【物理】1.9《帶電粒子在電場中的運動》教案(新人教版選修3-1)

1、【物理】1.9帶電粒子在電場中的運動教案(新人教版選修3-1)3、某些帶電體是否考慮重力，要根據(jù)題目暗示或運動狀態(tài)來判定電場中的帶電粒子一般可分為兩類：1、帶電的基本粒子：如電子，質(zhì)子，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。帶電粒子在勻強電場中運動情況：受到恒定的電場力受力情況： 做勻變速運動一. 帶電粒子在電場中的加速用牛頓運動定律分析用動能定理分析E1（加速電壓）qUm+_帶電粒子的加速 d1、受力分析: 水平向右的電場力

2、FqE=qU/dF2、運動分析:初速度為零，加速度為a=qU/md的向右勻加速直線運動。解法一運用運動學(xué)知識求解解法二運用動能定理知識求解粒子加速后的速度只與加速電壓有關(guān)思考題 如兩極板間不是勻強電場該用何種方法求解？為什么？ 由于電場力做功與場強是否勻強無關(guān)，與運動路徑也無關(guān)，第二種方法仍適用！所以例1解：由動能定理，得代入數(shù)值得：v=3.0107m/s 結(jié)論：由于電場力做功與場強是否勻強無關(guān)，與運動路徑也無關(guān)，所以在處理電場對帶電粒子的加速問題時，一般都是利用動能定理進行處理。如圖所示，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

3、距越大，加速的時間越長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) AC 強化練習(xí) ld+- - - - - - - - - - - - - + + + + + + + + + + + + Uv0q、m二. 帶電粒子在電場中的偏轉(zhuǎn) ld+- - - - - - - - - - - - - + + + + + + + + + + + +Uv0q、mF+vv0vyy偏轉(zhuǎn)角側(cè)移二. 帶電粒子在電場中的偏轉(zhuǎn)試根據(jù)類平拋運動的知識，推導(dǎo)偏移量 y和偏轉(zhuǎn)角1.受力分析：粒子受到豎直向下的靜電力

4、F qE = qU/d。2.運動規(guī)律分析:作類平拋運動。x方向：勻速直線運動Y方向：加速度為 的勻加速直線運動。 v v0vy 3. x方向 4. y方向 5、離開電場時的偏轉(zhuǎn)角的正切： v0v+ yvy F-v0Y dUY q L結(jié)論：帶電粒子初速度垂直于電場方向飛入勻強電場的問題就是一個類平拋的問題。粒子在與電場垂直的方向上做勻速直線運動粒子在與電場平行的方向上做初速為零的勻加速運動=0.36cm強化練習(xí) L三、 加速和偏轉(zhuǎn)一體+-vv0vy+_U1U2v0-qmyO四、示波器的原理1.示波器作用：是一種用來觀察電信號隨時間變化的電子儀器。2.它的核心部件是示波管：由電子槍、偏轉(zhuǎn)電極和熒光

5、屏組成，管內(nèi)抽成真空。產(chǎn)生高速飛行的電子束使電子沿x方向偏移四、示波器的原理使電子沿y方向偏移已知：U1、l、YY偏轉(zhuǎn)電極的電壓U2、板間距d 、 板端到熒光屏的距離L。求：電子射出偏轉(zhuǎn)電場時的偏向角正切值tan及打到屏上電子的偏移量y。偏移量與YY偏轉(zhuǎn)電極的電壓U2成正比3.原理如圖所示，有一電子(電量為e、質(zhì)量為m)經(jīng)電壓U0加速后，沿平行金屬板A、B中心線進入兩板，A、B板間距為d、長度為L， A、B板間電壓為U，屏CD足夠大，距離A、B板右邊緣2L，AB板的中心線過屏CD的中心且與屏CD垂直。試求電子束打在屏上的位置到屏中心間的距離。 強化練習(xí)L2L課堂小結(jié)：一、利用電場使帶電粒子加速

6、二、利用電場使帶電粒子偏轉(zhuǎn)三、加速與偏轉(zhuǎn)一體1、下列粒子由靜止經(jīng)加速電壓為U的電場加速后，哪種粒子動能最大 （ ） 哪種粒子速度最大 （ ） A、質(zhì)子 B、電子C、氘核 D、氦核 強化練習(xí)DBe/m1840e/me/2m2e/4m2、如圖所示的電場中有A、B兩點，A、B的電勢差UAB100V，一個質(zhì)量為m=2.010-12kg、電量為q=-5.010-8C的帶電粒子，以初速度v0 =3.0103m/s由A點運動到B點，求粒子到達(dá)B點時的速率。（不計粒子重力）A-v0Bq為負(fù)強化練習(xí)3、質(zhì)量為m、帶電量為q的粒子以初速度v從中線垂直進入偏轉(zhuǎn)電場，剛好離開電場，它在離開電場后偏轉(zhuǎn)角正切為0.5，則

7、下列說法中正確的是 A、如果偏轉(zhuǎn)電場的電壓為原來的一半，則粒子離開電場后的偏轉(zhuǎn)角正切為0.25 B、如果帶電粒子的比荷為原來的一半，則粒子離開電場后的偏轉(zhuǎn)角正切為0.25 C、如果帶電粒子的初速度為原來的2倍，則粒子離開電場后的偏轉(zhuǎn)角正切為0.25 D、如果帶電粒子的初動能為原來的2倍，則粒子離開電場后的偏轉(zhuǎn)角正切為0.25強化練習(xí)4、質(zhì)子(質(zhì)量為m、電量為e)和二價氦離子(質(zhì)量為4m、電量為2e)以相同的初動能垂直射入同一偏轉(zhuǎn)電場中，離開電場后，它們的偏轉(zhuǎn)角正切之比為 ，側(cè)移之比為 。 與電量成正比與電量成正比1:21:2強化練習(xí)5、三個電子在同一地點沿同一直線垂直飛入偏轉(zhuǎn)電場，如圖所示。則

8、由此可判斷（ ） A、 b和c同時飛離電場 B、在b飛離電場的瞬間，a剛好打在下極板上 C、進入電場時，c速度最大，a速度最小 D、離開電場時，c的動能增量最小，a和b的動能增量一樣大 強化練習(xí)BCD析與解7、如圖，電子在電勢差為U1的加速電場中由靜止開始加速，然后射入電勢差為U2的兩塊平行極板間的電場中，入射方向跟極板平行。整個裝置處在真空中，重力可忽略。在滿足電子能射出平行板區(qū)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、U1變大、U2變大 B、U1變小、U2變大C、U1變大、U2變小 D、U1變小、U2變小強化練習(xí)B析與解對加速過程由動能定理：對偏轉(zhuǎn)過程由偏轉(zhuǎn)角正切公

9、式：與粒子的電量q、質(zhì)量m無關(guān)8、如圖所示，二價氦離子和質(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 D、到達(dá)屏上不同點與粒子的電量q、質(zhì)量m無關(guān)強化練習(xí)ABC9、試證明：帶電粒子垂直進入偏轉(zhuǎn)電場，離開電場時就好象是從初速度所在直線的中點沿直線離開電場的。 x強化練習(xí)10、質(zhì)量為110-25kg、電量為110-16C的帶電粒子以2106m/s速度從水平放置的平行金屬板A、B中央沿水平方向飛入板間，如圖所示。已知板長L10cm，間距d2cm，當(dāng)AB間電壓在 范圍內(nèi)時，此帶電粒子能從板間飛出。v

10、0+ + + + + - - - - - 強化練習(xí)v0+ + + + + - - - - - 析與解對偏轉(zhuǎn)過程由偏轉(zhuǎn)角正切公式：或?qū)ζD(zhuǎn)過程由側(cè)移公式： 在點電荷Q的電場中有A、B兩點，將質(zhì)子和粒子分別從A點由靜止釋放，已知質(zhì)子和粒子的電性相同，帶電量之比為1:2，質(zhì)量之比為1:4，則到達(dá)B點時，它們的速度大小之比為多少？QAB解：質(zhì)子和粒子從A到B運動過程中，分別應(yīng)用動能定理得聯(lián)立兩式可解出它們到達(dá)B點時的速度大小之比為例5：練習(xí)一： A板的電勢UA0，B板的電勢UB隨時間的變化規(guī)律如圖所示。則( )A.若電子是在t0時刻進入的，它將一直向B板運動B.若電子是在tT/8時刻進入的，它可能時而

11、向B板運動，時而向A板運動,最后打在B板上C.若電子是在t3T/8時刻進入的，它可能時而向B板運動，時而向A板運動,最后打在B板上 D.若電子是在tT/2時刻進入的，它可能時而向B板、時而向A板運動t/ s UB / v0U0-U0BAAB 在平行金屬板A、B之間加如圖所示的交變電壓，其頻率為f，t=0時刻A板處有一個質(zhì)量為m、電量為q的正離子從靜止開始向B板運動，重力忽略不計，求：為使離子到B板時的速度最大，A、B之間的距離d應(yīng)滿足什么條件？uOU-UtAB解：要使正離子到達(dá)B板的速度最大，需要正離子在電場中始終做加速運動，應(yīng)滿足因此AB之間的距離應(yīng)滿足練習(xí) 二：例6 電子在電勢差為U1的加

12、速電場中由靜止開始運動,然后射入電勢差為U2的兩塊平行極板間的電場中,入射方向跟極板平行.整個裝置處在真空中,重力可忽略.在滿足電子能射出平行板區(qū)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( ) AU1變大、U2變大 BU1變小、U2變大 CU1變大、U2變小 DU1變小、U2變小B 如圖是一個說明示波管工作的部分原理圖，電子經(jīng)過加速后以速度v0垂直進入偏轉(zhuǎn)電場，離開偏轉(zhuǎn)電場時偏移量為h，兩平行板間距為d，電壓為U，板長為L，每單位電壓引起的偏移量（h/U）叫做示波管的靈敏度，為了提高靈敏度，可采用的辦法是（ ） A.增加兩極板間的電勢差U B.盡可能縮短板長L C.盡可能減小板間

13、距d D.使電子的入射速度v0大些 hv0C先找到物理量表達(dá)式先看常量后看變量先定性判斷后定量計算例7： 帶電粒子射入兩塊平行極板間的勻強電場中，入射方向跟極板平行，重力忽略.若初動能為Ek，則離開電場時的動能為2Ek，如果初速度增為原來的2倍，則離開電場時的動能為（ ）A.3Ek B.4Ek C.17Ek/4 D.9Ek/2 C過程一:過程二:解：帶電粒子在勻強電場中做類平拋運動聯(lián)立兩式可得聯(lián)立式可得練習(xí)三：例8 水平放置的兩塊平行金屬板長l =5cm，兩板間距d=1cm，兩板間電壓為U=90V，且上板帶正電，一個電子沿水平方向以速度v0=2.0107m/s，從兩板中央射入，求：（1）電子偏

14、離金屬板的側(cè)位移是多少？（2）電子飛出電場時的 速度是多少？（3）電子離開電場后， 打在屏上的P點， 若s=10cm，求 OP的長dyxsly0OPMo（1）0.49cm，（2）2.04107m/s，（3）0.025m AB 例4：離子發(fā)生器發(fā)射出一束質(zhì)量為m，電荷量為q的負(fù)離子，從靜止 經(jīng)加速電壓U 1 加速后，獲得速度v0 ，并沿垂直于電場線方向射入兩平行板中央，受偏轉(zhuǎn)電壓U2作用后，以速度離開電場，已知平行板長為，兩板間距離為d， 1）離子在偏轉(zhuǎn)電場中運 動的時間、加速度、速 度 的大?。?2）離子在離開偏轉(zhuǎn)電場時 的沿電場方向的偏移量和 偏轉(zhuǎn)角的正切值。 l+-u1dv0 求： 讓一價

15、氫離子、一價氦離子和二價氦離子的混合物經(jīng)過同一加速電場由靜止開始加速，然后在同一偏轉(zhuǎn)電場里偏轉(zhuǎn)，在通過加速電場時獲得的動能是否相同？通過偏轉(zhuǎn)電場時，它們是否會分為三股？請說明理由。答案：通過加速電場時獲得的動能Ek=qU,加速電壓相同，二價氦離子電荷量最大，所以二價氦離子獲得動能最大。粒子的偏轉(zhuǎn)量和偏轉(zhuǎn)角由加速電場和偏轉(zhuǎn)電場決定，所以三種粒子不可能分開為三股。vvyy L+-v0+-U1U2v0-qm思考題1）、如果在電極XX之間不加電壓，而在YY之間加不變電壓，使Y的電勢比Y高，電子將打在熒光屏的什么位置？電子沿Y方向向上偏移四、示波器的原理2）、如果在電極XX之間不加電壓，而在YY之間加不

16、變電壓，使Y的電勢比Y高，電子將打在熒光屏的什么位置？電子沿Y方向向下偏移四、示波器的原理3）、如果在電極 YY之間不加電壓，但在XX之間加不變電壓，使X的電勢比X高，電子將打在熒光屏的什么位置？電子沿X方向向里偏移四、示波器的原理4）、如果在電極 YY之間不加電壓，但在XX之間加不變電壓，使X的電勢比X高，電子將打在熒光屏的什么位置？電子沿X方向向外偏移四、示波器的原理5）、如果在電極XX之間不加電壓，但在YY之間加如圖所示的交變電壓，在熒光屏上會看到什么圖形？0tt1電子沿Y方向向上偏移四、示波器的原理6）、如果在電極XX之間不加電壓，但在YY之間加如圖所示的交變電壓，在熒光屏上會看到什么圖形？t1tt2電子沿Y方向向下偏移四、示波器的原理7）、如果在YY之間加如圖所示的交變電壓，同時在XX之間加不變電壓，使X的電勢比X高，在熒光屏上會看到什么圖形？0tt1電子沿Y方向向上偏，沿X方向向里偏四、示波器的原理8）、如果在YY之間加如圖所示的交變電壓，同時在XX之間加不變電壓，使X的電勢比X高，在熒光屏上會看到什么圖形？t1tt2電子沿Y方向向下偏，沿X方向向里偏四、示波器的原理8）、如果在YY之間加如圖所示的交變電壓，同時在X