人教版高中物理必修三 （帶電粒子在電場中的運動）教育教學課件

帶電粒子在電場中的運動

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)題目暗示或運動狀態(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：運動學方法二：動能定理

復雜，且只適用于勻強電場簡單，適用于任何電場一、帶電粒子的加速

注意：求電場力做功時，電勢差應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+

+

速度方向與受力方向不共線勻變速曲線運動受力為恒力將運動分解平行于極板方向：垂直于極板方向：類平拋運動勻速直線初速度為0的勻加速直線二、帶電粒子的偏轉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+

二、帶電粒子的偏轉+

示波器：用來觀察電信號隨時間變化的電子儀器。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

示波管的構造及原理三、示波管

加速電壓

電子槍偏轉電極亮斑亮斑熒光屏

三、示波管

三、示波管加速電壓

電子槍偏轉電極亮斑亮斑熒光屏

三、示波管加速電壓

電子槍偏轉電極亮斑亮斑熒光屏

三、示波管加速電壓

電子槍偏轉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電場中，偏轉后打在同一熒光屏上，則它們（）A．側移相同B．偏轉角相同C．到達屏上同一點D．到達屏上不同點【答案】ABC

一、粒子的加速二、粒子的偏轉三、示波管方法：動能定理

【適用于任何電場，注意：電勢差應該為初末位置的電勢差】方法：類平拋運動平行于極板方向：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動

1.會分析帶電粒子在電場中的直線運動，掌握求解帶電粒子直線

運動問題的兩種方法.2.會用運動的合成與分解的知識，分析帶電粒子在電場中的偏轉

問題.3.了解示波管的主要構造和工作原理.學習目標知識梳理重點探究隨堂演練內(nèi)容索引NEIRONGSUOYIN課時對點練一、帶電粒子在電場中的加速知識梳理分析帶電粒子的加速問題有兩種思路：1.利用

定律結合勻變速直線運動公式分析.適用于電場是

.2.利用靜電力做功結合動能定理分析.對于勻強電場和非勻強電場都適用，公式有qEd＝

mv2－

mv02(勻強電場)或qU＝

mv2－

mv02(任何電場)等.牛頓第二勻強電場如圖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平行于兩極板進入勻強電場，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圖1(1)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.v0勻速直線零(2)運動規(guī)律：①偏移距離：因為t＝____，a＝_____，偏移距離y＝

at2＝________.②偏轉角度：因為vy＝at＝______，tanθ＝

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

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

)(3)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.(

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

)即學即用×√×√2.下列粒子從靜止狀態(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探究答案電子、質(zhì)子、α粒子在電場中所受靜電力遠大于重力，故重力可忽略不計.導學探究(1)研究電子、質(zhì)子、α粒子在電場中的運動時，重力能否忽略不計？(2)帶電粒子在勻強電場或非勻強電場中加速，計算末速度，分別應用什么規(guī)律研究？答案分析帶電粒子在勻強電場中的加速運動，可以用牛頓運動定律結合運動學公式列式求解，也可以用動能定理列式求解.分析帶電粒子在非勻強電場中的加速運動，可以用動能定理或功能關系求解.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，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，處理問題時一般都不能忽略重力.知識深化2.分析帶電粒子在靜電力作用下加速運動的兩種方法(1)利用牛頓第二定律F＝ma和運動學公式，只能用來分析帶電粒子的勻變速運動.例１

(多選)如圖2所示，電子由靜止開始從A板向B板運動，當?shù)竭_B板時速度為v，保持兩板間電壓不變，則A.當增大兩板間距離時，v也增大B.當減小兩板間距離時，v增大C.當改變兩板間距離時，v不變D.當增大兩板間距離時，電子在兩板間運動的時間也增大√√圖2解析根據(jù)動能定理研究電子由靜止開始從A板向B板的運動，列出等式：v與兩板間距無關，所以當改變兩板間的距離時，v不變，A、B錯，C對.由此可見，當增大兩板間的距離時，電子在兩板間的運動時間增大，D對.二、帶電粒子在電場中的偏轉如圖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電場，已知板長為l，板間電壓為U，板間距離為d，不計粒子的重力.圖31.運動分析及規(guī)律應用粒子在板間做類平拋運動，應用運動分解的知識進行分析處理.(1)在v0方向：做勻速直線運動；(2)在靜電力方向：做初速度為零的勻加速直線運動.2.過程分析如圖4所示，設粒子不與平行板相撞圖43.兩個重要推論(1)粒子從偏轉電場中射出時，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，此點為粒子沿初速度方向位移的中點.(2)位移方向與初速度方向間夾角α的正切值為速度偏轉角θ正切值的

，即tanα＝

tanθ.4.分析粒子的偏轉問題也可以利用動能定理，即qEy＝ΔEk，其中y為粒子在偏轉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入平行板間的勻強電場，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，兩個極板上最多能加多大電壓？圖5答案40V進入偏轉電場后，電子在平行于板面的方向上不受力的作用，做勻速直線運動，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，所以質(zhì)子仍可從兩板間飛出.例3

(2020·吉化一中期中)一個電荷量為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垂直進入一個電壓為U2＝2400V的偏轉電場，然后打在垂直于O1O2放置的熒光屏上的P點，偏轉電場兩極板間距為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.整個裝置如圖6所示，(不計粒子的重力)求：圖6(1)粒子出加速電場時的速度v0的大小；答案8×104m/s代入數(shù)據(jù)解得v0＝8×104m/s.(2)粒子出偏轉電場時的偏移距離y；答案0.03m解析粒子進入偏轉電場后做類平拋運動，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點到O2的距離y′.答案0.09m解得y′＝3y＝0.09m.1.(帶電粒子的偏轉)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水平射入平行板電容器中，不計重力，帶電粒子偏轉后打在同一極板上，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.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動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項正確.2.(帶電粒子的偏轉)(2020·安慶市期末)一勻強電場的方向豎直向下，t＝0時刻，一重力不計的帶正電粒子以一定初速度v0水平射入該電場中，t時刻該帶電粒子的動能為Ek，則Ek－t關系圖像可表示為123√解析帶電粒子垂直進入勻強電場后做類平拋運動，在沿電場方向上，向下做初速度為零的勻加速直線運動，123則說明Ek－t關系圖像為一條拋物線，時間為零時，粒子動能不為零，故D正確，A、B、C錯誤.3.(帶電粒子的加速和偏轉)如圖8所示，電子由靜止開始被U＝180V的電場加速，沿直線垂直進入另一個場強為E＝6000V/m的勻強偏轉電場，而后電子從右側離開偏轉電場.已知電子比荷為

≈×1011C/kg，不計電子的重力，偏轉極板長為L＝6.0×10－2m.求：(1)電子經(jīng)過電壓U加速后的速度vx的大?。?23圖8答案8×106m/s解得vx＝8×106m/s(2)電子在偏轉電場中運動的加速度a的大小(計算結果保留兩位有效數(shù)字)；123答案1.1×1015m/s2解析電子在偏轉電場中受到豎直向下的靜電力，(3)電子離開偏轉電場時的速度方向與剛進入該電場時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動，考點一帶電粒子的直線運動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點沿垂直于極板的方向射出，最遠到達A點，然后返回，如圖1所示，OA＝L，則此電子具有的初動能是基礎對點練課時對點練12345678910111213圖1√解析電子從O點運動到A點，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板運動，則關于電子在兩板間的運動情況，下列敘述正確的是12345678910111213圖2A.兩板間距離增大，不影響加速時間B.兩板間距離越小，加速度就越大，則電子到達Q

板時的速度就越大C.電子到達Q板時的速度與板間距離無關，僅與加

速電壓有關D.電子的加速度和末速度都與板間距離無關√12345678910111213可知兩板間距離增大，加速時間增大，A錯誤；電子到達Q板時的速度與板間距離無關，僅與加速電壓有關，B錯誤，C正確；電子的加速度與板間距離有關，末速度與板間距離無關，D錯誤.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，兩粒子同時從靜止開始運動.已知兩粒子同時經(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動，12345678910111213設兩粒子經(jīng)過同一平面的時間為t，聯(lián)立可解得M∶m＝3∶2，選項A正確.考點二帶電粒子的偏轉4.如圖4所示，a、b兩個帶正電的粒子，以相同的速度先后垂直于電場線從同一點進入平行板間的勻強電場后，a粒子打在B板的a′點，b粒子打在B板的b′點，若不計重力，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動，123456789101112135.如圖5所示，兩極板與電源相連接，電子從負極板邊緣垂直電場方向射入勻強電場，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，則兩極板的間距應變?yōu)樵瓉淼腁.4倍

B.2倍

C.

D.√12345678910111213圖5解析設電子的質(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，電場強度為E，電子做類平拋運動，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，兩極板的間距應變?yōu)樵瓉淼?倍.故A正確，B、C、D錯誤.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電油滴.假設油滴以相同的水平速度射入接有恒定電壓的兩水平正對金屬板之間，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運動到板的中點上.不計空氣阻力及油滴間的相互作用，則A.沿直線①運動的所有油滴質(zhì)量都相等B.沿直線①運動的所有油滴電荷量都相等C.沿曲線②、③運動的油滴，運動時間之

比為1∶2D.沿曲線②、③運動的油滴，加速度大小

之比為1∶4√12345678910111213圖6解析設兩水平正對金屬板之間的電場強度為E，12345678910111213沿曲線②、③運動的油滴，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錯誤，D正確.7.(多選)示波管的構造如圖7所示.如果在熒光屏上P點出現(xiàn)亮斑，那么示波管中的A.極板X應帶正電

B.極板X′應帶正電C.極板Y應帶正電

D.極板Y′應帶正電√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，因此極板X、極板Y均應帶正電.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電場，當偏轉電壓為U1時，帶電粒子沿①軌跡從兩板正中間飛出；當偏轉電壓為U2時，帶電粒子沿②軌跡落到B板中間；設粒子兩次射入電場的水平速度相同，則兩次偏轉電壓之比為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電場中做類平拋運動，水平位移為x＝v0t，12345678910111213兩次運動的水平位移之比為2∶1，兩次運動的水平速度相同，故運動時間之比為t1∶t2＝2∶1，故兩次偏轉電壓之比為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入偏轉電場，如果在偏轉電極上加一個電壓，則電子束將會偏轉，并飛出偏轉電場.下面措施中能使電子偏轉距離變大的是A.盡可能把偏轉極板L做得長一點B.盡可能把偏轉極板L做得短一點C.盡可能把偏轉極板間的距離d做得小一點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)同一勻強電場偏轉，最后打在熒光屏上，那么A.經(jīng)過加速電場的過程中，靜電力對氚核做的功最多B.經(jīng)過偏轉電場的過程中，靜電力對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解析設偏轉極板的長度為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A錯誤；12345678910111213又因為出射點的位置相同，出射速度的方向也相同，故三種原子核打在屏上同一點，故選項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C錯誤.11.將一帶電粒子以初速度v0沿水平方向從A點射入方向豎直向上的勻強電場中，粒子從B點飛出電場時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，不計粒子的重力，設粒子的質(zhì)量為m，電荷量的絕對值為q.(1)該勻強電場的電場強度為多大？12345678910111213圖11解析設粒子在電場中運動的時間為t，則水平方向上有L＝v0t12345678910111213(2)A、B兩點的電勢差UAB為多大？12345678910111213解析由粒子偏轉方向可