《2024-2025年《金牌学案》物理人教版必修第3册教师用书配套Word课件：10 第二章 第二节 带电粒子在电场中的运动》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2024-2025年《金牌学案》物理人教版必修第3册教师用书配套Word课件：10 第二章 第二节 带电粒子在电场中的运动（18页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第二节带电粒子在电场中的运动1掌握带电粒子在电场中的加速、偏转规律，并会分析其加速度、速度和位移等物理量的变化规律2掌握带电粒子在电场中加速、偏转时的能量转化规律3了解示波器的原理，感悟物理学在实际生活中的应用，知道科学理论与实验相互促进的意义知识点一带电粒子在电场中的加速及加速器1带电粒子加速问题的处理方法(1)利用动能定理分析：初速度为零的带电粒子，经过电势差为U的电场加速后，qU12mv2，则v2qUm(2)在匀强电场中也可利用牛顿定律结合运动学公式分析2加速器(1)原理：为了使带电粒子获得较高的能量，最直接的做法是让带电粒子在电场力的作用下不断加速(2)方法：早期制成的加速器是利用高电
2、压的电场来加速带电粒子的，为了进一步提高带电粒子的能量，科学家制成了直线加速器(3)加速器的应用：广泛应用于工农业、医疗、科研等各个领域对于质量很小的基本粒子，如电子、质子等，虽然它们也会受到万有引力(重力)的作用，但万有引力(重力)一般远小于电场力，可以忽略知识点二带电粒子在电场中的偏转及示波器1运动特点：带电粒子进入电场后，忽略重力，粒子只受电场力，方向平行电场方向带电粒子垂直进入匀强电场的运动情况类似于平抛运动2示波器(1)构造：示波管是示波器的核心部件，外部是一个抽成真空的玻璃壳，内部主要由电子枪(发射电子的灯丝、加速电极组成)、偏转系统(由一对X偏转电极板和一对Y偏转电极板组成)和荧
3、光屏组成，如图所示(2)原理：扫描电压：XX偏转电极接入的是由仪器自身产生的锯齿形电压灯丝被电源加热后，出现热电子发射，发射出来的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偏转极板上加一信号电压，在X偏转极板上加一扫描电压，在荧光屏上就会出现按Y偏转电压规律变化的可视图像1思考辨析(正确的画“”，错误的画“”)(1)质量很小的粒子如电子、质子等，在电场中受到的重力可以忽略不计()(2)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()(3)示波管电子枪的作用是产生高速飞行的电子束，偏转电极的作用是使电子束偏转，打在荧光屏上的不同位置()2填空质子(11H)，粒
4、子(24He)、钠离子(Na)三个粒子分别从静止状态经过电压为U的同一电场加速后，获得动能最大的是粒子(24He)带电粒子在电场中受电场力作用，我们可以利用电场来控制粒子，使它加速或偏转如图所示是示波器的核心部件示波管请思考：示波管中电子的运动可分为几个阶段？各阶段的运动遵循什么规律？提示：示波管中电子的运动一般可分为三个阶段第一阶段为加速，遵循动能定理；第二阶段为偏转，遵循类平抛运动规律；第三个阶段为从偏转系统出来后，做匀速直线运动到达屏幕 考点1带电粒子的加速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，一般都不计粒子的重力(2)质量较大的微粒：带电小球、带电油滴、带电
5、颗粒等，除有说明或有明确的暗示外，处理问题时一般都计重力2分析带电粒子在电场力作用下加速运动的两种方法(1)力和运动的关系牛顿第二定律根据带电粒子受到的静电力，用牛顿第二定律求出加速度，结合运动学公式确定带电粒子的速度、位移等这种方法通常适用于恒力作用下粒子做匀变速运动的情况例如：aFmqEmqUmd，vv0at，xv0t12at2(2)功和能的关系动能定理根据静电力对带电粒子做的功引起带电粒子的能量发生变化，利用动能定理或全过程中能量的转化与守恒，研究带电粒子的速度变化、位移等这种方法也适用于非匀强电场例如：带电粒子经过电势差为U的电场加速后，由动能定理得qU12mv2-12 mv02，则带
6、电粒子的速度vv02+2qUm，若粒子的初速度为零，则带电粒子的速度v2qUm【典例1】如图所示，在P板附近有一电子由静止开始向Q板运动已知两极板间电势差为U，板间距为d，电子质量为m、带电荷量为e则关于电子在两板间的运动情况，下列叙述正确的是()A若将板间距d增大一倍，则电子到达Q板的速率保持不变B若将板间距d增大一倍，则电子到达Q板的速率也增大一倍C若将两极板间电势差U增大一倍，则电子到达Q板的时间保持不变D若将两极板间电势差U增大一倍，则电子到达Q板的时间减为原来的一半思路点拨：解答本题时应把握以下两点：(1)带电粒子被加速，利用动能定理可求到达另一极板的速率(2)带电粒子在匀强电场中做
7、匀加速直线运动，利用运动学公式可求运动的时间A由动能定理有eU12mv2，得v2eUm，可见电子到达Q板的速率与板间距离d无关，故A正确，B错误；两极板间为匀强电场，EUd，电子的加速度aeUmd，由运动学公式d12at2得t2da2md2eU，若两极板间电势差增大一倍，则电子到达Q板的时间减为原来的22，故C、D错误跟进训练1(多选)如图所示，两块足够大平行金属板a、b与电源相接，其中b板接地，在两极板之间的中点O有一粒子源，可以向平面内各个方向发射速度大小为v、质量为m、带电量为q的粒子(不计粒子重力)，开关S闭合后，竖直向上射出的粒子恰好打不到a板上，则下列说法正确的是()A粒子带正电B
8、S断开，极板a右移(O点仍然在电场内)，可能有粒子打到a板CS断开，极板a右移(O点仍然在电场内)，O点的电势升高D打到b板的粒子中，用时最长的粒子所用时间是用时最短的粒子的(322)倍ACD竖直向上射出的粒子恰好打不到a板上，粒子受到电场力作用方向向下，由电路分析可知上极板带正电，所以粒子带正电，故A正确；S断开，极板a右移(O点仍然在电场内)，根据CrS4kd可知，电容减小，电量不变，根据UQC可知，电势差变大，板间场强EUd变大，电场力变大，粒子不能打到a板，因为O点到下极板距离不变，则由UO下O0EdO下可知，O点的电势升高，故B错误，C正确；打到b板的粒子中，用时最长的粒子即竖直向上
9、射出的粒子，向上匀减速到零后从极板a到O点与从O点到极板b的反向加速过程用时比为t1t21(21)，用时最短的粒子， 即竖直向下射出的粒子，根据运动的对称性可知tmaxtmin2t1+t2t22+12-1(322)，故D正确，故选ACD 考点2带电粒子的偏转如图所示，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1运动分析及规律应用粒子在两板间做类平抛运动：(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过程分析如图所示，设粒子不与平行板相撞初速度
10、方向：粒子通过电场的时间tlv0电场力方向：加速度aqEmqUmd离开电场时垂直于板方向的分速度vyatqUlmdv0速度与初速度方向夹角的正切值tan vyv0qUlmdv02离开电场时沿电场力方向的偏移距离y12at2qUl22mdv023两个重要推论(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12，即tan 12tan 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【典例2】如图所示为两组平行金属板，一组竖直
11、放置，一组水平放置，今有一质量为m的电子(电荷量为e)静止在竖直放置的平行金属板的A点，经电压U0加速后通过B点进入两间距为d、电压为U的水平放置的平行金属板间，若电子从两块水平平行板的正中间射入，且最后电子刚好能从右侧的两块平行金属板穿出，A、B分别为两块竖直板的中点，不计电子重力，求：(1)电子通过B点时的速度大小；(2)右侧平行金属板的长度；(3)电子穿出右侧平行金属板时的动能思路点拨：(1)加速电场中可用动能定理求末速度(2)偏转电场中电子做类平抛运动，可利用分解思想结合动力学知识和功能关系求解解析(1)设电子出B点时速度为v0，由动能定理得eU012mv02，解得v02eU0m(2)
12、电子进入电压为U的偏转电场中做类平抛运动竖直方向：12d12at2，aeEmeUmd水平方向：lv0t解得l2eU0mmd2eUd2U0U(3)在右侧的平行板中，电子初、末位置电势差为U2，穿出电场时的动能设为Ek，由动能定理得12eUEk-12mv02所以Ek12eU+12mv02e12U+U0答案(1)2eU0m(2)d2U0U(3)e12U+U0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，提高综合分析能力，体现“科学思维”的学科素养跟进训练2如图所示是一个示波管工作的原理图，电子经过加速后以速度v0垂直进入偏转电场，离开电场时偏转量是h
13、，两个平行板间距离为d，电势差为U，板长为l，每单位电压引起的偏转量(hU)叫示波管的灵敏度，若要提高其灵敏度可采用下列哪种办法()A增大两极板间的电压B尽可能使板长l做得短些C尽可能使板间距离d减小些D使电子入射速度v0大些C在水平方向电子做匀速直线运动，有lv0t，竖直方向上电子做匀加速运动，故有h12at2qUl22mdv02，则hUql22mdv02，可知选项C正确1如图所示，在P板附近有一电子由静止开始向Q板运动，则关于电子到达Q板时的速率，下列解释中正确的是()A两板间距离越大，加速的时间就越长，则获得的速率越大B两板间距离越小，加速度就越大，则获得的速率越大C与两板间的距离无关，
14、仅与加速电压U有关D以上解释都不正确C从能量观点，电场力做功，使电荷电势能减小，动能增加，由动能定理得eU12mv2，v2eUm，故正确选项为C2如图所示，两极板与电源相连接，电子从负极板边缘垂直电场方向射入匀强电场，且恰好从正极板边缘飞出，现在使电子入射速度变为原来的两倍，而电子仍从原位置射入，且仍从正极板边缘飞出，则两极板的间距应变为原来的()A2倍 B4倍 C12 D14C电子在两极板间做类平抛运动，水平方向lv0t，tlv0，竖直方向d12at2eUl22mdv02，故d2eUl22mv02，即d1v0，故C正确3(新情境题，以“测油滴带电荷量”为背景，考查带电粒子在电场中加速)如图所示，两块水平放置的平行金属板与电源连接，上、下板分别带正、负电荷油滴从喷雾器喷出后，由于摩擦而带负电，油滴进入上板中央小孔后落到匀强电场中，通过显微镜可以观察到油滴的运动情况两金属板间的距离为d，忽略空气对油滴的浮力和阻力若油滴进入电场时的速度可以忽略，当两金属板间的电势差为U时，观察到某个质量为m的油滴进入电场后做匀加速运动，经过时间t运动到下极板，重力加速度为g求该油滴所带电荷量解析油滴进入电场后做匀加速运动，由牛顿第二定律得mgqUdma根据位移时间公式得d12at 2联立得qmdUg-2dt2答案mdUg-2dt2
