高中物理 第1章 第9節(jié) 第1課時 帶電粒子在電場中的加速和偏轉(zhuǎn)課件 新人教版選修3-1

1、第第9節(jié)帶電粒子在電場中的運動節(jié)帶電粒子在電場中的運動第第1課時帶電粒子在電場中的加速和偏轉(zhuǎn)課時帶電粒子在電場中的加速和偏轉(zhuǎn)1學(xué)習(xí)運用靜電力、電場強度等概念研究帶電學(xué)習(xí)運用靜電力、電場強度等概念研究帶電粒子在電場中運動時的加速度、速度和位移等物理量粒子在電場中運動時的加速度、速度和位移等物理量的變化的變化2學(xué)習(xí)運用靜電力做功、電勢、電勢差、等勢學(xué)習(xí)運用靜電力做功、電勢、電勢差、等勢面等概念研究帶電粒子在電場中運動時的能量轉(zhuǎn)化面等概念研究帶電粒子在電場中運動時的能量轉(zhuǎn)化要點一帶電粒子在電場中的加速要點一帶電粒子在電場中的加速1電場中的帶電粒子的分類電場中的帶電粒子的分類(1)帶電的基本粒子：如電

2、子、質(zhì)子、帶電的基本粒子：如電子、質(zhì)子、粒子、正離粒子、正離子、負離子等，這些粒子所受重力和電場力相比要小得子、負離子等，這些粒子所受重力和電場力相比要小得多，除非有特別的說明或明確的標示，一般都不考慮重多，除非有特別的說明或明確的標示，一般都不考慮重力力(但并不能忽略質(zhì)量但并不能忽略質(zhì)量)(2)帶電微粒：如帶電小球、液滴、塵埃等，除非有帶電微粒：如帶電小球、液滴、塵埃等，除非有特別的說明或明確的標示，一般都要考慮重力某些帶特別的說明或明確的標示，一般都要考慮重力某些帶電體是否考慮重力，要根據(jù)題目說明或運動狀態(tài)來判電體是否考慮重力，要根據(jù)題目說明或運動狀態(tài)來判定定 (1)對帶電粒子進行受力分析

3、，運動特點分析、做功對帶電粒子進行受力分析，運動特點分析、做功情況分析是選擇規(guī)律進行解題的關(guān)鍵情況分析是選擇規(guī)律進行解題的關(guān)鍵(2)選擇解題的方法時優(yōu)先從功能關(guān)系角度考慮，因選擇解題的方法時優(yōu)先從功能關(guān)系角度考慮，因為應(yīng)用功能關(guān)系列式簡單、方便、不易出錯為應(yīng)用功能關(guān)系列式簡單、方便、不易出錯要點二帶電粒子在電場中的偏轉(zhuǎn)要點二帶電粒子在電場中的偏轉(zhuǎn)1運動狀態(tài)分析運動狀態(tài)分析如圖所示，電子以速度如圖所示，電子以速度v0垂直于電場線方向飛入勻強垂直于電場線方向飛入勻強電場時，由于質(zhì)量電場時，由于質(zhì)量m很小，所以重力比電場力小得多，重很小，所以重力比電場力小得多，重力可忽略不計電子只受到恒定的與初速度

4、方向成力可忽略不計電子只受到恒定的與初速度方向成90角角的電場力作用而做勻變速曲線運動，類似于力學(xué)中的平拋的電場力作用而做勻變速曲線運動，類似于力學(xué)中的平拋運動運動(軌跡為拋物線軌跡為拋物線)3偏轉(zhuǎn)運動的分析處理方法偏轉(zhuǎn)運動的分析處理方法平拋運動的研究方法是運動的合成和分解，帶電粒子平拋運動的研究方法是運動的合成和分解，帶電粒子垂直進入電場中的運動也可采用運動的合成和分解的方法垂直進入電場中的運動也可采用運動的合成和分解的方法進行若帶電粒子僅受電場力作用以初速進行若帶電粒子僅受電場力作用以初速v0垂直進入勻強垂直進入勻強電場，則做類平拋運動，分析時一般都是分解為兩個方向電場，則做類平拋運動，分

5、析時一般都是分解為兩個方向的分運動來處理的分運動來處理(1)沿初速度方向為速度為沿初速度方向為速度為v0的勻速直線運動；的勻速直線運動；(2)沿電場力方向為初速度為零的勻加速運動沿電場力方向為初速度為零的勻加速運動4對粒子的偏移量和偏轉(zhuǎn)角的討論對粒子的偏移量和偏轉(zhuǎn)角的討論如圖所示，水平方向如圖所示，水平方向Lv0t，則粒子在電場中的運動，則粒子在電場中的運動時間時間tL/v0(1)時間相等是兩個方向分運動間聯(lián)系的橋梁時間相等是兩個方向分運動間聯(lián)系的橋梁(2)若帶電粒子除受電場力作用之外，還受到重力作若帶電粒子除受電場力作用之外，還受到重力作用或其他恒力作用，則同樣要分解成兩個不同方向的簡單用或

6、其他恒力作用，則同樣要分解成兩個不同方向的簡單的直線運動來處理的直線運動來處理(3)如選用動能定理，則要分清有多少個力做功，是如選用動能定理，則要分清有多少個力做功，是恒力還是變力，以及初態(tài)和末態(tài)的動能增量；如選用能量恒力還是變力，以及初態(tài)和末態(tài)的動能增量；如選用能量守恒定律，則要分清有多少種形式的能在轉(zhuǎn)化，哪種能量守恒定律，則要分清有多少種形式的能在轉(zhuǎn)化，哪種能量是增加的哪種能量是減少的是增加的哪種能量是減少的(4)若以相同的初動能若以相同的初動能Ek0進入同一個偏轉(zhuǎn)電場，只要進入同一個偏轉(zhuǎn)電場，只要q相同，不論相同，不論m是否相同，則偏轉(zhuǎn)距離是否相同，則偏轉(zhuǎn)距離y和偏轉(zhuǎn)角和偏轉(zhuǎn)角相同相同(

7、5)不同的帶電粒子經(jīng)同一加速電場加速后不同的帶電粒子經(jīng)同一加速電場加速后(即加速電即加速電壓壓U相同相同)，進入同一偏轉(zhuǎn)電場，則偏轉(zhuǎn)距離，進入同一偏轉(zhuǎn)電場，則偏轉(zhuǎn)距離y和偏轉(zhuǎn)角和偏轉(zhuǎn)角相相同同對帶電粒子在電場中的偏轉(zhuǎn)問題也可以選擇動能定理對帶電粒子在電場中的偏轉(zhuǎn)問題也可以選擇動能定理求解，但只能求出速度大小，不能求出速度方向，涉及到求解，但只能求出速度大小，不能求出速度方向，涉及到方向問題，必須采用把運動分解的方法方向問題，必須采用把運動分解的方法反射式速調(diào)管是常用的微波器件之一，它利反射式速調(diào)管是常用的微波器件之一，它利用電子團在電場中的振蕩來產(chǎn)生微波，其振蕩原理與下述用電子團在電場中的振蕩

8、來產(chǎn)生微波，其振蕩原理與下述過程類似如圖所示，在虛線過程類似如圖所示，在虛線MN兩側(cè)分別存在著方向相兩側(cè)分別存在著方向相反的兩個勻強電場，一帶電微粒從反的兩個勻強電場，一帶電微粒從A點由靜止開始，在電點由靜止開始，在電場力作用下沿直線在場力作用下沿直線在A、B兩點間往返運動兩點間往返運動題題 型型 1 1帶電粒子在電場中的加速帶電粒子在電場中的加速已知電場強度的大小分別是已知電場強度的大小分別是E12.0103 N/C和和E24.0103 N/C，方向如圖所示，帶電微粒質(zhì)量，方向如圖所示，帶電微粒質(zhì)量m1.01020 kg，帶電量，帶電量q1.0109 C，A點距虛線點距虛線MN的距離的距離d

9、11.0 cm，不計帶電微粒的重力，忽略相對論效，不計帶電微粒的重力，忽略相對論效應(yīng)求：應(yīng)求：(1)B點距虛線點距虛線MN的距離的距離d2；( 2 ) 帶 電 微 粒 從帶 電 微 粒 從 A 點 運 動 到點 運 動 到 B 點 所點 所 經(jīng)歷的時間經(jīng)歷的時間t.【答案】【答案】(1)0.50 cm(2)1.5108 s【方法總結(jié)方法總結(jié)】分析粒子在電場中運動的三種視角：分析粒子在電場中運動的三種視角：(1)力和運動的關(guān)系：分析帶電體的受力情況，確定力和運動的關(guān)系：分析帶電體的受力情況，確定帶電體的運動性質(zhì)和運動軌跡，從力和運動的角度進行分帶電體的運動性質(zhì)和運動軌跡，從力和運動的角度進行分析

10、析(2)分解的思想：把曲線運動分解為兩個直線運動進分解的思想：把曲線運動分解為兩個直線運動進行分析行分析(3)功能關(guān)系：利用動能定理或能量守恒分析求解功能關(guān)系：利用動能定理或能量守恒分析求解(2014雅安模擬雅安模擬)如圖所示，在如圖所示，在真空中真空中A、B兩塊平行金屬板豎直放置并接入電路調(diào)節(jié)兩塊平行金屬板豎直放置并接入電路調(diào)節(jié)滑動變阻器，使滑動變阻器，使A、B兩板間的電壓為兩板間的電壓為U時，一質(zhì)量為時，一質(zhì)量為m，電荷量為，電荷量為q的帶電粒子，以初速度的帶電粒子，以初速度v0從從A板上的中板上的中心小孔沿垂直兩板的方向射入電場中，恰從心小孔沿垂直兩板的方向射入電場中，恰從A、B兩板的兩

11、板的中點處沿原路返回中點處沿原路返回(不計重力不計重力)，則下列說法正確的是，則下列說法正確的是()變式訓(xùn)練變式訓(xùn)練 1-1A使初速度變?yōu)槭钩跛俣茸優(yōu)?v0時，帶電粒子恰能到達時，帶電粒子恰能到達B板板B使初速度變?yōu)槭钩跛俣茸優(yōu)?v0時，帶電粒子將從時，帶電粒子將從B板中心小孔板中心小孔射出射出C使初速度使初速度v0和電壓和電壓U都增加為原來的都增加為原來的2倍時，帶電倍時，帶電粒子恰能到達粒子恰能到達B板板D使初速度使初速度v0和電壓和電壓U都增加為原來的都增加為原來的2倍時，帶電倍時，帶電粒子將從粒子將從B板中心小孔射出板中心小孔射出答案：答案：BC電子從靜止出發(fā)被電子從靜止出發(fā)被1 00

12、0 V的電壓加速，然的電壓加速，然后進入另一個電場強度為后進入另一個電場強度為5 000 N/C的勻強偏轉(zhuǎn)電場，進的勻強偏轉(zhuǎn)電場，進入時的速度方向與偏轉(zhuǎn)電場的方向垂直已知偏轉(zhuǎn)電極長入時的速度方向與偏轉(zhuǎn)電場的方向垂直已知偏轉(zhuǎn)電極長6 cm，求電子離開偏轉(zhuǎn)電場時的速度及其與進入偏轉(zhuǎn)電場，求電子離開偏轉(zhuǎn)電場時的速度及其與進入偏轉(zhuǎn)電場時的速度方向之間的夾角時的速度方向之間的夾角題題 型型 2 2 帶電粒子的偏轉(zhuǎn)問題帶電粒子的偏轉(zhuǎn)問題【答案】【答案】1.9107 m/s夾角為夾角為832【方法總結(jié)方法總結(jié)】(1)處理帶電粒子在電場中偏轉(zhuǎn)問題應(yīng)認真分析帶電處理帶電粒子在電場中偏轉(zhuǎn)問題應(yīng)認真分析帶電粒子的運

13、動情況粒子的運動情況(2)解決帶電粒子在電場中的偏轉(zhuǎn)問題可以選擇動能解決帶電粒子在電場中的偏轉(zhuǎn)問題可以選擇動能定理求解定理求解(3)當需要確定帶電粒子離開電場時的速度方向、位當需要確定帶電粒子離開電場時的速度方向、位移方向時，必須將運動進行分解，即分解為沿初速度方向移方向時，必須將運動進行分解，即分解為沿初速度方向的勻速直線運動和沿靜電力方向的初速度為零的勻加速直的勻速直線運動和沿靜電力方向的初速度為零的勻加速直線運動線運動(2015常德匯文中學(xué)期中常德匯文中學(xué)期中)如圖如圖所示，帶電量之比為所示，帶電量之比為qA qB1 3的帶電粒子的帶電粒子A、B，先，先后以相同的速度從同一點射入平行板電

14、容器中，不計重后以相同的速度從同一點射入平行板電容器中，不計重力，帶電粒子偏轉(zhuǎn)后打在同一極板上，水平飛行距離之力，帶電粒子偏轉(zhuǎn)后打在同一極板上，水平飛行距離之比為比為xA xB2 1，則帶電粒子的質(zhì)量之比，則帶電粒子的質(zhì)量之比mA mB以及以及在電場中飛行時間之比在電場中飛行時間之比tA tB分別為分別為()A1 1,2 3B2 1,3 2C1 1,3 4D4 3,2 1變式訓(xùn)練變式訓(xùn)練 2-1答案：答案：D1下列粒子從初速度為零的狀態(tài)經(jīng)電壓下列粒子從初速度為零的狀態(tài)經(jīng)電壓U的電場加的電場加速后，粒子速度最大的是速后，粒子速度最大的是()A質(zhì)子質(zhì)子 B氘核氘核C粒子粒子D鈉離子鈉離子答案：答案

15、：A2(2015正定中學(xué)高二月考正定中學(xué)高二月考)圖中的圖中的A、B是兩塊金是兩塊金屬板，分別與高壓直流電源的正負極相連一個電荷量為屬板，分別與高壓直流電源的正負極相連一個電荷量為q、質(zhì)量為、質(zhì)量為m的帶正電的點電荷自貼近的帶正電的點電荷自貼近A板處靜止釋放板處靜止釋放(不不計重力作用計重力作用)已知當已知當A、B兩板平行、兩板間的面積很大兩板平行、兩板間的面積很大且兩板間的距離較小時，它剛到達且兩板間的距離較小時，它剛到達B板時的速度為板時的速度為v0.在下在下列情況下用列情況下用v表示點電荷剛到達表示點電荷剛到達B板時的速度板時的速度()A若兩板不平行，則若兩板不平行，則vv0B若若A板面

16、積很小，板面積很小，B板面積很大，則板面積很大，則vv0C若若A、B兩板間的距離很大，則兩板間的距離很大，則vv0D不論不論A、B兩板是否平行、兩板面積大小及兩板兩板是否平行、兩板面積大小及兩板間距離多少間距離多少v都等于都等于v0答案：答案：D3(2014甘肅模擬甘肅模擬)某同學(xué)設(shè)計了一種靜電除塵裝某同學(xué)設(shè)計了一種靜電除塵裝置，如圖置，如圖1所示，其中有一長為所示，其中有一長為L、寬為、寬為b、高為、高為d的矩形的矩形通道，其前、后面板為絕緣材料，上、下面板為金屬材通道，其前、后面板為絕緣材料，上、下面板為金屬材料圖料圖2是裝置的截面圖，上、下兩板與電壓恒定為是裝置的截面圖，上、下兩板與電壓恒定為U的的高壓直流電源相連帶負電的塵埃被吸入矩形通道的水平高壓直流電源相連帶負電的塵埃被吸入矩