故B不符合题意;电子从A到D的过程,根据动能定理得eE-eE=EkD-0,则电子到达D板时动能EkD=0,故C符合题意;电子在A板和D板之间先加速后匀速再减速,反向先加速后匀速再减速,做往复运动,故D不符合题意。
2.(6分)(2024·四川遂宁期末)(多选)如图甲所示,在两平行金属板间加有一交变电场,两极板间可以认为是匀强电场,当t=0时,一带电粒子从左侧极板附近开始运动,其速度随时间变化关系如图乙所示。带电粒子经过4T时间恰好到达右侧极板(带电粒子的质量m、电量q、速度最大值vm、周期T为已知量),下列说法正确的是(　 　)[A] 带电粒子在两板间做往复运动,周期为T[B] 两板间距离d=2vmT
3.(6分)(2024·云南曲靖模拟)(多选)如图甲所示,在竖直放置、距离足够大的两平行金属板中央有一个静止的电子(不计重力),规定水平向左为正方向。当两板间加上如图乙所示的交流电压后,下列图像中能正确反映电子受到的电场力F、位移x、动量p和动能Ek四个物理量随时间变化规律的是(　 　)
[A] [B] [C] [D]
4.(4分)如图甲所示,一电子以v0的初速度沿平行金属板的轴线射入金属板空间。从电子射入的时刻开始在金属板间加如图乙所示的交变电压,假设电子能穿过平行金属板。下列说法正确的是(　　)[A] 电子只可能从轴线到上极板之间的空间射出(不包括轴线)[B] 电子只可能从轴线到下极板之间的空间射出(不包括轴线)[C] 电子可能从轴线到上极板之间的空间射出,也可能沿轴线方向射出[D] 电子射出后动能一定增大
对点2.带电粒子在交变电场中的偏转
【解析】 将电子的运动沿水平方向和竖直方向正交分解,竖直方向仅在电场力作用下做变速直线运动,水平方向做匀速运动,故经过电场区域的时间是一定的,竖直方向在电场力的作用下做变速运动,在交变电流的一个周期内,竖直分位移为零;当电子在电场中运动的时间恰好等于在A、B板间所加交变电压周期的整数倍时,电子可沿轴线射出,故A、B错误,C正确;当电子恰好沿轴线射出时,电子速度不变,其动能也不变,故D错误。
(1)求从金属板P、Q右侧射出的粒子的最大速度的大小(结果可用分式或根号表示)。
(2)以t=0时(如图乙,此时UPQ=0)水平向右入射的粒子打到筒上的点作为xOy坐标系(竖直向上为y轴正方向,垂直竖直轴沿筒转动反方向为x轴正方向)的原点,求打到圆筒上最高点的粒子对应的位置坐标。
【答案】 (2)(3 cm,10 cm)
6.(4分)(2024·河北石家庄阶段练习)粗糙绝缘的水平桌面上,有两块竖直平行相对而立的金属板A、B。板间桌面上静止着带正电的物块,如图甲所示,当两金属板加图乙所示的交变电压时,设直到t1时刻物块才开始运动,最大静摩擦力与滑动摩擦力可认为相等,则(　　)[A] 在0～t1时间内,物块受到的摩擦力逐渐增大,方向水平向右[B] 在t1～t3时间内,物块受到的摩擦力先逐渐增大,后逐渐减小[C] t3时刻物块的速度最大[D] t4时刻物块的速度最大
7.(18分)如图甲所示,在平面直角坐标系xOy的第一象限中存在竖直向下的匀强电场,电场强度大小为E;第二象限中存在水平向右的匀强电场,电场强度大小也为E;第四象限中存在竖直向上的匀强电场,电场强度大小为2E。一质量为m、电荷量为q的正离子从A点由静止释放,A点位置坐标为(-d,d),不计该离子的重力。
(1)求离子第一次通过y轴时的速度大小;
(2)求离子第二次通过x轴时的位置坐标;
【答案】 (2)(4d,0)
【答案】 (3)(13d,0)