《2019-2020學(xué)年高中物理 第1章 9 帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)學(xué)案 新人教版選修3-1》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《2019-2020學(xué)年高中物理 第1章 9 帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)學(xué)案 新人教版選修3-1（9頁珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、9帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)學(xué)習(xí)目標(biāo)1.了解帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)。(重點(diǎn))2.會(huì)運(yùn)用靜電力、電場(chǎng)強(qiáng)度的概念，根據(jù)牛頓運(yùn)動(dòng)定律及運(yùn)動(dòng)學(xué)公式研究帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)。(難點(diǎn))3.會(huì)運(yùn)用靜電力做功、電勢(shì)、電勢(shì)差的概念，根據(jù)功能關(guān)系研究帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)。(難點(diǎn))4.了解示波管的構(gòu)造和基本原理。一、帶電粒子的加速1基本粒子的受力特點(diǎn)：對(duì)于質(zhì)量很小的基本粒子，如電子、質(zhì)子等，它們受到重力的作用一般遠(yuǎn)小于靜電力，故可以忽略。2帶電粒子的加速(1)帶電粒子在電場(chǎng)加速(直線運(yùn)動(dòng))條件：只受電場(chǎng)力作用時(shí)，初速度為零或與電場(chǎng)力方向相同。(2)分析方法：動(dòng)能定理。(3)結(jié)論：初速度為零，帶電荷量為q，質(zhì)量為

2、m的帶電粒子， 經(jīng)過電勢(shì)差為U的電場(chǎng)加速后，獲得的速度為v。二、帶電粒子的偏轉(zhuǎn)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(qiáng)電場(chǎng)，極板長(zhǎng)為l，板間距離為d，板間電壓為U。1運(yùn)動(dòng)性質(zhì)(1)沿初速度方向：速度為v0的勻速直線運(yùn)動(dòng)。(2)垂直v0的方向：初速度為零，加速度為a的勻加速直線運(yùn)動(dòng)。2運(yùn)動(dòng)規(guī)律(1)偏移距離：因?yàn)閠，a，所以偏移距離yat2。(2)偏轉(zhuǎn)角度：因?yàn)関yat，所以tan 。三、示波管的原理1構(gòu)造：示波管主要由電子槍、偏轉(zhuǎn)電極(XX和YY)、熒光屏組成，管內(nèi)抽成真空。2原理(1)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

3、光屏的中心O點(diǎn)。(2)帶電粒子在區(qū)域是沿直線加速的，在區(qū)域是偏轉(zhuǎn)的。(3)若UYY0，UXX0，則粒子向Y板偏移；若UYY0，UXX0，則粒子向X板偏移。1思考判斷(正確的打“”，錯(cuò)誤的打“”)(1)基本帶電粒子在電場(chǎng)中不受重力。()(2)帶電粒子僅在電場(chǎng)力作用下運(yùn)動(dòng)時(shí)，動(dòng)能一定增加。()(3)帶電粒子在勻強(qiáng)電場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)時(shí)，其速度和加速度均不變。()(4)帶電粒子在勻強(qiáng)電場(chǎng)中無論是直線加速還是偏轉(zhuǎn)，均做勻變速運(yùn)動(dòng)。()(5)示波管電子槍的作用是產(chǎn)生高速飛行的電子束，偏轉(zhuǎn)電極的作用是使電子束發(fā)生偏轉(zhuǎn)，打在熒光屏的不同位置。()2如圖所示，在勻強(qiáng)電場(chǎng)(場(chǎng)強(qiáng)大小為E)中，一帶電荷量為q的粒子(不計(jì)重力

4、)的初速度v0的方向恰與電場(chǎng)線方向相同，則帶電粒子在開始運(yùn)動(dòng)后，將()A沿電場(chǎng)線方向做勻加速直線運(yùn)動(dòng)B沿電場(chǎng)線方向做變加速直線運(yùn)動(dòng)C沿電場(chǎng)線方向做勻減速直線運(yùn)動(dòng)D偏離電場(chǎng)線方向做曲線運(yùn)動(dòng)C帶電粒子受到與運(yùn)動(dòng)方向相反的恒定的電場(chǎng)力作用，產(chǎn)生與運(yùn)動(dòng)方向相反的恒定的加速度，因此，帶電粒子在開始運(yùn)動(dòng)后，將沿電場(chǎng)線做勻減速直線運(yùn)動(dòng)，故選項(xiàng)C正確。3如圖所示，從熾熱的金屬絲逸出的電子(速度可視為零)，經(jīng)加速電場(chǎng)加速后從兩極板中間垂直射入偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)。電子的重力不計(jì)。在滿足電子能射出偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)的條件下，下述四種情況中，一定能使電子的偏轉(zhuǎn)角變大的是()A僅將偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)極性對(duì)調(diào)B僅增大偏轉(zhuǎn)電極間的距離C僅增大偏轉(zhuǎn)電極間

5、的電壓D僅減小偏轉(zhuǎn)電極間的電壓C設(shè)加速電場(chǎng)的電壓為U0，偏轉(zhuǎn)電壓為U，極板長(zhǎng)度為L(zhǎng)，間距為d，電子加速過程中，由U0q，得v0，電子進(jìn)入極板后做類平拋運(yùn)動(dòng)，時(shí)間t，加速度a，豎直分速度vyat，tan ，故可知C正確。帶電粒子的加速1.帶電粒子的加速當(dāng)帶電粒子以很小的速度進(jìn)入電場(chǎng)中，在靜電力作用下做加速運(yùn)動(dòng)，示波管、電視顯像管中的電子槍、回旋加速器都是利用電場(chǎng)對(duì)帶電粒子加速的。2處理方法可以從動(dòng)力學(xué)和功能關(guān)系兩個(gè)角度進(jìn)行分析，其比較如下：動(dòng)力學(xué)角度功能關(guān)系角度涉及知識(shí)應(yīng)用牛頓第二定律結(jié)合勻變速直線運(yùn)動(dòng)公式功的公式及動(dòng)能定理選擇條件勻強(qiáng)電場(chǎng)，靜電力是恒力可以是勻強(qiáng)電場(chǎng)，也可以是非勻強(qiáng)電場(chǎng)，電場(chǎng)力

6、可以是恒力，也可以是變力【例1】如圖所示，一個(gè)質(zhì)子以初速度v05106 m/s水平射入一個(gè)由兩塊帶電的平行金屬板組成的區(qū)域。兩板距離為20 cm，設(shè)金屬板之間電場(chǎng)是勻強(qiáng)電場(chǎng)，電場(chǎng)強(qiáng)度為3105 N/C。質(zhì)子質(zhì)量m1.671027 kg，電荷量q1.601019 C。求質(zhì)子由板上小孔射出時(shí)的速度大小。解析根據(jù)動(dòng)能定理Wmvmv而WqEd1.60101931050.2 J9.61015 J所以v1 m/s6106 m/s質(zhì)子飛出時(shí)的速度約為6106 m/s。答案6106 m/s上例中，若質(zhì)子剛好不能從小孔中射出，其他條件不變，則金屬板之間的電場(chǎng)強(qiáng)度至少為多大？方向如何？提示：根據(jù)動(dòng)能定理qEd0m

7、v則E N/C6.5105 N/C方向水平向左。1如圖所示，M和N是勻強(qiáng)電場(chǎng)中的兩個(gè)等勢(shì)面，相距為d，電勢(shì)差為U，一質(zhì)量為m(不計(jì)重力)、電荷量為q的粒子以速度v0通過等勢(shì)面M射入兩等勢(shì)面之間，則該粒子穿過等勢(shì)面N的速度應(yīng)是()A.Bv0C. D.C由qUmv2mv，可得v，選項(xiàng)C正確。帶電粒子的偏轉(zhuǎn)1.類平拋運(yùn)動(dòng)帶電粒子以速度v0垂直于電場(chǎng)線的方向射入勻強(qiáng)電場(chǎng)，受到恒定的與初速度方向垂直的靜電力的作用而做勻變速曲線運(yùn)動(dòng)，稱之為類平拋運(yùn)動(dòng)。可以采用處理平拋運(yùn)動(dòng)方法分析這種運(yùn)動(dòng)。2運(yùn)動(dòng)規(guī)律(1)沿初速度方向：vxv0，xv0t(初速度方向)。(2)垂直初速度方向：vyat，yat2(電場(chǎng)線方向，

8、其中a)。3兩個(gè)結(jié)論(1)偏轉(zhuǎn)距離：y。(2)偏轉(zhuǎn)角度：tan 。4幾個(gè)推論(1)粒子從偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)中射出時(shí)，其速度方向反向延長(zhǎng)線與初速度方向延長(zhǎng)線交于一點(diǎn)，此點(diǎn)平分沿初速度方向的位移。(2)位移方向與初速度方向間夾角的正切為速度偏轉(zhuǎn)角正切的，即tan tan 。(3)以相同的初速度進(jìn)入同一個(gè)偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)的帶電粒子，不論m、q是否相同，只要相同，即比荷相同，則偏轉(zhuǎn)距離y和偏轉(zhuǎn)角相同。(4)若以相同的初動(dòng)能Ek0進(jìn)入同一個(gè)偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)，只要q相同，不論m是否相同，則偏轉(zhuǎn)距離y和偏轉(zhuǎn)角相同。(5)不同的帶電粒子經(jīng)同一加速電場(chǎng)加速后(即加速電壓U1相同)，進(jìn)入同一偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)，則偏轉(zhuǎn)距離y和偏轉(zhuǎn)角相同?！纠?】一束

9、電子流在經(jīng)U5 000 V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(qiáng)電場(chǎng)，如圖所示。若兩板間距d1.0 cm，板長(zhǎng)l5.0 cm，那么要使電子能從平行板間飛出，兩個(gè)極板上最大能加多大電壓？思路點(diǎn)撥：(1)電子經(jīng)電壓U加速后的速度v0可由eUmv求出。(2)初速度v0一定時(shí)，偏轉(zhuǎn)電壓越大，偏轉(zhuǎn)距離越大。(3)最大偏轉(zhuǎn)位移對(duì)應(yīng)最大偏轉(zhuǎn)電壓。解析加速過程，由動(dòng)能定理得eUmv進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)，電子在平行于板面的方向上做勻速運(yùn)動(dòng)lv0t在垂直于板面的方向做勻加速直線運(yùn)動(dòng)加速度a偏轉(zhuǎn)距離yat2 能飛出的條件為y聯(lián)立式解得U400 V即要使電子能飛出，所加電壓最大為400 V。答案400 V

10、上例中，若使電子打到下板中間，其他條件不變，則兩個(gè)極板上需要加多大的電壓？提示：由eUmvaat2v0t聯(lián)立解得U1 600 V。帶電粒子在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)問題的處理方法帶電粒子在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的問題實(shí)質(zhì)上是力學(xué)問題的延續(xù)，從受力角度看帶電粒子與一般物體相比多受到一個(gè)電場(chǎng)力；從處理方法上看仍可利用力學(xué)中的規(guī)律分析，如選用平衡條件、牛頓定律，動(dòng)能定理、功能關(guān)系，能量守恒等。2如圖所示是一個(gè)示波管工作的原理圖，電子經(jīng)過加速后以速度v0垂直進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)，離開電場(chǎng)時(shí)偏轉(zhuǎn)量是h，兩個(gè)平行板間距離為d，電勢(shì)差為U，板長(zhǎng)為l，每單位電壓引起的偏轉(zhuǎn)量(h/U)叫示波管的靈敏度，若要提高其靈敏度?？刹捎孟铝心姆N辦法()A

11、增大兩極板間的電壓B盡可能使板長(zhǎng)l做得短些C盡可能使板間距離d減小些D使電子入射速度v0大些C豎直方向上電子做勻加速運(yùn)動(dòng)，故有hat2，則，可知，只有C選項(xiàng)正確。示波管類問題1.電子的偏轉(zhuǎn)：被電子槍加速的電子在YY電場(chǎng)中做類平拋運(yùn)動(dòng)，出電場(chǎng)后做勻速直線運(yùn)動(dòng)，最后打到熒光屏上。設(shè)打在熒光屏上時(shí)的偏轉(zhuǎn)位移為y，如圖所示。由幾何知識(shí)知，。所以y，y與偏轉(zhuǎn)電壓U成正比。2示波管實(shí)際工作時(shí)，XX方向加掃描電壓，YY方向加信號(hào)電壓，兩者周期相同，在熒光屏上顯示隨信號(hào)而變化的波形?！纠?】示波管的原理如圖所示，一束電子從靜止開始經(jīng)加速電壓U1加速后，以水平速度沿水平放置的兩平行金屬板的中線射入金屬板的中間。

12、已知金屬板長(zhǎng)為l，兩極板間的距離為d，豎直放置的熒光屏與金屬板右端的距離為L(zhǎng)。若兩金屬板間的電勢(shì)差為U2，則光點(diǎn)偏離中線與熒光屏的交點(diǎn)O而打在O點(diǎn)正下方的P點(diǎn)，求O、P間的距離OP。解析設(shè)電子射出偏轉(zhuǎn)極板時(shí)的偏移距離為y，偏轉(zhuǎn)角為，則OPyLtan 又yat2，tan 在加速電場(chǎng)中的加速過程，由動(dòng)能定理有eU1mv聯(lián)立解得y，tan 故OP。答案3(多選)示波管的構(gòu)造如圖所示。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AC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。課

13、堂 小 結(jié)知 識(shí) 脈 絡(luò)1.帶電粒子在電場(chǎng)中的加速問題。2.帶電粒子在電場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)問題。3.帶電粒子在示波管中的運(yùn)動(dòng)問題。1如圖所示，電子由靜止開始從A板向B板運(yùn)動(dòng)，到達(dá)B板時(shí)的速度為v，保持兩板間的電壓不變，則()A當(dāng)增大兩板間的距離時(shí)，速度v增大B當(dāng)減小兩板間的距離時(shí)，速度v減小C當(dāng)減小兩板間的距離時(shí)，速度v不變D當(dāng)減小兩板間的距離時(shí)，電子在兩板間運(yùn)動(dòng)的時(shí)間變長(zhǎng)C由動(dòng)能定理得eUmv2，當(dāng)改變兩板間的距離時(shí)，U不變，v就不變，故選項(xiàng)A、B錯(cuò)誤，C正確；電子做初速度為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng)，v，得t，當(dāng)d減小時(shí)，v不變，電子在板間運(yùn)動(dòng)的時(shí)間變短，故選項(xiàng)D錯(cuò)誤。2在勻強(qiáng)電場(chǎng)中，將質(zhì)子和粒子由靜止釋

14、放，若不計(jì)重力，當(dāng)它們獲得相同動(dòng)能時(shí)，質(zhì)子經(jīng)歷的時(shí)間t1和粒子經(jīng)歷的時(shí)間t2之比為()A11B12C21 D41A由動(dòng)能定理可知qElEk，又lat2t2，解得t，可見，兩種粒子時(shí)間之比為11，故A選項(xiàng)正確。3一個(gè)帶負(fù)電的小球質(zhì)量為m，帶電荷量為q，在一個(gè)如圖所示的平行板電容器的右側(cè)邊緣被豎直上拋，最后落在電容器左側(cè)邊緣的同一高度處，兩板間距離為d，板間電壓為U，重力加速度為g，求拋出時(shí)的初速度v0及小球能達(dá)到的最大高度H。解析由題設(shè)條件可知：小球在復(fù)合場(chǎng)中做曲線運(yùn)動(dòng)，可將其運(yùn)動(dòng)分解為水平方向的勻加速直線運(yùn)動(dòng)和豎直方向的豎直上拋運(yùn)動(dòng)。由豎直上拋運(yùn)動(dòng)規(guī)律得，小球上升的最大高度H小球自拋出至落到左側(cè)板邊緣同一高度處所需時(shí)間為t根據(jù)小球在水平方向的運(yùn)動(dòng)規(guī)律可得dt2聯(lián)立解得v0gd，H。答案gd- 9 -