202X_202X學(xué)年高考物理主題1靜電場9帶電粒子在電場中的運動課件（必修3）

1、主題1靜電場9帶電粒子在電場中的運動學(xué)科素養(yǎng)與目標要求物理觀念：1.了解帶電粒子在電場中只受電場力作用時的運動情況.2.知道示波管的主要構(gòu)造和工作原理.科學(xué)思維：能綜合運用力學(xué)和電學(xué)的知識分析、解決帶電粒子在電場中的兩種典型運動模型.NEIRONGSUOYIN內(nèi)容索引自主預(yù)習(xí)達標檢測課時對點練預(yù)習(xí)新知 夯實基礎(chǔ)檢測評價 達標過關(guān)注重雙基 強化落實重點探究啟迪思維 探究重點自主預(yù)習(xí)一、帶電粒子的加速1.基本粒子的受力特點：對于質(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 靜電力，故可以 .2.帶電粒子的加速：(1)運動分析：帶電粒子從靜止釋放，將沿 方向在勻強電場中做勻加速運動.(

2、2)末速度大?。焊鶕?jù)qU ，得v .遠小于忽略電場力二、帶電粒子的偏轉(zhuǎn)如圖1所示，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平行于兩極板進入勻強電場，極板長為l，極板間距離為d，極板間電壓為U.(1)運動性質(zhì)：沿初速度方向：速度為 的 運動.垂直v0的方向：初速度為 的勻加速直線運動.圖圖1v0勻速直線零(2)運動規(guī)律：三、示波管的原理1.示波管主要由 (由發(fā)射電子的燈絲、加速電極組成)、 (由一對X偏轉(zhuǎn)電極和一對Y偏轉(zhuǎn)電極組成)和 組成.2.掃描電壓：XX偏轉(zhuǎn)電極接入的是由儀器自身產(chǎn)生的 電壓.3.示波管工作原理：被加熱的燈絲發(fā)射出熱電子，電子經(jīng)加速電場加速后，以很大的速度進

3、入偏轉(zhuǎn)電場，如果在Y偏轉(zhuǎn)電極上加一個 電壓，在X偏轉(zhuǎn)電極上加一 電壓，在熒光屏上就會出現(xiàn)按 規(guī)律變化的可視圖象.電子槍偏轉(zhuǎn)電極熒光屏鋸齒形信號掃描Y偏轉(zhuǎn)電壓即學(xué)即用1.判斷下列說法的正誤.(1)質(zhì)量很小的粒子如電子、質(zhì)子等，在電場中受到的重力可忽略不計.( )(2)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.( )(3)帶電粒子在勻強電場中偏轉(zhuǎn)時，加速度不變，粒子的運動是勻變速曲線運動.( )(4)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偏轉(zhuǎn)，打在熒光屏不同位置.( )2.如圖2所示，M和N是勻強電場中的兩個等勢面，相距為d，電勢差為U

4、，一質(zhì)量為m(不計重力)、電荷量為q的粒子，以速度v0通過等勢面M射入兩等勢面之間，則該粒子穿過等勢面N的速度應(yīng)是 .圖圖2重點探究一、帶電粒子的加速如圖所示，平行板電容器兩板間的距離為d，電勢差為U.一質(zhì)量為m、帶電荷量為q的粒子，在電場力的作用下由靜止開始從正極板A向負極板B運動.導(dǎo)學(xué)探究答案粒子所受電場力大、重力?。灰蛑亓h小于電場力，故可以忽略重力.(1)比較粒子所受電場力和重力的大小，說明重力能否忽略不計(粒子質(zhì)量是質(zhì)子質(zhì)量的4倍，即m41.671027 kg，電荷量是質(zhì)子的2倍).(2)粒子的加速度是多大(結(jié)果用字母表示)？在電場中做何種運動？答案粒子的加速度為a .在電場中做初速

5、度為0的勻加速直線運動.(3)計算粒子到達負極板時的速度大小.(結(jié)果用字母表示，嘗試用不同的方法求解)答案方法1利用動能定理求解.方法2利用牛頓運動定律結(jié)合運動學(xué)公式求解.vat1.帶電粒子的分類及受力特點(1)電子、質(zhì)子、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：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.2.分析帶電粒子在電場力作用下加速運動的兩種方法(1)利用牛頓第二定律Fma和運動學(xué)公式，只能用來分析帶電粒子的勻變速運動.知識深化變速運動和非勻變速運動都適用.例1(2017鹽城市第三中學(xué)期中)如圖3所示，在A板附近有一電子

6、由靜止開始向B板運動，則關(guān)于電子到達B板時的時間和速率，下列說法正確的是A.兩板間距越大，則加速的時間越長，獲得的速率越小B.兩板間距越小，則加速的時間越短，獲得的速率越小C.兩板間距越小，則加速的時間越短，獲得的速率不變D.兩板間距越小，則加速的時間不變，獲得的速率不變圖圖3解析由于兩極板之間的電壓不變，由此可見，兩板間距離越小，加速度越大，電子在電場中一直做勻加速直線運動，由此可見，兩板間距離越小，加速時間越短，所以電子到達B板時的速率與兩板間距離無關(guān)，僅與加速電壓U有關(guān)，故C正確，A、B、D錯誤.二、帶電粒子的偏轉(zhuǎn)如圖4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

7、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.圖圖41.運動分析及規(guī)律應(yīng)用粒子在板間做類平拋運動，應(yīng)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)在電場力方向：做初速度為零的勻加速直線運動.2.過程分析如圖5所示，設(shè)粒子不與平行板相撞圖圖53.兩個重要推論(1)粒子從偏轉(zhuǎn)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的正切值為速度偏轉(zhuǎn)角正切值的 ，即tan tan .4.分析粒子的偏轉(zhuǎn)問題也可以利用動能定理，即qEyEk，其中y為粒

8、子在偏轉(zhuǎn)電場中沿電場力方向的偏移量.例2一束電子流經(jīng)U15 000 V的加速電壓加速后，在距兩極板等距離處垂直進入平行板間的勻強電場，如圖6所示，兩極板間電壓U2400 V，兩極板間距d2.0 cm，板長L15.0 cm.(1)求電子在兩極板間穿過時的偏移量y；答案0.25 cm圖圖6進入偏轉(zhuǎn)電場，電子在平行于極板的方向上做勻速運動，L1v0t 代入數(shù)據(jù)得：y0.25 cm(2)若平行板的右邊緣與屏的距離L25 cm，求電子打在屏上的位置與中心O的距離Y(O點位于平行板水平中線的延長線上)；答案0.75 cm解析如圖，由幾何關(guān)系知：代入數(shù)據(jù)得：Y0.75 cm(3)若另一個質(zhì)量為m(不計重力)

9、的二價負離子經(jīng)同一電壓U1加速，再經(jīng)同一偏轉(zhuǎn)電場，射出偏轉(zhuǎn)電場的偏移量y和打在屏上的偏移量Y各是多大？答案0.25 cm0.75 cm故二價負離子經(jīng)同樣裝置后，yy，YY.學(xué)科素養(yǎng)建立帶電粒子在勻強電場中偏轉(zhuǎn)的類平拋運動模型，會用運動的合成和分解的知識分析帶電粒子的偏轉(zhuǎn)問題，提高分析綜合能力，體現(xiàn)了“科學(xué)思維”的學(xué)科素養(yǎng).例3長為L的平行金屬板水平放置，兩極板帶等量的異種電荷，板間形成勻強電場，一個帶電荷量為q、質(zhì)量為m的帶電粒子，以初速度v0緊貼上極板垂直于電場線方向進入該電場，剛好從下極板邊緣射出，射出時速度恰與水平方向成30角，如圖7所示，不計粒子重力，求：(1)粒子離開電場時速度的大小

10、；圖圖7解析粒子離開電場時，速度與水平方向夾角為30，(2)勻強電場的場強大小；解析粒子在勻強電場中做類平拋運動，在水平方向上：Lv0t，在豎直方向上：vyat，由牛頓第二定律得：qEma(3)兩板間的距離.解析粒子在勻強電場中做類平拋運動，在豎直方向上：解析兩極板間的電壓為U，兩極板間的距離為d，所以電場強度大小為E .針對訓(xùn)練如圖8所示，兩個板長均為L的平板電極，平行正對放置，兩極板相距為d，極板之間的電勢差為U，板間電場可以認為是勻強電場.一個帶電粒子(質(zhì)量為m，電荷量為q，可視為質(zhì)點)從正極板邊緣以某一初速度垂直于電場方向射入兩極板之間，到達負極板時恰好落在極板邊緣.忽略重力和空氣阻力

11、的影響.求：(1)極板間的電場強度E的大小.圖圖8(2)該粒子的初速度v0的大小.解析帶電粒子在極板間做類平拋運動，在平行于極板方向上有Lv0t(3)該粒子落到負極板時的末動能Ek的大小.達標檢測1.(帶電粒子的直線運動)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入，最遠到達A點，然后返回，如圖9所示，OAL，則此電子具有的初動能是1234圖圖9解析電子從O點運動到A點，因受電場力作用，速度逐漸減小.根據(jù)題意和題圖判斷，電子僅受電場力，不計重力.12342.(帶電粒子的偏轉(zhuǎn))如圖10所示，帶電荷量之比為qAqB13的帶電粒子A、B，先后以相同的速度

12、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(zhuǎn)后打在同一極板上，水平飛行距離之比為xAxB21，則帶電粒子的質(zhì)量之比mAmB以及在電場中飛行的時間之比tAtB分別為A.11,23 B.21,32C.11,34 D.43,211234圖圖10解析粒子在水平方向上做勻速直線運動xv0t，由于初速度相同，xAxB21，1234且yAyB，故aAaBtB2tA214.綜上所述，D項正確.3.(示波管的原理)(多選)示波管的構(gòu)造如圖11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(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1234圖圖11解析根據(jù)亮斑的位置，電

13、子偏向XY區(qū)間，說明電子受到電場力作用發(fā)生了偏轉(zhuǎn)，因此極板X、極板Y均應(yīng)帶正電.4.(帶電粒子的加速和偏轉(zhuǎn))(2018宿遷市高一下期末)如圖12所示，電子從靜止開始被U180 V的電場加速，沿直線垂直進入另一個場強為E6 000 V/m的勻強偏轉(zhuǎn)電場，而后電子從右側(cè)離開偏轉(zhuǎn)電場.已知電子比荷為 不計電子的重力，偏轉(zhuǎn)極板長為L6.0102 m.求：(1)電子經(jīng)過電壓U加速后的速度vx的大??；答案8106 m/s圖圖121234(2)電子在偏轉(zhuǎn)電場中運動的加速度a的大??；答案1.11015 m/s2解析電子在偏轉(zhuǎn)電場中受到豎直向下的電場力，1234(3)電子離開偏轉(zhuǎn)電場時的速度方向與剛進入該電場時

14、的速度方向之間的夾角.答案45在豎直方向上做初速度為零的勻加速直線運動，1234課時對點練123456789 101112123456789 1011122.如圖1所示，一個平行板電容器充電后與電源斷開，從負極板處由靜止釋放一個電子(不計重力)，設(shè)其到達正極板時的速度為v1，加速度為a1.若將兩極板間的距離增大為原來的2倍，再從負極板處由靜止釋放一個電子，設(shè)其到達正極板時的速度為v2，加速度為a2，則A.a1a211，v1v212B.a1a221，v1v212C.a1a221，v1v2 1D.a1a211，v1v21123456789 101112圖圖1解析電容器充電后與電源斷開，增大兩極板間

15、的距離時，場強不變，電子在電場中受到的電場力不變，故a1a211，123456789 101112因兩極板間的距離增大為原來的2倍，由UEd知，電勢差U增大為原來的2倍，3.(多選)如圖2所示，M、N是真空中的兩塊平行金屬板，質(zhì)量為m、電荷量為q的帶電粒子以初速度v0由小孔射入板間電場，當M、N間電勢差為U時，粒子恰好能到達N板.要使這個帶電粒子到達M、N板間距的 后返回，下列措施中能滿足要求的是(不計帶電粒子的重力)A.使初速度減小為原來的 B.使M、N間電勢差加倍C.使M、N間電勢差提高到原來的4倍D.使初速度和M、N間電勢差都減小為原來的123456789 101112圖圖24.(201

16、7江蘇單科)如圖3所示，三塊平行放置的帶電金屬薄板A、B、C中央各有一小孔，小孔分別位于O、M、P點.由O點靜止釋放的電子恰好能運動到P點.現(xiàn)將C板向右平移到P點，則由O點靜止釋放的電子A.運動到P點返回B.運動到P和P點之間返回C.運動到P點返回D.穿過P點123456789 101112圖圖3B、C兩板間的電場強度不變，由O點靜止釋放的電子仍然可以運動到P點，并且會原路返回，故選項A正確. 123456789 101112考點二帶電粒子的偏轉(zhuǎn)5.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

17、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的比荷圖圖4123456789 101112解析粒子在電場中做類平拋運動，123456789 1011126.(2018人大附中高二期中)如圖5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(zhuǎn)電壓為U1時，帶電粒子沿軌跡從兩板正中間飛出；當偏轉(zhuǎn)電壓為U2時，帶電粒子沿軌跡落到B板中間；設(shè)粒子兩次射入電場的水平速度相同，則兩次偏轉(zhuǎn)電壓之比為A.U1U218 B.U1U214C.U1U212 D.U1U211圖圖5123456789 101112解析帶電粒子在勻強電場中做

18、類平拋運動，水平位移為xv0t，兩次運動的水平位移之比為21，兩次運動的水平速度相同，故運動時間之比為t1t221，123456789 101112故兩次偏轉(zhuǎn)電壓之比為U1U218，故A正確.7.如圖6所示，一重力不計的帶電粒子以初速度v0射入水平放置、距離為d的兩平行金屬板間，射入方向沿兩極板的中心線.當極板間所加電壓為U1時，粒子落在A板上的P點.如果將帶電粒子的初速度變?yōu)?v0，同時將A板向上移動 后，使粒子由原入射點射入后仍落在P點，則極板間所加電壓U2為A.U23U1 B.U26U1C.U28U1 D.U212U1123456789 101112圖圖6解析板間距離為d，射入速度為v0

19、，板間電壓為U1時，123456789 101112考點三帶電粒子的加速和偏轉(zhuǎn)示波管的原理8.(多選)(2017揚州市高一期末)如圖7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(zhuǎn)電場，如果在偏轉(zhuǎn)電極上加一個電壓，則電子束將會偏轉(zhuǎn)，并飛出偏轉(zhuǎn)電場.下面措施中能使電子偏轉(zhuǎn)距離變大的是A.盡可能把偏轉(zhuǎn)極板L做得長一點B.盡可能把偏轉(zhuǎn)極板L做得短一點C.盡可能把偏轉(zhuǎn)極板間的距離d做得小一點D.將電子槍的加速電壓提高圖圖7123456789 101112解析設(shè)加速電壓為U1，設(shè)偏轉(zhuǎn)電壓為U2，123456789 1011129.圖8甲為示波管的原理圖.如果在電極YY之間所加的電壓按圖乙所示的規(guī)律

20、變化，在電極XX之間所加的電壓按圖丙所示的規(guī)律變化，則在熒光屏上會看到的圖形是圖圖8123456789 101112123456789 101112解析由于電極XX之間所加的是掃描電壓，電極YY之間所加的電壓為信號電壓，所以熒光屏上會看到B選項所示的圖形.二、非選擇題10.(2018清華附中高二期中)如圖9所示，電子由靜止開始經(jīng)加速電場加速后，沿平行于板面的方向射入偏轉(zhuǎn)電場，并從另一側(cè)射出，已知電子質(zhì)量為m，電荷量為e，加速電場電壓為U0，偏轉(zhuǎn)電場可看做勻強電場，極板間電壓為U，極板長度為L，板間距為d.圖圖9123456789 101112(1)忽略電子所受重力，求電子射入偏轉(zhuǎn)電場時初速度v0和從電場射出時沿垂直板面方向的偏轉(zhuǎn)距離y；答案見解析解析電子在加速電場中加速，根據(jù)動能定理，則有：123456789 101112電子在偏轉(zhuǎn)電場中做類平拋運動，將其運動分解成平行于板面方向的勻速直線運動與平行于電場強度方向的初速度為零的勻加速直線運動，則有：平行于板面方向的位移為：Lv0t，(2)分析物理量的數(shù)量級，是解決物理問題的常用方法，在解決(1)問時忽略了電子