物理選修31人教全程導(dǎo)學(xué)筆記課件第一章靜電場9帶電粒子在電場中的運動

9帶電粒子在電場中的運動第一章

靜電場[課時要求]

1.會從力和能量角度分析計算帶電粒子在電場中的加速問題.2.能夠用類平拋運動分析方法研究帶電粒子在電場中的偏轉(zhuǎn)問題.3.了解示波管的基本原理.內(nèi)容索引自主預(yù)習(xí)預(yù)習(xí)新知夯實基礎(chǔ)重點探究啟迪思維探究重點達(dá)標(biāo)檢測檢測評價達(dá)標(biāo)過關(guān)自主預(yù)習(xí)一、帶電粒子的加速1.基本粒子的受力特點：對于質(zhì)量很小的基本粒子，如電子、質(zhì)子等，它們受到的重力一般

靜電力，故可以

.2.帶電粒子的加速：(1)運動分析：帶電粒子從靜止釋放，將沿

方向在勻強電場中做勻加速運動.(2)末速度大?。焊鶕?jù)qU＝

，得v＝

.遠(yuǎn)小于忽略電場力二、帶電粒子的偏轉(zhuǎn)如圖1所示，質(zhì)量為m、帶電荷量為q的基本粒子(忽略重力)，以初速度v0平行于兩極板進(jìn)入勻強電場，極板長為l，極板間距離為d，極板間電壓為U.圖11.運動性質(zhì)：(1)沿初速度方向：速度為

的

運動.(2)垂直v0的方向：初速度為

的勻加速直線運動.2.運動規(guī)律：(1)偏移距離：因為t＝

，a＝

，所以偏移距離y＝

at2＝

.(2)偏轉(zhuǎn)角度：因為vy＝at＝

，所以tanθ＝

＝

.v0勻速直線零[即學(xué)即用]判斷下列說法的正誤.(1)質(zhì)量很小的粒子如電子、質(zhì)子等，在電場中受到的重力可忽略不計.(

)(2)動能定理能分析勻強電場中的直線運動問題，不能分析非勻強電場中的直線運動問題.(

)(3)帶電粒子在勻強電場中偏轉(zhuǎn)時，加速度不變，粒子的運動是勻變速曲線運動.(

)(4)帶電粒子在勻強電場中偏轉(zhuǎn)時，可用平拋運動的知識分析.(

)(5)帶電粒子在勻強電場中偏轉(zhuǎn)時，若已知進(jìn)入電場和離開電場兩點間的電勢差以及帶電粒子的初速度，可用動能定理求解末速度大小.(

)√√×√√答案重點探究[導(dǎo)學(xué)探究]如圖2所示，平行板電容器兩板間的距離為d，電勢差為U.一質(zhì)量為m、帶電荷量為q的α粒子，在電場力的作用下由靜止開始從正極板A向負(fù)極板B運動.(2)、(3)結(jié)果用字母表示.(1)比較α粒子所受電場力和重力的大小，說明重力能否忽略不計(α粒子質(zhì)量是質(zhì)子質(zhì)量的4倍，即m＝4×1.67×10－27kg，電荷量是質(zhì)子的2倍).一、帶電粒子的加速答案

α粒子所受電場力大、重力??；因重力遠(yuǎn)小于電場力，故可以忽略重力.答案圖2(2)α粒子的加速度是多大？在電場中做何種運動？答案

α粒子的加速度為a＝

.在電場中做初速度為0的勻加速直線運動.答案(3)計算粒子到達(dá)負(fù)極板時的速度大小(嘗試用不同的方法求解).答案

方法1利用動能定理求解.方法2利用牛頓運動定律結(jié)合運動學(xué)公式求解.設(shè)粒子到達(dá)負(fù)極板時所用時間為t，則答案v＝at[知識深化]1.帶電粒子的分類及受力特點(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：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，處理問題時一般都不能忽略重力.2.分析帶電粒子在電場力作用下加速運動的兩種方法(1)利用牛頓第二定律F＝ma和運動學(xué)公式，只能用來分析帶電粒子的勻變速運動.勻變速運動和非勻變速運動都適用.例1如圖3所示，M和N是勻強電場中的兩個等勢面，相距為d，電勢差為U，一質(zhì)量為m、帶電荷量為－q的粒子(不計重力)，以速度v0通過等勢面M射入兩等勢面之間，則該粒子穿過等勢面N的速度大小為解析答案圖3√針對訓(xùn)練1如圖4所示，在P板附近有一電子由靜止開始向Q板運動，則關(guān)于電子在兩板間的運動情況，下列敘述正確的是A.兩板間距離增大，不影響加速時間B.兩板間距離越小，加速度就越大，則電子到達(dá)Q板時的

速度就越大C.電子到達(dá)Q板時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)解析答案圖4√與板間距離無關(guān)，僅與加速電壓有關(guān)，故B錯誤，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)，故D錯誤.故選C.[導(dǎo)學(xué)探究]如圖5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電場，已知板長為l，板間電壓為U，板間距為d，不計粒子的重力，粒子未與極板相撞.(1)粒子的加速度大小是多少？方向如何？做什么性質(zhì)的運動？二、帶電粒子的偏轉(zhuǎn)

方向豎直向下.粒子在水平方向做勻速直線運動，在電場力方向做初速度為零的勻加速直線運動，其合運動類似于平拋運動.答案圖1(2)求粒子通過電場的時間及粒子離開電場時水平方向和豎直方向的速度，及合速度與初速度方向的夾角θ的正切值.答案

如圖所示答案vx＝v0(3)求粒子沿電場方向的偏移量y.[知識深化]1.帶電粒子垂直進(jìn)入勻強電場的運動類似于物體的平拋運動，可以利用運動的合成與分解知識分析.2.分析粒子的偏轉(zhuǎn)問題也可以利用動能定理，即qEΔy＝ΔEk.3.兩個特殊推論：(1)粒子從偏轉(zhuǎn)電場中射出時，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，此點為初速度方向位移的中點，如圖6所示.(2)位移方向與初速度方向間夾角α(圖中未畫出)的正切值為速度偏轉(zhuǎn)角圖6例2一束電子流在經(jīng)U＝5000V的加速電壓加速后，在距兩極板等距離處垂直進(jìn)入平行板間的勻強電場，如圖7所示.若兩板間距離d＝1.0cm，板長l＝5.0cm，那么，要使電子能從平行板間飛出，兩個極板上最大能加多大電壓？解析答案圖7答案

400V解析

在加速電壓一定時，偏轉(zhuǎn)電壓U′越大，電子在極板間的偏轉(zhuǎn)距離就越大，當(dāng)偏轉(zhuǎn)電壓大到使電子剛好擦著極板的邊緣飛出時，兩板間的偏轉(zhuǎn)電壓即為題目要求的最大電壓.加速過程中，由動能定理有：進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場，電子在平行于板面的方向上做勻速直線運動l＝v0t②在垂直于板面的方向做勻加速直線運動，即要使電子能從平行板間飛出，所加電壓最大為400V.針對訓(xùn)練2如圖8所示，兩個板長均為L的平板電極，平行正對放置，兩極板相距為d，極板之間的電勢差為U，板間電場可以認(rèn)為是勻強電場.一個帶電粒子(質(zhì)量為m，電荷量為＋q，可視為質(zhì)點)從正極板邊緣以某一初速度垂直于電場方向射入兩極板之間，到達(dá)負(fù)極板時恰好落在極板邊緣.忽略重力和空氣阻力的影響.求：(1)極板間的電場強度E的大小.答案圖8解析(2)該粒子的初速度v0的大小.答案解析解析

帶電粒子在極板間做類平拋運動，在水平方向上有L＝v0t(3)該粒子落到負(fù)極板時的末動能Ek的大小.答案解析[導(dǎo)學(xué)探究]圖9為示波管結(jié)構(gòu)原理圖.三、示波管的原理答案

主要由電子槍、偏轉(zhuǎn)電極、熒光屏三部分組成.電子槍的作用是發(fā)射電子并且加速電子，使電子獲得較大的速度；偏轉(zhuǎn)電極的作用是使電子發(fā)生偏轉(zhuǎn)；熒光屏的作用是顯示電子的偏轉(zhuǎn)情況.答案圖9(1)示波管由哪幾部分組成？各部分的作用是什么？(2)在電極X和X′加掃描電壓，目的是什么？在電極Y和Y′加信號電壓，可以使電子向什么方向偏轉(zhuǎn)？答案

掃描電壓的作用是使電子在水平方向偏轉(zhuǎn)，Y方向的信號電壓可以使電子向上或向下偏轉(zhuǎn).答案[知識深化]1.示波管主要由電子槍(由發(fā)射電子的燈絲、加速電極組成)、偏轉(zhuǎn)電極(由一對X偏轉(zhuǎn)電極和一對Y偏轉(zhuǎn)電極組成)和熒光屏組成.2.掃描電壓：XX′偏轉(zhuǎn)電極接入的是由儀器自身產(chǎn)生的鋸齒形電壓.3.示波管工作原理：被加熱的燈絲發(fā)射出電子，電子經(jīng)加速電場加速后，以很大的速度進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場，如果在Y偏轉(zhuǎn)電極上加一個信號電壓，在X偏轉(zhuǎn)電極上加一個掃描電壓，在熒光屏上就會出現(xiàn)按Y偏轉(zhuǎn)電壓規(guī)律變化的可視圖象.例3如圖10是示波管的原理圖.它由電子槍、偏轉(zhuǎn)電極(XX′和YY′)、熒光屏組成，管內(nèi)抽成真空.給電子槍通電后，如果在偏轉(zhuǎn)電極XX′和YY′上都沒有加電壓，電子束將打在熒光屏的中心O點.答案圖10(1)帶電粒子在____區(qū)域是加速的，在____區(qū)域是偏轉(zhuǎn)的.(2)若UYY′＞0，UXX′＝0，則粒子向__極板偏移，若UYY′＝0，UXX′＞0，則粒子向__極板偏移.ⅠⅡYX達(dá)標(biāo)檢測1.(帶電粒子的直線運動)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點沿垂直于極板的方向射出，最遠(yuǎn)到達(dá)A點，然后返回，如圖11所示，OA＝L，則此電子具有的初動能是答案解析√圖11解析

電子從O點運動到A點，因受電場力作用，速度逐漸減小.根據(jù)題意和題圖判斷，電子僅受電場力，不計重力.12342.(帶電粒子的偏轉(zhuǎn))如圖12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水平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間之比tA∶tB分別為A.1∶1,2∶3 B.2∶1,3∶2C.1∶1,3∶4 D.4∶3,2∶1答案解析1234√圖121234解析

粒子在水平方向上做勻速直線運動x＝v0t，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＝t∶t＝1∶4.綜上所述，D項正確.3.(示波管的原理)示波管的構(gòu)造如圖13所示.如果在熒光屏上P點出現(xiàn)亮斑，那么示波管中的A.UXX′>0，UYY′＝0 B.UXX′<0，UYY′＝0C.UXX′＝0，UYY′>0 D.UXX′＝0，UYY′<0答案解析圖131234解析

根據(jù)亮斑的位置，電子偏向Y軸正方向，說明電子受到向上的電場力作用發(fā)生了偏轉(zhuǎn)，因此極板Y應(yīng)帶正電，電子在X方向沒發(fā)生偏轉(zhuǎn)，UXX′＝