2019_2020版高中物理第一章9帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)課件新人教版.pptx

9 帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng),學(xué)習(xí)目標(biāo),1.會(huì)從力和運(yùn)動(dòng)、能量?jī)蓚€(gè)角度分析計(jì)算帶電粒子在電場(chǎng)中的加速問(wèn)題.2.能夠用類平拋運(yùn)動(dòng)分析方法研究帶電粒子在電場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)問(wèn)題.3.知道示波管的主要構(gòu)造和工作原理,體會(huì)靜電場(chǎng)知識(shí)對(duì)科學(xué)技術(shù)的影響.,課前預(yù)習(xí),課堂探究,隨堂演練,課前預(yù)習(xí) 掌握新知,知識(shí)梳理,一、帶電粒子的加速 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(lái)分析帶電粒子的 運(yùn)動(dòng).,勻變速,二、帶電粒子的偏轉(zhuǎn) 帶電粒子垂直進(jìn)入勻強(qiáng)電場(chǎng)的運(yùn)動(dòng)類似于物體的平拋運(yùn)動(dòng).,勻速直線,零,勻加速直線,三、示波管的原理 1.構(gòu)造 示波管是示波器的核心部件,外部是一個(gè)抽成真空的玻璃殼,內(nèi)部主要由 (發(fā)射電子的燈絲、加速電極組成)、偏轉(zhuǎn)電極(由一對(duì)X偏轉(zhuǎn)電極板和一對(duì)Y偏轉(zhuǎn)電極板組成)和 組成,如圖所示.,電子槍,熒光屏,2.原理 (1)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. (2)燈絲被電源加熱后,出現(xiàn)熱電子發(fā)射,發(fā)射出來(lái)的電子經(jīng)加速電場(chǎng)加速后,以很大的速度進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場(chǎng),如果在Y偏轉(zhuǎn)極板上加一個(gè)信號(hào)電壓,在X偏轉(zhuǎn)極板上加一掃描電壓,在熒光屏上就會(huì)出現(xiàn)按Y偏轉(zhuǎn)電壓規(guī)律變化的可視圖象.,科學(xué)思維,1.思考判斷,(1)基本帶電粒子在電場(chǎng)中不受重力.( ) (2)帶電粒子僅在靜電力作用下運(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(wú)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.( ) (6)示波管的熒光屏上顯示的是電子的運(yùn)動(dòng)軌跡.( ),2.思維探究 (1)若電子的質(zhì)量為m、電荷量為e,電子槍的加速電壓為U,加速后電子的速度能否由牛頓第二定律求解?應(yīng)如何求? (2)大量帶電粒子,質(zhì)量不同,帶電荷量相同,以相同的速度垂直電場(chǎng)進(jìn)入并穿過(guò)同一個(gè)電容器,它們的運(yùn)動(dòng)時(shí)間相同嗎?運(yùn)動(dòng)軌跡相同嗎? 答案:在水平方向上做勻速運(yùn)動(dòng),由l=v0t知運(yùn)動(dòng)時(shí)間相同.不同粒子在沿初速度方向上運(yùn)動(dòng)情況相同,在垂直初速度方向上運(yùn)動(dòng)情況不同,故它們的運(yùn)動(dòng)軌跡不同.,要點(diǎn)一 帶電粒子在電場(chǎng)中的加速運(yùn)動(dòng) 探究導(dǎo)學(xué),課堂探究 突破要點(diǎn),如圖所示,在真空中有一對(duì)平行金屬板,由于接上電池組而帶電,兩板間電勢(shì)差為U,若一個(gè)質(zhì)量為m、帶正電荷q的粒子,以初速度v0從正極板附近向負(fù)極板運(yùn)動(dòng). 試結(jié)合上述情境討論:,(1)怎樣計(jì)算它到達(dá)負(fù)極板時(shí)的速度? (2)若粒子帶的是負(fù)電荷(初速度為v0),將做勻減速直線運(yùn)動(dòng),如果能到達(dá)負(fù)極板,其速度如何?,(3)上述問(wèn)題中,兩塊金屬板是平行的,兩板間的電場(chǎng)是勻強(qiáng)電場(chǎng),如果兩金屬板是其他形狀,中間的電場(chǎng)不再是勻強(qiáng)電場(chǎng),上面的結(jié)果是否仍然適用?為什么?,答案:(3)結(jié)果仍然適用.因?yàn)椴还苁欠駷閯驈?qiáng)電場(chǎng),靜電力做功都可以用W=qU計(jì)算,動(dòng)能定理仍然適用.,要點(diǎn)歸納 1.兩類帶電體 (1)基本粒子: 如電子、正電子、質(zhì)子、粒子、正離子、負(fù)離子等微觀基本粒子,一般都不考慮重力,但并不能忽略質(zhì)量. (2)宏觀微粒: 如帶電小球、液滴、塵埃等細(xì)小宏觀帶電體,除非有特別說(shuō)明或明確表示,一般都要考慮重力.復(fù)合場(chǎng)中的某些帶電體,要根據(jù)題目說(shuō)明或運(yùn)動(dòng)狀態(tài)來(lái)判定是否考慮重力.,2.解決帶電粒子在電場(chǎng)中加速時(shí)的基本思路,例1如圖所示,兩平行金屬板相距為d,電勢(shì)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,|OA|=h,求: (1)電子具有的初動(dòng)能是多大? (2)電子從O點(diǎn)射出又返回O點(diǎn)所用的時(shí)間?,思維導(dǎo)圖:,學(xué)霸筆記,(1)對(duì)于勻強(qiáng)電場(chǎng)雖然用動(dòng)力學(xué)觀點(diǎn)和功能觀點(diǎn)均可求解,但運(yùn)用功能觀點(diǎn)列式更簡(jiǎn)單,故應(yīng)優(yōu)先選用功能觀點(diǎn). (2)若電場(chǎng)為非勻強(qiáng)電場(chǎng),帶電粒子做變加速直線運(yùn)動(dòng),不能通過(guò)牛頓運(yùn)動(dòng)定律求解.注意W=qU對(duì)一切電場(chǎng)適用,因此從能量的觀點(diǎn)入手,由動(dòng)能定理來(lái)求解. (3)在勻強(qiáng)電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的帶電粒子,只受靜電力時(shí),可以利用動(dòng)量Ft=p計(jì)算運(yùn)動(dòng)時(shí)間.,(教師備用) 例1-1如圖所示,在點(diǎn)電荷 +Q激發(fā)的電場(chǎng)中有A,B兩點(diǎn),將質(zhì)子和粒子分別從A點(diǎn)由靜止釋放到達(dá)B點(diǎn)時(shí),它們的速度大小之比為多少?,解析:質(zhì)子和粒子都帶正電,從A點(diǎn)釋放都將受靜電力作用加速運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn),設(shè)A,B兩點(diǎn)間的電勢(shì)差為U,由動(dòng)能定理可知,針對(duì)訓(xùn)練1 (2019河南洛陽(yáng)校級(jí)檢測(cè))如圖所示,水平放置的平行板電容器,當(dāng)兩極板間的電勢(shì)差U1=300 V時(shí),一帶負(fù)電的小球在兩極板之間處于靜止,小球距下極板的距離h=1.44 cm.如果兩極板間電勢(shì)差突然減小到U2=60 V,則帶電小球運(yùn)動(dòng)到極板上需多長(zhǎng)時(shí)間?(重力加速度g=10 m/s2),答案:0.06 s,要點(diǎn)二 帶電粒子在電場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) 探究導(dǎo)學(xué),如圖所示,質(zhì)量為m、電荷量為q的帶正電的粒子以初速度v0垂直于電場(chǎng)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(chǎng),已知板長(zhǎng)為l,板間電壓為U,板間距為d,不計(jì)粒子的重力,粒子可以從右側(cè)穿出 電場(chǎng).,(1)帶電粒子在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間是多少? (2)粒子加速度大小是多少?方向如何? (3)粒子射出電場(chǎng)時(shí)在靜電力方向上的偏轉(zhuǎn)距離y.,(4)粒子離開(kāi)電場(chǎng)時(shí)垂直電場(chǎng)方向和沿電場(chǎng)方向的速度. (5)合速度與初速度方向的夾角的正切值.,(6)粒子合位移與初速度方向的夾角的正切值.,要點(diǎn)歸納 1.帶電粒子在電場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)是類平拋運(yùn)動(dòng),可以利用運(yùn)動(dòng)的合成與分解知識(shí)分析. 2.三個(gè)導(dǎo)出關(guān)系,3.兩個(gè)推論 (1)粒子從偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)中射出時(shí),其速度方向的反向延長(zhǎng)線與初速度方向的延長(zhǎng)線交于一點(diǎn),此點(diǎn)為初速度方向位移的中點(diǎn),如圖所示.,例2 (2019遼寧大連模擬)如圖所示,水平放置的兩塊平行金屬板長(zhǎng)l=5 cm,兩板間距d=1 cm,兩板間電壓為U=90 V,且上板帶正電,一個(gè)電子沿水平方向以速度v0=2.0107 m/s,從兩板中央射入,(電子質(zhì)量m=9.0 10-31 kg,電子電荷量q=1.610-19 C)求: (1)電子飛出金屬板時(shí)側(cè)位移y0是多少? (2)電子離開(kāi)電場(chǎng)后,打在屏上的P點(diǎn),若s=10 cm,求OP的長(zhǎng).,審題指導(dǎo):,答案:(1)0.005 m (2)0.025 m,學(xué)霸筆記,(教師備用) 例2-1 (2019河南南陽(yáng)檢測(cè))一束電子流在經(jīng)U=5 000 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.若兩板間距離d=1.0 cm,板長(zhǎng)l=5.0 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?,答案:400 V,A,隨堂演練 檢測(cè)效果,1.(2019山西大同校級(jí)檢測(cè))如圖所示,電子由靜止開(kāi)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,2.密立根油滴實(shí)驗(yàn)原理如圖所示.兩塊水平放置的金屬板分別與電源的正負(fù)極相接,板間電壓為U,形成豎直向下場(chǎng)強(qiáng)為E的勻強(qiáng)電場(chǎng).用噴霧器從上板中間的小孔噴入大小、質(zhì)量和電荷量各不相同的油滴.通過(guò)顯微鏡可找到懸浮不動(dòng)的油滴,若此懸浮油滴的質(zhì)量為m,則下列說(shuō)法正確的是( ),C,3.(2019河南信陽(yáng)校級(jí)月考)如圖所示,兩極板與電源相連接,電子從負(fù)極板邊緣垂直電場(chǎng)方向射入勻強(qiáng)電場(chǎng),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?lái)的兩倍,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?lái)的( ),C,4.(2019山東臨沂校級(jí)月考)兩平行金屬板A,B水平放置,一個(gè)質(zhì)量為m=510-6 kg的帶電粒子,以v0=2 m/s的水平速度從兩板正中位置射入電