人教版高中物理必修第三冊第十章靜電場中的能量10-5帶電粒子在電場中的運動課件

第十章靜電場中的能量學(xué)習(xí)目標(biāo)1.通過對電場加速器的工作原理的初步了解,認(rèn)識電場對帶電粒子的作用.會從運動和力的關(guān)系的角度、功和能量變化的關(guān)系的角度計算帶電粒子在電場中的運動問題,培養(yǎng)抽象思維能力和解決實際問題的能力.2.通過建立帶電粒子沿電場線進(jìn)入勻強(qiáng)電場中做直線運動的模型,提高學(xué)生構(gòu)建物理模型的意識和能力.3.通過實驗了解帶電粒子在電場中的偏轉(zhuǎn)問題,了解示波管的主要構(gòu)造和工作原理.會計算帶電粒子在電場中的偏轉(zhuǎn)問題,體會靜電場知識對科學(xué)技術(shù)的影響.5帶電粒子在電場中的運動知識點一帶電粒子在電場中的加速在現(xiàn)代科學(xué)實驗和技術(shù)設(shè)備中,常常利用電場來改變或控制帶電粒子的運動.利用電場使帶電粒子加速,就是其中一種情況.右圖中展示的是一臺醫(yī)用電子直線加速器.(1)運動狀態(tài)分析:電子(不計重力)沿電場方向射入加速器提供的勻強(qiáng)電場時,若所受靜電力與速度方向

,則粒子做勻加速直線運動;若所受靜電力與速度方向

,則粒子做勻減速直線運動.同向反向(2)若電子在加速器中做初速度為0的勻加速直線運動,已知電子質(zhì)量為m、電荷量為e,加速器提供電場強(qiáng)度為E的勻強(qiáng)電場,加速距離為x,如何求電子的末速度?

知識點二帶電粒子在電場中的偏轉(zhuǎn)如圖所示,質(zhì)量為m、電荷量為q的粒子(忽略重力),以初速度v0平行于兩極板進(jìn)入勻強(qiáng)電場.(1)運動狀態(tài)分析:帶電粒子的初速度方向跟電場方向垂直,靜電力方向跟速度方向

同一直線上,帶電粒子的運動軌跡將發(fā)生

,帶電粒子的運動軌跡是一條

,類似

的軌跡.不在偏轉(zhuǎn)拋物線平拋運動(2)運動規(guī)律分析:對這種帶電粒子運動規(guī)律的分析思路,跟分析

是一樣的,即將帶電粒子的運動沿初速度方向和靜電力方向進(jìn)行分解.①沿

方向的分運動為勻速直線運動.②沿

方向的分運動為初速度為0的勻加速直線運動.平拋運動初速度靜電力知識點三示波管的原理1.結(jié)構(gòu):如圖所示,示波器的核心部件是

,它由電子槍、

和熒光屏組成,管內(nèi)抽成

.甲示波管的結(jié)構(gòu)

乙熒光屏(從右向左看)示波管偏轉(zhuǎn)電極真空2.工作原理:如果在偏轉(zhuǎn)電極XX'之間和偏轉(zhuǎn)電極YY'之間都沒有加電壓,電子束從電子槍射出后沿直線運動,打在熒光屏中心,在那里產(chǎn)生一個

.示波管的YY'偏轉(zhuǎn)電極上加的是待測的

電壓.XX'偏轉(zhuǎn)電極通常接入儀器自身產(chǎn)生的鋸齒形電壓,叫作

電壓.如果信號電壓是周期性的,并且掃描電壓與信號電壓的周期

,那么,就可以在熒光屏上得到待測信號隨時間變化的穩(wěn)定圖像了.亮斑信號掃描相同小試身手判斷下列說法的正誤并和同學(xué)交流(正確的打“√”,錯誤的打“×”).1.分析基本帶電粒子在電場中的受力時,有時不考慮重力.(

)2.帶電粒子僅在靜電力作用下運動時,動能一定增加.(

)3.帶電粒子在勻強(qiáng)電場中不一定沿所受靜電力的方向運動.(

)4.帶電粒子在勻強(qiáng)電場中無論是做直線運動還是做曲線運動,均做勻變速運動.(

)5.示波器是用來觀察電信號隨時間變化的情況的電子儀器.(

)6.示波器的核心部件是電子槍.(

)√×√√√×探究一帶電粒子在電場中的加速問題問題情境如圖所示,在真空中有一對平行金屬板,兩板間電勢差為U.若一個質(zhì)量為m,電荷量為q的負(fù)粒子(重力不計),在靜電力作用下由靜止從負(fù)極板附近向正極板運動.1.帶電粒子做什么運動?試從動力學(xué)和運動學(xué)的角度分析帶電粒子到達(dá)正極板的速度為多大.

2.試從功能關(guān)系角度出發(fā),用動能定理求帶電粒子到達(dá)正極板的速度.

3.上述問題中,兩塊金屬板是平行的,兩板間的電場是勻強(qiáng)電場.如果兩金屬板是其他形狀,中間的電場不再均勻,上面的方法和結(jié)果是否仍然適用?為什么?答案:仍然適用.因為不管是不是勻強(qiáng)電場,靜電力做功都可以用W=qU計算,動能定理仍然適用.4.若帶電粒子的初速度為v0,則粒子到達(dá)正極板的速度是多大?

過程建構(gòu)1.帶電粒子的分類及受力特點.(1)帶電的基本粒子,如電子、質(zhì)子、α粒子、正離子、負(fù)離子等,通常這些粒子所受重力和靜電力相比要小得多,除非有特別的說明或明確的標(biāo)示,一般都不考慮重力(但并不能忽略質(zhì)量).(2)帶電微粒:帶電小球、帶電液滴、帶電顆粒、帶電塵埃等,除非有特別的說明或明確的標(biāo)示,一般都要考慮重力.某些帶電體,是否考慮重力,需要根據(jù)題目說明或運動狀態(tài)來判定.2.處理帶電粒子在電場中加速問題的兩種思路.項目動力學(xué)、運動學(xué)角度功能關(guān)系角度應(yīng)用知識牛頓第二定律以及勻變速直線運動公式功的公式及動能定理適用條件勻強(qiáng)電場,靜電力是恒力勻強(qiáng)電場、非勻強(qiáng)電場;靜電力為恒力、變力【典例1】下圖為電子槍的工作原理示意圖,金屬絲被加熱后可以發(fā)射電子,發(fā)射出的電子被加速電場加速,穿出金屬板上的小孔后,形成高速運動的電子束.其中加熱電源的電壓為E,加速電壓為U.下列說法正確的是 (

)A.加熱電源的正、負(fù)不能接反B.加速電壓的正、負(fù)不能接反C.加速電場的電場線從金屬絲發(fā)出,終止于金屬板D.電子被加速時,一定是沿著電場線運動的解析:金屬絲被加熱后可以發(fā)射電子,電源的正、負(fù)互換不影響,選項A錯誤;電子加速時,當(dāng)加速電壓正、負(fù)互換,電子不能被加速,選項B正確;電場線從正極板發(fā)出,終止于負(fù)極板,選項C錯誤;金屬板與金屬絲間加速電場的電場線有直線,也有曲線,則電子加速時可能不沿著電場線運動,選項D錯誤.答案:B【變式】如圖所示,電子由靜止開始從A板向B板運動,到達(dá)B板時的速度為v,保持兩板間的電壓不變,則 (

)A.當(dāng)增大兩板間的距離時,速度v增大B.當(dāng)減小兩板間的距離時,速度v減小C.當(dāng)減小兩板間的距離時,速度v不變D.當(dāng)減小兩板間的距離時,電子在兩板間運動的時間變長

答案:C探究二帶電粒子在電場中的偏轉(zhuǎn)問題情境如圖所示,帶負(fù)電的粒子以速度v0垂直于電場線方向飛入兩平行板間的勻強(qiáng)電場中.粒子的電荷量為q,質(zhì)量為m(不計重力).平行板長為l,兩板間距為d,電勢差為U.1.粒子在電場中做什么運動?同什么運動的運動特點類似?答案:粒子的初速度方向與靜電力的方向垂直,且靜電力恒定,故粒子做勻變速曲線運動,類似于平拋運動.2.粒子在電場中的運動可以分解為哪兩種運動?答案:粒子在初速度的方向上不受力,做勻速直線運動;在靜電力方向上,做初速度為0的勻加速直線運動.3.若粒子能從電場中飛出,粒子的偏轉(zhuǎn)距離y和離開電場時的偏轉(zhuǎn)角度α的正切值為多大?

過程建構(gòu)

【典例2】下圖是示波器的原理示意圖,金屬絲發(fā)射出來的電子被加速后從小孔穿出,進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場.設(shè)加速電壓U1=1640V,偏轉(zhuǎn)極板長l=4m,金屬板間距d=1cm.當(dāng)電子加速后從兩金屬板的中央沿與板平行的方向進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場.偏轉(zhuǎn)電壓U2為多大時,電子束的偏轉(zhuǎn)距離最大?

課堂評價答案:C1.一個電子僅在靜電力的作用下以一定的初速度v0從A點沿電場線向B點運動,如圖所示,若規(guī)定向右的方向為正方向,ABCD則下列位移—時間或速度—時間圖像中能正確描述電子運動情況的是(

)答案:D

A.加速度更大B.運動時間更長C.動能增量更大D.電勢能增量與沿a軌跡運動時相同3.如圖所示,在一對帶等量異種電荷的平行金屬板間,某帶電粒子只在靜電力作用下沿虛線從A運動到B,則 (

)答案:CA.粒子帶負(fù)電B.從A到B電場強(qiáng)度增大C.從A到B粒子動能增加D.從A到B粒子電勢能增加4.(多選)四個帶電粒子的電荷量和質(zhì)量分別為(+q,m)、(+q,2m)、(+3q,3m)、(-q,m),它們先后以相同的速度從坐標(biāo)原點沿x軸正方向射入一勻強(qiáng)電場中,電場方向與y軸平行.不計重力,下列描繪這四個粒子運動軌跡的圖像中,可能正確的是 (

)ABCD

如果電場線平行于y軸向下,則正電荷向下偏轉(zhuǎn)、負(fù)電荷向上偏轉(zhuǎn),(+q,m)與(+3q,3m)重合,且(+q,m)與(-q,m)關(guān)于x軸對稱,在t時刻沿y方向的位移大于(+q,2m),選項A正確,選項B、C錯誤;如果電場線平行于y軸向上,則正電荷向上偏轉(zhuǎn)、負(fù)電荷向下偏轉(zhuǎn),(+q,m)與(+3q,3m)重合,且(+