【物理】1.9《带电粒子在电场中的运动》教案(新人教版选修3-1)

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,【物理】1.9带电粒子在电场中的运动教案(新人教版选修3-1),3,、某些带电体是否考虑重力，要根据题目暗示或运动状态来判定,电场中的带电粒子一般可分为两类：,1,、带电的基本粒子：如电子，质子，,粒子，正负离子等。这些粒子所受重力和电场力相比小得多，除非有说明或明确的暗示以外，一般都不考虑重力。（但并不能忽略质量）。,2,、带电微粒：如带电小球、液滴、尘埃等。除非有说明或明确的暗示以外，一般都考虑重力。,带电粒子在匀强电场中,运动情况：,受到恒定的电场力,受力情况：,做匀变速运动,一,.,带电粒子在电场中的加速,用牛顿运动定律分析,用动能定理分析,E,1,（加速电压）,q,U,m,+,_,带电粒子的加速,d,1,、受力分析,:,水平向右的电场力,F,qE=qU/d,F,2,、运动分析,:,初速度为零，加速度为,a=qU/md,的向右匀加速直线运动。,解法一运用运动学知识求解,解法二运用动能定理知识求解,粒子加速后的速度只与加速电压有关,思考题,如两极板间不是匀强电场该用何种方法求解？为什么？,由于电场力做功与场强是否匀强无关，与运动路径也无关，第二种方法,仍,适用！,所以,例,1,解：由动能定理，得,代入数值得：,v=3.010,7,m/s,结论：,由于电场力做功与场强是否匀强无关，与运动路径也无关，所以在处理电场对带电粒子的加速问题时，一般都是利用动能定理进行处理。,如图所示，在,P,板附近有一电子由静止开始向,Q,板运动，则关于电子在两板间的运动情况，下列叙述正确的是：,( ),A.,两板间距越大，加速的时间越长,B.,两板间距离越小，加速度就越大，则电子到达,Q,板时的速度就越大,C.,电子到达,Q,板时的速度与板间距离无关，仅与加速电压有关,D.,电子的加速度和末速度都与板间距离无关,AC,强化练习,l,d,+,- - - - - - - - - - - - -,+ + + + + + + + + + + +,U,v,0,q,、,m,二,.,带电粒子在电场中的偏转,l,d,+,- - - - - - - - - - - - -,+ + + + + + + + + + + +,U,v,0,q,、,m,F,+,v,v,0,v,y,y,偏转角,侧移,二,.,带电粒子在电场中的偏转,试根据类平抛运动的知识，推导偏移量,y,和偏转角,1.,受力分析：粒子受到竖直向下的静电力,F,qE,=,qU/d,。,2,.,运动规律分析,:,作类平抛运动,。,x,方向：,匀速直线运动,Y,方向：,加速度为 的匀,加速直线运动。,v,v,0,v,y,3.,x,方向,4.,y,方向,5,、离开电场时的偏转角的正切：,v,0,v,+,+,+,+,+,+,y,v,y,F,-,-,-,-,-,-,v,0,Y,d,U,Y,q,L,结论：带电粒子初速度垂直于电场方向飞入匀强电场的问题就是一个类平抛的问题。,粒子在与电场垂直的方向上做匀速直线运动,粒子在与电场平行的方向上做初速为零的匀加速运动,=0.36cm,强化练习,L,三、 加速和偏转一体,+,+,+,+,+,+,-,-,-,-,-,-,v,v,0,v,y,+,_,U,1,U,2,v,0,-,q,m,y,O,四,、示波器的原理,1.,示波器作用：是一种用来观察电信号随时间变化的电子仪器。,2.,它的核心部件是示波管：由电子枪、偏转电极和荧光屏组成，管内抽成真空。,产生高速飞行的电子束,使电子沿,x,方向偏移,四、示波器的原理,使电子沿,y,方向,偏移,已知：,U,1,、,l,、,YY,偏转电极的电压,U,2,、板间距,d,、,板端到荧光屏的距离,L,。,求：电子射出偏转电场时的偏向角正切值,tan,及打到屏上电子的偏移量,y,。,偏移量与,YY,偏转电极的电压,U,2,成正比,3.,原理,如图所示，有一电子,(,电量为,e,、质量为,m),经电压,U,0,加速后，沿平行金属板,A,、,B,中心线进入两板，,A,、,B,板间距为,d,、长度为,L,，,A,、,B,板间电压为,U,，屏,CD,足够大，距离,A,、,B,板右边缘,2L,，,AB,板的中心线过屏,CD,的中心且与屏,CD,垂直。试求电子束打在屏上的位置到屏中心间的距离。,强化练习,L,2L,课堂小结：,一、利用电场使带电粒子加速,二、利用电场使带电粒子偏转,三、加速与偏转一体,1,、,下列粒子由静止经加速电压为,U,的电场加速后，哪种粒子动能最大 （ ） 哪种粒子速度最大 （ ）,A,、质子,B,、电子,C,、氘核,D,、氦核,强化练习,D,B,e/m,1840e/m,e/2m,2e/4m,2,、,如图所示的电场中有,A,、,B,两点，,A,、,B,的电势差,U,AB,100V,，一个质量为,m=2.010,-12,kg,、电量为,q=-5.010,-8,C,的带电粒子，以初速度,v,0,=3.010,3,m/s,由,A,点运动到,B,点，求粒子到达,B,点时的速率。（不计粒子重力）,A,-,v,0,B,q,为负,强化练习,3,、,质量为,m,、带电量为,q,的粒子以初速度,v,从中线垂直进入偏转电场，刚好离开电场，它在离开电场后偏转角正切为,0.5,，则下列说法中正确的是,A,、如果偏转电场的电压为原来的一半，则粒子离开电场后的偏转角正切为,0.25,B,、如果带电粒子的比荷为原来的一半，则粒子离开电场后的偏转角正切为,0.25,C,、如果带电粒子的初速度为原来的,2,倍，则粒子离开电场后的偏转角正切为,0.25,D,、如果带电粒子的初动能为原来的,2,倍，则粒子离开电场后的偏转角正切为,0.25,强化练习,4,、质子,(,质量为,m,、电量为,e),和二价氦离子,(,质量为,4m,、电量为,2e),以相同的初动能垂直射入同一偏转电场中，离开电场后，它们的偏转角正切之比为,，侧移之比为,。,与电量成正比,与电量成正比,1:2,1:2,强化练习,5,、三个电子在同一地点沿同一直线垂直飞入偏转电场，如图所示。则由此可判断（ ）,A,、,b,和,c,同时飞离电场,B,、在,b,飞离电场的瞬间，,a,刚好打在下极板上,C,、进入电场时，,c,速度最大，,a,速度最小,D,、离开电场时，,c,的动能增量,最小，,a,和,b,的动能增量一样大,强化练习,BCD,析与解,7,、,如图，电子在电势差为,U,1,的加速电场中由静止开始加速，然后射入电势差为,U,2,的两块平行极板间的电场中，入射方向跟极板平行。整个装置处在真空中，重力可忽略。在满足电子能射出平行板区的条件下，下述四种情况中，一定能使电子的偏转角,变大的是,（ ）,A,、,U,1,变大、,U,2,变大,B,、,U,1,变小、,U,2,变大,C,、,U,1,变大、,U,2,变小,D,、,U,1,变小、,U,2,变小,强化练习,B,析与解,对加速过程由动能定理：,对偏转过程由偏转角正切公式：,与粒子的电量,q,、质量,m,无关,8,、如图所示，二价氦离子和质子的混合体，经同一加速电场加速后，垂直射入同一偏转电场中，偏转后，打在同一荧光屏上，则它们（ ）,A,、侧移相同,B,、偏转角相同,C,、到达屏上同一点,D,、到达屏上不同点,与粒子的电量,q,、质量,m,无关,强化练习,ABC,9,、试证明：带电粒子垂直进入偏转电场，离开电场时就好象是从初速度所在直线的中点沿直线离开电场的。,x,强化练习,10,、,质量为,110,-25,kg,、电量为,110,-16,C,的带电粒子以,210,6,m/s,速度从水平放置的平行金属板,A,、,B,中央沿水平方向飞入板间，如图所示。已知板长,L,10cm,，间距,d,2cm,，当,AB,间电压在,范围内时，此带电粒子能从板间飞出。,v,0,+ + + + +,- - - - -,强化练习,v,0,+ + + + +,- - - - -,析与解,对偏转过程由偏转角正切公式：,或对偏转过程由侧移公式：,在点电荷,Q,的电场中有,A,、,B,两点，将质子和,粒子分别从,A,点由静止释放，已知质子和,粒子的电性相同，带电量之比为,1:2,，质量之比为,1:4,，则到达,B,点时，它们的速度大小之比为多少？,Q,A,B,解：质子和,粒子从,A,到,B,运动过程中，分别应用动能定理得,联立两式可解出它们到达,B,点时的速度大小之比为,例,5,：,练习一,：,A,板的电势,U,A,0,，,B,板的电势,U,B,随时间的变化规律如图所示。则,( ),A.,若电子是在,t,0,时刻进入的，它将一直向,B,板运动,B.,若电子是在,t,T,/8,时刻进入的，它可能时而向,B,板运动，时而向,A,板运动,最后打在,B,板上,C.,若电子是在,t,3,T,/8,时刻进入的，它可能时而向,B,板运动，时而向,A,板运动,最后打在,B,板上,D.,若电子是在,t,T,/2,时刻进入的，它可能时而向,B,板、时而向,A,板运动,t,/,s,U,B,/,v,0,U,0,-U,0,B,A,AB,在平行金属板,A,、,B,之间加如图所示的交变电压，其频率为,f,，,t=0,时刻,A,板处有一个质量为,m,、电量为,q,的正离子从静止开始向,B,板运动，重力忽略不计，求：为使离子到,B,板时的速度最大，,A,、,B,之间的距离,d,应满足什么条件？,u,O,U,-U,t,A,B,解：要使正离子到达,B,板的速度最大，需要正离子在电场中始终做加速运动，应满足,因此,AB,之间的距离应满足,练习 二,：,例,6,电子在电势差为,U,1,的加速电场中由静止开始运动,然后射入电势差为,U,2,的两块平行极板间的电场中,入射方向跟极板平行,.,整个装置处在真空中,重力可忽略,.,在满足电子能射出平行板区的条件下,下述四种情况中,一定能使电子的偏转角,变大的是,( ),A,U,1,变大、,U,2,变大,B,U,1,变小、,U,2,变大,C,U,1,变大、,U,2,变小,D,U,1,变小、,U,2,变小,B,如图是一个说明示波管工作的部分原理图，电子经过加速后以速度,v,0,垂直进入偏转电场，离开偏转电场时偏移量为,h,，两平行板间距为,d,，电压为,U,，板长为,L,，每单位电压引起的偏移量（,h/U,）叫做示波管的灵敏度，为了提高灵敏度，可采用的办法是（ ）,A.,增加两极板间的电势差,U,B.,尽可能缩短板长,L,C.,尽可能减小板间距,d,D.,使电子的入射速度,v,0,大些,h,v,0,C,先找到物理量表达式,先看常量后看变量,先定性判断后定量计算,例,7,：,带电粒子射入两块平行极板间的匀强电场中，入射方向跟极板平行，重力忽略,.,若初动能为,E,k,，则离开电场时的动能为,2E,k,，如果初速度增为原来的,2,倍，则离开电场时的动能为（ ）,A.3E,k,B.4E,k,C.17E,k,/4 D.9E,k,/2,C,过程一,:,过程二,:,解：带电粒子在匀强电场中做类平抛运动,联立两式可得,联立式可得,练习三：,例,8,水平放置的两块平行金属板长,l,=5cm,，两板间距,d,=1cm,，两板间电压为,U,=90V,，且上板带正电，一个电子沿水平方向以速度,v,0,=2.010,7,m/s,，从两板中央射入，求：,（,1,）电子偏离金属板的侧位移是多少？,（,2,）电子飞出电场时的,速度是多少？,（,3,）电子离开电场后，,打在屏上的,P,点，,若,s=10cm,，求,OP,的长,d,y,x,s,l,y,0,O,P,M,o,（,1,）,0.49cm,，（,2,）,2.0410,7,m/s,，（,3,）,0.025m,A,B,例,4,：离子发生器发射出一束质量为,m,，电荷量为,q,的负离子，从静止 经加速电压,U,1,加速后，获得速度,v,0,，并沿垂直于电场线方向射入两平行板中央，受偏转电压,U,2,作用后，以速度,离开电场，已知平行板长为,，两板间距离为,d,，,1,）离子在偏转电场中运,动的时间、加速度、速,度 的大小；,2,）离子在离开偏转电场时,的沿电场方向的偏移量和 偏转角的正切值。,l,+,+,+,+,+,+,-,-,-,-,-,-,u,1,d,v,0,求,：,让一价氢离子、一价氦离子和二价氦离子的混合物经过同一加速电场由静止开始加速，然后在同一偏转电场里偏转，在通过加速电场时获得的动能是否相同？通过偏转电场时，它们是否会分为三股？请说明理由。,答案：通过加速电场时获得的动能,E,k,=,qU,加速电压相同，二价氦离子电荷量最大，所以二价氦离子获得动能最大。粒子的偏转量和偏转角由,加速电场和偏转电场决定，所以,三种粒子不可能分开为三股。,v,v,y,y,L,+,+,+,+,+,+,-,-,-,-,-,-,v,0,+,-,U,1,U,2,v,0,-,q,m,思考题,1,）、如果在电极,XX,之间不加电压，而在,YY,之间加不变电压，使,Y,的电势比,Y,高，电子将打在荧光屏的什么位置？,电子沿,Y,方向向上偏移,四、示波器的原理,2,）、如果在电极,XX,之间不加电压，而在,YY,之间加不变电压，使,Y,的电势比,Y,高，电子将打在荧光屏的什么位置？,电子沿,Y,方向向下偏移,四、示波器的原理,3,）、,如果在电极,YY,之间不加电压，但在,XX,之间加不变电压，使,X,的电势比,X,高，电子将打在荧光屏的什么位置？,电子沿,X,方向向里偏移,四、示波器的原理,4,）、,如果在电极,YY,之间不加电压，但在,XX,之间加不变电压，使,X,的电势比,X,高，电子将打在荧光屏的什么位置？,电子沿,X,方向向外偏移,四、示波器的原理,5,）、如果在电极,XX,之间不加电压，但在,YY,之间加如图所示的交变电压，在荧光屏上会看到什么图形？,0tt,1,电子沿,Y,方向向上偏移,四、示波器的原理,6,）、如果在电极,XX,之间不加电压，但在,YY,之间加如图所示的交变电压，在荧光屏上会看到什么图形？,t,1,tt,2,电子沿,Y,方向向下偏移,四、示波器的原理,7,）、如果在,YY,之间加如图所示的交变电压，同时在,XX,之间加不变电压，使,X,的电势比,X,高,，,在荧光屏上会看到什么图形？,0tt,1,电子沿,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,之间加如图所示的交变电压，同时在,XX,之间加不变电压，使,X,的电势比,X,高，在荧光屏上会看到什么图形？,t,1,tt,2,电子沿,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,之间加如图所示的交变电压，同时在,XX,之间加不变电压，使,X,的电势比,X,高，在荧光屏上会看到什么图形？,电子沿,Y,方向向上向下偏，沿,X,方向向外偏,四、示波器的原理,10,）、如果在,YY,之间加如图所示的交变电压，同时在,XX,之间加锯齿形扫描电压，在荧光屏上会看到什么图形？,X,Y,O,A,B,C,D,E,F,A,B,C,D,E,F,A,B,O,C,t,1,D,E,F,t,2,四、示波器的原理,例,4,： 一束电子流经,U,=5000V,的电压加速后，在距两极板等间距处垂直进入平行板间的匀强电场中，若两板间距,d,=1.0cm,，板长,l,=5.0cm,，那么，要使电子能从平行板间飞出，两个板之间的电压最多能加多少？,y=d/2,提示,U,2,=400V,