2019_2020学年高考物理主题1静电场9带电粒子在电场中的运动课件必修3.pptx
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1、,主题1 静电场,9 带电粒子在电场中的运动,学科素养与目标要求,物理观念: 1.了解带电粒子在电场中只受电场力作用时的运动情况. 2.知道示波管的主要构造和工作原理. 科学思维: 能综合运用力学和电学的知识分析、解决带电粒子在电场中的两种典型运动模型.,NEIRONGSUOYIN,内容索引,自主预习,达标检测,课时对点练,预习新知 夯实基础,检测评价 达标过关,注重双基 强化落实,重点探究,启迪思维 探究重点,自主预习,一、带电粒子的加速,1.基本粒子的受力特点:对于质量很小的基本粒子,如电子、质子等,它们受到重力的作用一般 静电力,故可以 . 2.带电粒子的加速: (1)运动分析:带电粒子
2、从静止释放,将沿 方向在匀强电场中做匀加速运动. (2)末速度大小:根据qU ,得v .,远小于,忽略,电场力,二、带电粒子的偏转,如图1所示,质量为m、带电荷量为q的基本粒子(忽略重力),以初速度v0平行于两极板进入匀强电场,极板长为l,极板间距离为d,极板间电压为U. (1)运动性质: 沿初速度方向:速度为 的 运动. 垂直v0的方向:初速度为 的匀加速直线运动.,图1,v0,匀速直线,零,(2)运动规律:,三、示波管的原理,1.示波管主要由 (由发射电子的灯丝、加速电极组成)、 (由一对X偏转电极和一对Y偏转电极组成)和 组成. 2.扫描电压:XX偏转电极接入的是由仪器自身产生的 电压.
3、 3.示波管工作原理:被加热的灯丝发射出热电子,电子经加速电场加速后,以很大的速度进入偏转电场,如果在Y偏转电极上加一个 电压,在X偏转电极上加一 电压,在荧光屏上就会出现按 规律变化的可视图象.,电子枪,偏转电极,荧光屏,锯齿形,信号,扫描,Y偏转电压,即学即用,1.判断下列说法的正误. (1)质量很小的粒子如电子、质子等,在电场中受到的重力可忽略不计.( ) (2)动能定理能分析匀强电场中的直线运动问题,不能分析非匀强电场中的直线运动问题.( ) (3)带电粒子在匀强电场中偏转时,加速度不变,粒子的运动是匀变速曲线运动.( ) (4)示波管电子枪的作用是产生高速飞行的电子束,偏转电极的作用
4、是使电子束偏转,打在荧光屏不同位置.( ),2.如图2所示,M和N是匀强电场中的两个等势面,相距为d,电势差为U,一质量为m(不计重力)、电荷量为q的粒子,以速度v0通过等势面M射入两等势面 之间,则该粒子穿过等势面N的速度应是 .,图2,重点探究,一、带电粒子的加速,如图所示,平行板电容器两板间的距离为d,电势差为U.一质量为m、带电荷量为q的粒子,在电场力的作用下由静止开始从正极板A向负极板B运动.,导学探究,答案 粒子所受电场力大、重力小;因重力远小于电场力,故可以忽略重力.,(1)比较粒子所受电场力和重力的大小,说明重力能否忽略不计(粒子质量是质子质量的4倍,即m41.671027 k
5、g,电荷量是质子的2倍).,(2)粒子的加速度是多大(结果用字母表示)?在电场中做何种运动?,答案 粒子的加速度为a .在电场中做初速度为0的匀加速直线运动.,(3)计算粒子到达负极板时的速度大小.(结果用字母表示,尝试用不同的方法求解),答案 方法1 利用动能定理求解.,方法2 利用牛顿运动定律结合运动学公式求解.,vat,1.带电粒子的分类及受力特点 (1)电子、质子、粒子、离子等基本粒子,一般都不考虑重力. (2)质量较大的微粒:带电小球、带电油滴、带电颗粒等,除有说明或有明确的暗示外,处理问题时一般都不能忽略重力. 2.分析带电粒子在电场力作用下加速运动的两种方法 (1)利用牛顿第二定
6、律Fma和运动学公式,只能用来分析带电粒子的匀变速运动.,知识深化,变速运动和非匀变速运动都适用.,例1 (2017盐城市第三中学期中)如图3所示,在A板附近有一电子由静止开始向B板运动,则关于电子到达B板时的时间和速率,下列说法正确的是 A.两板间距越大,则加速的时间越长,获得的速率越小 B.两板间距越小,则加速的时间越短,获得的速率越小 C.两板间距越小,则加速的时间越短,获得的速率不变 D.两板间距越小,则加速的时间不变,获得的速率不变,图3,解析 由于两极板之间的电压不变,,由此可见,两板间距离越小,加速度越大,电子在电场中一直做匀加速直线运动,,由此可见,两板间距离越小,加速时间越短
7、,,所以电子到达B板时的速率与两板间距离无关,仅与加速电压U有关,故C正确,A、B、D错误.,二、带电粒子的偏转,如图4所示,质量为m、电荷量为q的粒子以初速度v0垂直于电场方向射入两极板间,两平行板间存在方向竖直向下的匀强电场,已知板长为l,板间电压为U,板间距离为d,不计粒子的重力.,图4,1.运动分析及规律应用 粒子在板间做类平抛运动,应用运动分解的知识进行分析处理. (1)在v0方向:做匀速直线运动; (2)在电场力方向:做初速度为零的匀加速直线运动.,2.过程分析 如图5所示,设粒子不与平行板相撞,图5,3.两个重要推论 (1)粒子从偏转电场中射出时,其速度方向的反向延长线与初速度方
8、向的延长线交于一点,此点为粒子沿初速度方向位移的中点. (2)位移方向与初速度方向间夹角的正切值为速度偏转角正切值的 ,即tan tan . 4.分析粒子的偏转问题也可以利用动能定理,即qEyEk,其中y为粒子在偏转电场中沿电场力方向的偏移量.,例2 一束电子流经U15 000 V的加速电压加速后,在距两极板等距离处垂直进入平行板间的匀强电场,如图6所示,两极板间电压U2400 V,两极板间距d2.0 cm,板长L15.0 cm. (1)求电子在两极板间穿过时的偏移量y;,答案 0.25 cm,图6,进入偏转电场,电子在平行于极板的方向上做匀速运动, L1v0t ,代入数据得:y0.25 cm
9、,(2)若平行板的右边缘与屏的距离L25 cm,求电子打在屏上的位置与中心O的距离Y(O点位于平行板水平中线的延长线上);,答案 0.75 cm,解析 如图,由几何关系知:,代入数据得:Y0.75 cm,(3)若另一个质量为m(不计重力)的二价负离子经同一电压U1加速,再经同一偏转电场,射出偏转电场的偏移量y和打在屏上的偏移量Y各是多大?,答案 0.25 cm 0.75 cm,故二价负离子经同样装置后,yy,YY.,学科素养 建立带电粒子在匀强电场中偏转的类平抛运动模型,会用运动的合成和分解的知识分析带电粒子的偏转问题,提高分析综合能力,体现了“科学思维”的学科素养.,例3 长为L的平行金属板
10、水平放置,两极板带等量的异种电荷,板间形成匀强电场,一个带电荷量为q、质量为m的带电粒子,以初速度v0紧贴上极板垂直于电场线方向进入该电场,刚好从下极板边缘射出,射出时速度恰与水平方向成30角,如图7所示,不计粒子重力,求: (1)粒子离开电场时速度的大小;,图7,解析 粒子离开电场时,速度与水平方向夹角为30,,(2)匀强电场的场强大小;,解析 粒子在匀强电场中做类平抛运动, 在水平方向上:Lv0t,在竖直方向上:vyat,,由牛顿第二定律得:qEma,(3)两板间的距离.,解析 粒子在匀强电场中做类平抛运动,在竖直方向上:,解析 两极板间的电压为U,两极板间的距离为d,所以电场强度大小为E
11、 .,针对训练 如图8所示,两个板长均为L的平板电极,平行正对放置,两极板相距为d,极板之间的电势差为U,板间电场可以认为是匀强电场.一个带电粒子(质量为m,电荷量为q,可视为质点)从正极板边缘以某一初速度垂直于电场方向射入两极板之间,到达负极板时恰好落在极板边缘.忽略重力和空气阻力的影响.求: (1)极板间的电场强度E的大小.,图8,(2)该粒子的初速度v0的大小.,解析 带电粒子在极板间做类平抛运动,在平行于极板方向上有Lv0t,(3)该粒子落到负极板时的末动能Ek的大小.,达标检测,1.(带电粒子的直线运动)两平行金属板相距为d,电势差为U,一电子质量为m,电荷量为e,从O点沿垂直于极板
12、的方向射入,最远到达A点,然后返回,如图9所示,OAL,则此电子具有的初动能是,1,2,3,4,图9,解析 电子从O点运动到A点,因受电场力作用,速度逐渐减小. 根据题意和题图判断,电子仅受电场力,不计重力.,1,2,3,4,2.(带电粒子的偏转)如图10所示,带电荷量之比为qAqB13的带电粒子A、B,先后以相同的速度从同一点水平射入平行板电容器中,不计重力,带电粒子偏转后打在同一极板上,水平飞行距离之比为xAxB21,则带电粒子的质量之比mAmB以及在电场中飞行的时间之比tAtB分别为 A.11,23 B.21,32 C.11,34 D.43,21,1,2,3,4,图10,解析 粒子在水平
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