人教版高中物理必修三 （帶電粒子在電場中的運(yùn)動(dòng)）教育教學(xué)課件

帶電粒子在電場中的運(yùn)動(dòng)

電子在加速器是受到什么力的作用而加速的呢？

+

-

適用于任何電場3.某些帶電體是否考慮重力，要根據(jù)題目暗示或運(yùn)動(dòng)狀態(tài)來判定。1.帶電的基本粒子：如電子，質(zhì)子，α粒子，正負(fù)離子等。這些粒子所受重力和電場力相比小得多，除非有說明或明確的暗示以外，一般都不考慮重力。（但并不能忽略質(zhì)量）。2.帶電微粒：如帶電小球、液滴、塵埃等。除非有說明或明確的暗示以外，一般都考慮重力。電場中的帶電粒子一般可分為兩類：

+

方法一：運(yùn)動(dòng)學(xué)方法二：動(dòng)能定理

復(fù)雜，且只適用于勻強(qiáng)電場簡單，適用于任何電場一、帶電粒子的加速

注意：求電場力做功時(shí)，電勢差應(yīng)該為初末位置的電勢差一、帶電粒子的加速二、帶電粒子的偏轉(zhuǎn)+

+

速度方向與受力方向不共線勻變速曲線運(yùn)動(dòng)受力為恒力將運(yùn)動(dòng)分解平行于極板方向：垂直于極板方向：類平拋運(yùn)動(dòng)勻速直線初速度為0的勻加速直線二、帶電粒子的偏轉(zhuǎn)平行于極板方向垂直于極板方向位移速度

二、帶電粒子的偏轉(zhuǎn)+

二、帶電粒子的偏轉(zhuǎn)+

示波器：用來觀察電信號(hào)隨時(shí)間變化的電子儀器。其核心部分是示波管三、示波管加速電壓

電子槍偏轉(zhuǎn)電極亮斑亮斑熒光屏

電子槍產(chǎn)生高速飛行的電子束

加速電壓

示波管的構(gòu)造及原理三、示波管

加速電壓

電子槍偏轉(zhuǎn)電極亮斑亮斑熒光屏

三、示波管

三、示波管加速電壓

電子槍偏轉(zhuǎn)電極亮斑亮斑熒光屏

三、示波管加速電壓

電子槍偏轉(zhuǎn)電極亮斑亮斑熒光屏

三、示波管加速電壓

電子槍偏轉(zhuǎn)電極亮斑亮斑熒光屏

三、示波管

鋸齒形掃描電壓加速電壓

電子槍偏轉(zhuǎn)電極亮斑亮斑熒光屏

鋸齒形掃描電壓

鋸齒形掃描電壓

三、示波管

鋸齒形掃描電壓

三、示波管

【答案】B

【答案】D

A．氕核B．氘核C．氚核D．一樣大

【答案】B

4.（多選）如圖，二價(jià)氦離子和質(zhì)子的混合體，經(jīng)同一加速電場加速后垂直射入同一偏轉(zhuǎn)電場中，偏轉(zhuǎn)后打在同一熒光屏上，則它們（）A．側(cè)移相同B．偏轉(zhuǎn)角相同C．到達(dá)屏上同一點(diǎn)D．到達(dá)屏上不同點(diǎn)【答案】ABC

一、粒子的加速二、粒子的偏轉(zhuǎn)三、示波管方法：動(dòng)能定理

【適用于任何電場，注意：電勢差應(yīng)該為初末位置的電勢差】方法：類平拋運(yùn)動(dòng)平行于極板方向：勻速直線垂直于極板方向：初速度為0的勻加速直線第十章靜電場中的能量5帶電粒子在電場中的運(yùn)動(dòng)

1.會(huì)分析帶電粒子在電場中的直線運(yùn)動(dòng)，掌握求解帶電粒子直線

運(yùn)動(dòng)問題的兩種方法.2.會(huì)用運(yùn)動(dòng)的合成與分解的知識(shí)，分析帶電粒子在電場中的偏轉(zhuǎn)

問題.3.了解示波管的主要構(gòu)造和工作原理.學(xué)習(xí)目標(biāo)知識(shí)梳理重點(diǎn)探究隨堂演練內(nèi)容索引NEIRONGSUOYIN課時(shí)對(duì)點(diǎn)練一、帶電粒子在電場中的加速知識(shí)梳理分析帶電粒子的加速問題有兩種思路：1.利用

定律結(jié)合勻變速直線運(yùn)動(dòng)公式分析.適用于電場是

.2.利用靜電力做功結(jié)合動(dòng)能定理分析.對(duì)于勻強(qiáng)電場和非勻強(qiáng)電場都適用，公式有qEd＝

mv2－

mv02(勻強(qiáng)電場)或qU＝

mv2－

mv02(任何電場)等.牛頓第二勻強(qiáng)電場如圖1所示，質(zhì)量為m、帶電荷量為q的粒子(忽略重力)，以初速度v0平行于兩極板進(jìn)入勻強(qiáng)電場，極板長為l，極板間距離為d，極板間電壓為U.二、帶電粒子在電場中的偏轉(zhuǎn)圖1(1)運(yùn)動(dòng)性質(zhì)：①沿初速度方向：速度為

的

運(yùn)動(dòng).②垂直v0的方向：初速度為

的勻加速直線運(yùn)動(dòng).v0勻速直線零(2)運(yùn)動(dòng)規(guī)律：①偏移距離：因?yàn)閠＝____，a＝_____，偏移距離y＝

at2＝________.②偏轉(zhuǎn)角度：因?yàn)関y＝at＝______，tanθ＝

＝_______.1.判斷下列說法的正誤.(1)帶電粒子(不計(jì)重力)在電場中由靜止釋放時(shí)，一定做勻加速直線運(yùn)動(dòng).(

)(2)對(duì)帶電粒子在電場中的運(yùn)動(dòng)，從受力的角度來看，遵循牛頓運(yùn)動(dòng)定律；從做功的角度來看，遵循能量守恒定律.(

)(3)動(dòng)能定理能分析勻強(qiáng)電場中的直線運(yùn)動(dòng)問題，不能分析非勻強(qiáng)電場中的直線運(yùn)動(dòng)問題.(

)(4)帶電粒子在勻強(qiáng)電場中偏轉(zhuǎn)時(shí)，加速度不變，粒子的運(yùn)動(dòng)是勻變速曲線運(yùn)動(dòng).(

)即學(xué)即用×√×√2.下列粒子從靜止?fàn)顟B(tài)經(jīng)過電壓為U的電場加速后速度最大的是A.質(zhì)子(H)

B.氘核(H)C.α粒子(He)

D.氚核(H)√一、帶電粒子在電場中的加速重點(diǎn)探究答案電子、質(zhì)子、α粒子在電場中所受靜電力遠(yuǎn)大于重力，故重力可忽略不計(jì).導(dǎo)學(xué)探究(1)研究電子、質(zhì)子、α粒子在電場中的運(yùn)動(dòng)時(shí)，重力能否忽略不計(jì)？(2)帶電粒子在勻強(qiáng)電場或非勻強(qiáng)電場中加速，計(jì)算末速度，分別應(yīng)用什么規(guī)律研究？答案分析帶電粒子在勻強(qiáng)電場中的加速運(yùn)動(dòng)，可以用牛頓運(yùn)動(dòng)定律結(jié)合運(yùn)動(dòng)學(xué)公式列式求解，也可以用動(dòng)能定理列式求解.分析帶電粒子在非勻強(qiáng)電場中的加速運(yùn)動(dòng)，可以用動(dòng)能定理或功能關(guān)系求解.1.帶電粒子的分類及受力特點(diǎn)(1)電子、質(zhì)子、α粒子、離子等基本粒子，一般都不考慮重力.(2)質(zhì)量較大的微粒，如帶電小球、帶電油滴、帶電顆粒等，除有說明或有明確的暗示外，處理問題時(shí)一般都不能忽略重力.知識(shí)深化2.分析帶電粒子在靜電力作用下加速運(yùn)動(dòng)的兩種方法(1)利用牛頓第二定律F＝ma和運(yùn)動(dòng)學(xué)公式，只能用來分析帶電粒子的勻變速運(yùn)動(dòng).例１

(多選)如圖2所示，電子由靜止開始從A板向B板運(yùn)動(dòng)，當(dāng)?shù)竭_(dá)B板時(shí)速度為v，保持兩板間電壓不變，則A.當(dāng)增大兩板間距離時(shí)，v也增大B.當(dāng)減小兩板間距離時(shí)，v增大C.當(dāng)改變兩板間距離時(shí)，v不變D.當(dāng)增大兩板間距離時(shí)，電子在兩板間運(yùn)動(dòng)的時(shí)間也增大√√圖2解析根據(jù)動(dòng)能定理研究電子由靜止開始從A板向B板的運(yùn)動(dòng)，列出等式：v與兩板間距無關(guān)，所以當(dāng)改變兩板間的距離時(shí)，v不變，A、B錯(cuò)，C對(duì).由此可見，當(dāng)增大兩板間的距離時(shí)，電子在兩板間的運(yùn)動(dòng)時(shí)間增大，D對(duì).二、帶電粒子在電場中的偏轉(zhuǎn)如圖3所示，質(zhì)量為m、電荷量為＋q的粒子以初速度v0垂直于電場方向射入兩極板間，兩平行板間存在方向豎直向下的勻強(qiáng)電場，已知板長為l，板間電壓為U，板間距離為d，不計(jì)粒子的重力.圖31.運(yùn)動(dòng)分析及規(guī)律應(yīng)用粒子在板間做類平拋運(yùn)動(dòng)，應(yīng)用運(yùn)動(dòng)分解的知識(shí)進(jìn)行分析處理.(1)在v0方向：做勻速直線運(yùn)動(dòng)；(2)在靜電力方向：做初速度為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng).2.過程分析如圖4所示，設(shè)粒子不與平行板相撞圖43.兩個(gè)重要推論(1)粒子從偏轉(zhuǎn)電場中射出時(shí)，其速度方向的反向延長線與初速度方向的延長線交于一點(diǎn)，此點(diǎn)為粒子沿初速度方向位移的中點(diǎn).(2)位移方向與初速度方向間夾角α的正切值為速度偏轉(zhuǎn)角θ正切值的

，即tanα＝

tanθ.4.分析粒子的偏轉(zhuǎn)問題也可以利用動(dòng)能定理，即qEy＝ΔEk，其中y為粒子在偏轉(zhuǎn)電場中沿靜電力方向的偏移量.例2

一束電子流經(jīng)U＝500V的加速電壓加速后，在距兩極板等距處垂直進(jìn)入平行板間的勻強(qiáng)電場，如圖5所示，若兩極板間距d＝1.0cm，板長l＝5.0cm.(1)要使電子能從平行板間飛出，兩個(gè)極板上最多能加多大電壓？圖5答案40V進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場后，電子在平行于板面的方向上不受力的作用，做勻速直線運(yùn)動(dòng)，l＝v0t②③(2)在保持所加最大電壓不變的情況下，將電子流改為質(zhì)子流，質(zhì)子能否從兩極板間飛出？答案質(zhì)子能從兩極板間飛出可見偏移量與粒子的電荷量和質(zhì)量均無關(guān)，所以質(zhì)子仍可從兩板間飛出.例3

(2020·吉化一中期中)一個(gè)電荷量為q＝－2×10－8C，質(zhì)量為m＝1×10－14kg的帶電粒子，由靜止經(jīng)電壓為U1＝1600V的加速電場加速后，立即沿中心線O1O2垂直進(jìn)入一個(gè)電壓為U2＝2400V的偏轉(zhuǎn)電場，然后打在垂直于O1O2放置的熒光屏上的P點(diǎn)，偏轉(zhuǎn)電場兩極板間距為d＝8cm，極板長L＝8cm，極板的右端與熒光屏之間的距離也為L＝8cm.整個(gè)裝置如圖6所示，(不計(jì)粒子的重力)求：圖6(1)粒子出加速電場時(shí)的速度v0的大??；答案8×104m/s代入數(shù)據(jù)解得v0＝8×104m/s.(2)粒子出偏轉(zhuǎn)電場時(shí)的偏移距離y；答案0.03m解析粒子進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場后做類平拋運(yùn)動(dòng)，水平方向上：L＝v0t，聯(lián)立并代入數(shù)據(jù)，解得y＝3×10－2m.(3)P點(diǎn)到O2的距離y′.答案0.09m解得y′＝3y＝0.09m.1.(帶電粒子的偏轉(zhuǎn))如圖7所示，帶電荷量之比為qA∶qB＝1∶3的帶電粒子A、B，先后以相同的速度從同一點(diǎn)水平射入平行板電容器中，不計(jì)重力，帶電粒子偏轉(zhuǎn)后打在同一極板上，水平飛行距離之比為xA∶xB＝2∶1，則帶電粒子的質(zhì)量之比mA∶mB以及在電場中飛行的時(shí)間之比tA∶tB分別為A.1∶1,2∶3 B.3∶2,2∶1C.1∶1,3∶4 D.4∶3,2∶1123隨堂演練√圖7解析粒子在水平方向上做勻速直線運(yùn)動(dòng)x＝v0t，123由于初速度相同，xA∶xB＝2∶1，所以tA∶tB＝2∶1，且yA＝y(tǒng)B，故aA∶aB＝tB2∶tA2＝1∶4.綜上所述，D項(xiàng)正確.2.(帶電粒子的偏轉(zhuǎn))(2020·安慶市期末)一勻強(qiáng)電場的方向豎直向下，t＝0時(shí)刻，一重力不計(jì)的帶正電粒子以一定初速度v0水平射入該電場中，t時(shí)刻該帶電粒子的動(dòng)能為Ek，則Ek－t關(guān)系圖像可表示為123√解析帶電粒子垂直進(jìn)入勻強(qiáng)電場后做類平拋運(yùn)動(dòng)，在沿電場方向上，向下做初速度為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng)，123則說明Ek－t關(guān)系圖像為一條拋物線，時(shí)間為零時(shí)，粒子動(dòng)能不為零，故D正確，A、B、C錯(cuò)誤.3.(帶電粒子的加速和偏轉(zhuǎn))如圖8所示，電子由靜止開始被U＝180V的電場加速，沿直線垂直進(jìn)入另一個(gè)場強(qiáng)為E＝6000V/m的勻強(qiáng)偏轉(zhuǎn)電場，而后電子從右側(cè)離開偏轉(zhuǎn)電場.已知電子比荷為

≈×1011C/kg，不計(jì)電子的重力，偏轉(zhuǎn)極板長為L＝6.0×10－2m.求：(1)電子經(jīng)過電壓U加速后的速度vx的大小；123圖8答案8×106m/s解得vx＝8×106m/s(2)電子在偏轉(zhuǎn)電場中運(yùn)動(dòng)的加速度a的大小(計(jì)算結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)；123答案1.1×1015m/s2解析電子在偏轉(zhuǎn)電場中受到豎直向下的靜電力，(3)電子離開偏轉(zhuǎn)電場時(shí)的速度方向與剛進(jìn)入該電場時(shí)的速度方向之間的夾角θ.123答案45°在豎直方向上做初速度為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng)，考點(diǎn)一帶電粒子的直線運(yùn)動(dòng)1.兩平行金屬板相距為d，電勢差為U，一電子質(zhì)量為m，電荷量為e，從O點(diǎn)沿垂直于極板的方向射出，最遠(yuǎn)到達(dá)A點(diǎn)，然后返回，如圖1所示，OA＝L，則此電子具有的初動(dòng)能是基礎(chǔ)對(duì)點(diǎn)練課時(shí)對(duì)點(diǎn)練12345678910111213圖1√解析電子從O點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到A點(diǎn)，因受靜電力作用，速度逐漸減小.12345678910111213根據(jù)題意和題圖判斷，電子僅受靜電力，不計(jì)重力.2.如圖2所示，在P板附近有一電子由靜止開始向Q板運(yùn)動(dòng)，則關(guān)于電子在兩板間的運(yùn)動(dòng)情況，下列敘述正確的是12345678910111213圖2A.兩板間距離增大，不影響加速時(shí)間B.兩板間距離越小，加速度就越大，則電子到達(dá)Q

板時(shí)的速度就越大C.電子到達(dá)Q板時(shí)的速度與板間距離無關(guān)，僅與加

速電壓有關(guān)D.電子的加速度和末速度都與板間距離無關(guān)√12345678910111213可知兩板間距離增大，加速時(shí)間增大，A錯(cuò)誤；電子到達(dá)Q板時(shí)的速度與板間距離無關(guān)，僅與加速電壓有關(guān)，B錯(cuò)誤，C正確；電子的加速度與板間距離有關(guān)，末速度與板間距離無關(guān)，D錯(cuò)誤.3.如圖3所示，一充電后的平行板電容器的兩極板相距l(xiāng).在正極板附近有一質(zhì)量為M、電荷量為q(q＞0)的粒子；在負(fù)極板附近有一質(zhì)量為m、電荷量為－q的粒子.在靜電力的作用下，兩粒子同時(shí)從靜止開始運(yùn)動(dòng).已知兩粒子同時(shí)經(jīng)過一平行于正極板且與其相距

的平面.若兩粒子間相互作用力可忽略，不計(jì)重力，則M∶m為A.3∶2B.2∶1C.5∶2D.3∶112345678910111213圖3√解析粒子僅在靜電力的作用下做初速度為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng)，12345678910111213設(shè)兩粒子經(jīng)過同一平面的時(shí)間為t，聯(lián)立可解得M∶m＝3∶2，選項(xiàng)A正確.考點(diǎn)二帶電粒子的偏轉(zhuǎn)4.如圖4所示，a、b兩個(gè)帶正電的粒子，以相同的速度先后垂直于電場線從同一點(diǎn)進(jìn)入平行板間的勻強(qiáng)電場后，a粒子打在B板的a′點(diǎn)，b粒子打在B板的b′點(diǎn)，若不計(jì)重力，則A.a的電荷量一定大于b的電荷量B.b的質(zhì)量一定大于a的質(zhì)量C.a的比荷一定大于b的比荷D.b的比荷一定大于a的比荷√12345678910111213圖4解析粒子在電場中做類平拋運(yùn)動(dòng)，123456789101112135.如圖5所示，兩極板與電源相連接，電子從負(fù)極板邊緣垂直電場方向射入勻強(qiáng)電場，且恰好從正極板邊緣飛出，現(xiàn)在使電子入射速度變?yōu)樵瓉淼?/p>

，而電子仍從原位置射入，且仍從正極板邊緣飛出，則兩極板的間距應(yīng)變?yōu)樵瓉淼腁.4倍

B.2倍

C.

D.√12345678910111213圖5解析設(shè)電子的質(zhì)量為m，初速度為v，極板的長度為L，兩極板間的距離為d，電場強(qiáng)度為E，電子做類平拋運(yùn)動(dòng)，水平方向有：L＝vt，12345678910111213若使電子入射速度變?yōu)樵瓉淼?/p>

，仍要使電子從正極板邊緣飛出，由上式可知，兩極板的間距應(yīng)變?yōu)樵瓉淼?倍.故A正確，B、C、D錯(cuò)誤.6.如圖6，噴霧器可以噴出質(zhì)量和電荷量都不盡相同的帶負(fù)電油滴.假設(shè)油滴以相同的水平速度射入接有恒定電壓的兩水平正對(duì)金屬板之間，有的沿水平直線①飛出，有的沿曲線②從板邊緣飛出，有的沿曲線③運(yùn)動(dòng)到板的中點(diǎn)上.不計(jì)空氣阻力及油滴間的相互作用，則A.沿直線①運(yùn)動(dòng)的所有油滴質(zhì)量都相等B.沿直線①運(yùn)動(dòng)的所有油滴電荷量都相等C.沿曲線②、③運(yùn)動(dòng)的油滴，運(yùn)動(dòng)時(shí)間之

比為1∶2D.沿曲線②、③運(yùn)動(dòng)的油滴，加速度大小

之比為1∶4√12345678910111213圖6解析設(shè)兩水平正對(duì)金屬板之間的電場強(qiáng)度為E，12345678910111213沿曲線②、③運(yùn)動(dòng)的油滴，在初速度方向上有：x＝v0t，x2＝2x3，初速度相等，所以有t2∶t3＝2∶1，豎直方向有h＝

at2，聯(lián)立解得a2∶a3＝1∶4，故C錯(cuò)誤，D正確.7.(多選)示波管的構(gòu)造如圖7所示.如果在熒光屏上P點(diǎn)出現(xiàn)亮斑，那么示波管中的A.極板X應(yīng)帶正電

B.極板X′應(yīng)帶正電C.極板Y應(yīng)帶正電

D.極板Y′應(yīng)帶正電√12345678910111213√圖7解析根據(jù)亮斑的位置，電子偏向XY區(qū)間，說明電子受到靜電力作用發(fā)生了偏轉(zhuǎn)，因此極板X、極板Y均應(yīng)帶正電.123456789101112138.(2020·雅安市期末)如圖8所示，有一帶電粒子貼著A板沿水平方向射入勻強(qiáng)電場，當(dāng)偏轉(zhuǎn)電壓為U1時(shí)，帶電粒子沿①軌跡從兩板正中間飛出；當(dāng)偏轉(zhuǎn)電壓為U2時(shí)，帶電粒子沿②軌跡落到B板中間；設(shè)粒子兩次射入電場的水平速度相同，則兩次偏轉(zhuǎn)電壓之比為A.U1∶U2＝1∶8 B.U1∶U2＝1∶4C.U1∶U2＝1∶2 D.U1∶U2＝1∶1√12345678910111213圖8解析帶電粒子在勻強(qiáng)電場中做類平拋運(yùn)動(dòng)，水平位移為x＝v0t，12345678910111213兩次運(yùn)動(dòng)的水平位移之比為2∶1，兩次運(yùn)動(dòng)的水平速度相同，故運(yùn)動(dòng)時(shí)間之比為t1∶t2＝2∶1，故兩次偏轉(zhuǎn)電壓之比為U1∶U2＝1∶8，故A正確.9.(多選)如圖9所示是某示波管的示意圖，電子先由電子槍加速后進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場，如果在偏轉(zhuǎn)電極上加一個(gè)電壓，則電子束將會(huì)偏轉(zhuǎn)，并飛出偏轉(zhuǎn)電場.下面措施中能使電子偏轉(zhuǎn)距離變大的是A.盡可能把偏轉(zhuǎn)極板L做得長一點(diǎn)B.盡可能把偏轉(zhuǎn)極板L做得短一點(diǎn)C.盡可能把偏轉(zhuǎn)極板間的距離d做得小一點(diǎn)D.將電子槍的加速電壓提高√√12345678910111213圖91234567891011121310.(多選)如圖10所示，氕、氘、氚的原子核由初速度為零經(jīng)同一電場加速后，又經(jīng)同一勻強(qiáng)電場偏轉(zhuǎn)，最后打在熒光屏上，那么A.經(jīng)過加速電場的過程中，靜電力對(duì)氚核做的功最多B.經(jīng)過偏轉(zhuǎn)電場的過程中，靜電力對(duì)三種核做的功一樣多C.三種原子核打在屏上的速度一樣大D.三種原子核都打在屏的同一位置上能力綜合練√12345678910111213√圖10解析設(shè)偏轉(zhuǎn)極板的長度為L，板間距離為d，12345678910111213在加速電場中靜電力做的功W＝qU1，由于加速電壓相同，電荷量相等，所以靜電力做的功相等，故選項(xiàng)A錯(cuò)誤；12345678910111213又因?yàn)槌錾潼c(diǎn)的位置相同，出射速度的方向也相同，故三種原子核打在屏上同一點(diǎn)，故選項(xiàng)B、D正確；由于三種原子核的電荷量相同，質(zhì)量不同，則v不同，故選項(xiàng)C錯(cuò)誤.11.將一帶電粒子以初速度v0沿水平方向從A點(diǎn)射入方向豎直向上的勻強(qiáng)電場中，粒子從B點(diǎn)飛出電場時(shí)速度方向與電場方向的夾角為150°，電場的水平寬度為L，如圖11所示，不計(jì)粒子的重力，設(shè)粒子的質(zhì)量為m，電荷量的絕對(duì)值為q.(1)該勻強(qiáng)電場的電場強(qiáng)度為多大？12345678910111213圖11解析設(shè)粒子在電場中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間為t，則水平方向上有L＝v0t12345678910111213(2)A、B兩點(diǎn)的電勢差UAB為多大？12345678910111213解析由粒子偏轉(zhuǎn)方向可