1.9 带电粒子在电场中的运动 课件（人教选修3-1）
文档属性
| 名称 | 1.9 带电粒子在电场中的运动 课件（人教选修3-1） |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 1.5MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（新课程标准） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2012-12-28 15:26:55 | ||
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文档简介
课件71张PPT。名师课堂
·一点通第一章
静电场新知预习·巧设计要点一要点二第9节
带电粒子在电场中的运动创新演练
·大冲关随堂检测归纳小结课下作业综合提升要点三1．会分析带电粒子在电场中的受力
特点和运动特点。2．掌握带电粒子在电场中加速和
偏转遵循的规律。3．知道示波管的主要构造和工作
原理。[读教材·填要点]
1．带电粒子的加速
(1)常见带电粒子及受力特点：
电子、质子、α粒子、离子等带电粒子在电场中受到的静电力远 重力，通常情况下，重力可忽略；其他带电小球、液滴、烟尘等，重力不可忽略。大于 2．带电粒子的偏转
(1)进入电场的方式：以初速度v0 电场线方向进入匀强电场。
(2)受力特点：电场力大小 ，且方向与初速度v0的方向 。
(3)运动特点：做 运动，与力学中的
类似。垂直于不变垂直匀变速曲线平抛运动(4)运动规律： [关键一点] 偏转角指的是粒子飞出电场时的速度方向与初速度v0方向之间的夹角，它区别于位移的偏转角。 3．示波管的构造、原理
(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 (由发射电子的灯丝、加速电极组成)、 (由偏转电极XX′和偏转电极YY′组成)和 组成，如图1－9－1所示。电子枪偏转电极荧光屏图1－9－1 (2)原理：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，如在电极YY′之间加一个 ，在XX′偏转板上加一仪器自身产生的 ，在荧光屏上就会出现按YY′偏转电压规律变化的可视图像。待显示信号电压锯齿电压[试身手·夯基础]
1．示波管是示波器的核心部件，它由电子枪、偏转电极和
荧光屏组成，如图1－9－2所示。如果在荣光屏上P点出现亮斑，那么示波管中的 ( )图1－9－2①极板X应带正电 ②极板X′应带正电
③极板Y应带正电 ④极板Y′应带正电
A．①③ B．①④
C．②③ D．②④解析：由题意可知，在XX′方向上向X方向偏转，X带正电；在YY′方向上向Y方向偏转，Y带正电，所以
①③项正确。
答案：A2. 一个带正电的油滴从图1－9－3所
示的匀强电场上方A点自由下落，
油滴落入匀强电场后，能较准确
地描述油滴运动轨迹的是图
1－9－4中的 ( )图1－9－3图1－9－4解析：油滴从A点自由下落以一竖直速度进入电场，进入电场后受重力和电场力两恒力作用。根据物体做曲线运动的条件，运动轨迹将向右弯曲，故选B。
答案：B3．关于带电粒子(不计重力)在匀强电场中的运动情况，下
列说法正确的是 ( )
A．一定是匀变速运动
B．不可能做匀减速运动
C．一定做曲线运动
D．可能做匀变速直线运动，不可能做匀变速曲线运动解析：带电粒子在匀强电场中受到的电场力恒定不变，可能做匀变速直线运动，也可能做匀变速曲线运动，故A项对。
答案：A图1－9－54. 如图1－9－5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多少倍？ 1．受力分析
仍按力学中受力分析的方法分析，只是多了一个电场力而已，如果带电粒子在匀强电场中，则电场力为恒力(qE)，若在非匀强电场中，电场力为变力。 2．运动状态分析
带电粒子沿与电场线平行的方向进入匀强电场，受到的电场力与运动方向在同一直线上，做匀加(减)速直线运动。
3．用功能观点分析
粒子动能的变化量等于电场力做的功。图1－9－6 1. 如图1－9－6所示，在点电荷＋Q
的电场中有A、B两点，当质子和α粒子
分别从A点由静止释放到达B点时，它们的速度大小之比为多少？(质子带电荷量为＋e，质量为m，α粒子带电荷量为＋2e，质量为4m) [思路点拨] 带电粒子虽然在非匀强电场中运动，但由A到B的电势差确定，由此可知电场力做功W＝qU，根据动能定理即可求出质子和α粒子到达B点时的速度之比。 该电场为非匀强电场，带电粒子做变加速直线运动，不能通过求加速度的牛顿运动定律途径求解。注意到W＝qU对一切电场适用，因此从能量的观点入手，由动能定理来求解。 1．受力分析
带电粒子以初速度v0垂直射入匀强电场中受恒定电场力作用(F＝qE)，且方向与v0垂直。 2．运动状态分析
带电粒子以初速度v0垂直于电场线方向射入两带电平行板产生的匀强电场中，受到恒定的与初速度方向成90°角的电场力作用而做匀变速曲线运动(轨迹为抛物线)。 3．偏转运动的分析处理方法
用类似平抛运动的分析方法，即应用运动的合成和分解知识分析处理，一般分解为：
(1)沿初速度方向以v0做匀速直线运动；
(2)沿电场力方向做初速度为零的匀加速直线运动。 [名师点睛]
(1)该类运动与之前所学的平抛运动处理方法相似，两种运动重要的区别是加速度的不同。
(2)对带电粒子在电场中的偏转问题也可以选择动能定理求解，但只能求出速度大小，不能求出速度方向，涉及到方向问题，必须采用把运动分解的方法。 2. 如图1－9－7所示，一束带电
粒子(不计重力)垂直电场方向进入偏
转电场，试讨论在以下情况中，粒子
应具有什么条件，才能得到相同的偏转距离y和偏转角度θ，已知粒子的电荷量为q，质量为m，极板长度为l，间距为d，电势差为U。l、d、U为定值，q、m为不定值。图1－9－7(1)以相同的初速度v0进入偏转电场；
(2)以相同的初动能Ek0进入偏转电场；
(3)先由同一电场直线加速后再进入偏转电场。 [思路点拨] 带电粒子在电场中的偏转问题可以用运动的合成与分解规律处理。[答案] 见解析 (1)偏转电极不加电压时
从电子枪射出电子将沿直线运动，射到荧光屏的中心点形成一个亮斑。
(2)在XX′(或YY′)加电压
若所加电压稳定，则电子被加速、偏转后射到XX′(或YY′)所在直线上形成一个亮斑(不在中心)，如图1－9－8所示。图1－9－8 (3)示波管实际工作时，竖直偏转板和水平偏转板都加上电压，一般地，加在竖直偏转板上的电压是要研究的信号电压，加在水平偏转板上的是扫描电压，若两者周期相同，在荧光屏上就会显示出信号电压随时间变化的波形图。 3．如图1－9－9所示为真空示波管的示意图，电子从灯丝K发出(初速度不计)，经灯丝与A板间的加速电压U1加速，从A板中心孔沿中心线KO射出，然后进入由两块平行金属板M、N形成的偏转电场中(偏转电场可视为匀强电场)，电子进入偏转电场时的速度与电场方向垂直，电子经过偏转电场后打在荧光屏上的P点。已知M、N两板间的电压为U2，两板间的距离为d，板长为L1，板右端到荧光屏的距离为L2，电子质量为m，电荷量为e。求：图1－9－9(1)电子穿过A板时的速度大小。
(2)电子从偏转电场射出时的侧移量。
(3)P点到O点的距离。
[审题指导]
(1)利用动能定理求出电子穿过A板时的速度。
(2)利用运动的合成与分解求出侧移量。 (3)设电子离开偏转电场时沿电
场方向的速度为vy，根据运动学公
式得vy＝at1。
电子离开偏转电场后做匀速直线运动，设电子离开偏转电场后打在荧光屏上所用的时间为t2，电子打到荧光屏上的侧移量为y2，如图所示。 电子在电场中运动时，不计重力，但不计重力并不是不计质量。电子离开电场后向屏上运动时，不再做曲线运动，而是做匀速直线运动。1. (对应要点一)如图1－9－10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时的速率与哪
些因素有关的下列解释正确的是( )
A．两极板间的距离越大，加速的时间就越长，则获得
的速率越大图1－9－10B．两极板间的距离越小，加速的时间就越短，则获得的
速率越小
C．两极板间的距离越小，加速度就越大，则获得的速率
越大
D．与两板间的距离无关，仅与加速电压U有关答案：D图1－9－112．(对应要点一) 如图1－9－11所示，两平
行金属板间的距离为d，两板间的电压
为U，今有一电子从两板间的O点沿着垂直于板的方向射出到达A点后立即返回，若OA距离为h，则此电子具有的初动能是 ( )答案：D3．(对应要点二)电子以初速度v0沿垂直场强方向射入两平
行金属板中间的匀强电场中，现增大两板间的电压，但仍能使电子穿过该电场。则电子穿越平行板间的电场所需时间 ( )
A．随电压的增大而减小
B．随电压的增大而增大
C．与电压的增大无关
D．不能判定是否与电压增大有关答案：C4．(对应要点二)一束正离子以相同的速率从同一位置沿垂
直于电场方向飞入匀强电场中，所有离子的轨迹都是一样的，这说明所有粒子 ( )
A．具有相同的质量
B．具有相同的电荷量
C．电荷量和质量的比相同
D．属于同一元素的同位素答案：C5．(对应要点三)一台正常工作的示波管，突然发现荧光屏
上画面的高度缩小，则产生故障的原因可能是( )
①加速电压偏大 ②加速电压偏小
③偏转电压偏大 ④偏转电压偏小
A．①③ B．①④
C．②③ D．②④答案：B （1）带电粒子的电场力往往远大于它的重力，可不计带电粒子的重力，但带电小球必须要考虑重力，对带电微粒需领会题意确定是否要考虑重力，这时应通过比较电场力与重力大小来决定取舍。 （2）带电质点的偏转应运用运动的合成与分解的方法来研究，把运动分解为垂直于电场方向的匀速直线运动和沿电场力方向的匀变速直线运动。
（3）处理带电粒子在匀强电场中的加速和偏转问题，除利用牛顿第二定律和运动学规律求解外，还应考虑用功和能的关系、动能定理来求解。
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·一点通第一章
静电场新知预习·巧设计要点一要点二第9节
带电粒子在电场中的运动创新演练
·大冲关随堂检测归纳小结课下作业综合提升要点三1．会分析带电粒子在电场中的受力
特点和运动特点。2．掌握带电粒子在电场中加速和
偏转遵循的规律。3．知道示波管的主要构造和工作
原理。[读教材·填要点]
1．带电粒子的加速
(1)常见带电粒子及受力特点：
电子、质子、α粒子、离子等带电粒子在电场中受到的静电力远 重力，通常情况下，重力可忽略；其他带电小球、液滴、烟尘等，重力不可忽略。大于 2．带电粒子的偏转
(1)进入电场的方式：以初速度v0 电场线方向进入匀强电场。
(2)受力特点：电场力大小 ，且方向与初速度v0的方向 。
(3)运动特点：做 运动，与力学中的
类似。垂直于不变垂直匀变速曲线平抛运动(4)运动规律： [关键一点] 偏转角指的是粒子飞出电场时的速度方向与初速度v0方向之间的夹角，它区别于位移的偏转角。 3．示波管的构造、原理
(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 (由发射电子的灯丝、加速电极组成)、 (由偏转电极XX′和偏转电极YY′组成)和 组成，如图1－9－1所示。电子枪偏转电极荧光屏图1－9－1 (2)原理：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，如在电极YY′之间加一个 ，在XX′偏转板上加一仪器自身产生的 ，在荧光屏上就会出现按YY′偏转电压规律变化的可视图像。待显示信号电压锯齿电压[试身手·夯基础]
1．示波管是示波器的核心部件，它由电子枪、偏转电极和
荧光屏组成，如图1－9－2所示。如果在荣光屏上P点出现亮斑，那么示波管中的 ( )图1－9－2①极板X应带正电 ②极板X′应带正电
③极板Y应带正电 ④极板Y′应带正电
A．①③ B．①④
C．②③ D．②④解析：由题意可知，在XX′方向上向X方向偏转，X带正电；在YY′方向上向Y方向偏转，Y带正电，所以
①③项正确。
答案：A2. 一个带正电的油滴从图1－9－3所
示的匀强电场上方A点自由下落，
油滴落入匀强电场后，能较准确
地描述油滴运动轨迹的是图
1－9－4中的 ( )图1－9－3图1－9－4解析：油滴从A点自由下落以一竖直速度进入电场，进入电场后受重力和电场力两恒力作用。根据物体做曲线运动的条件，运动轨迹将向右弯曲，故选B。
答案：B3．关于带电粒子(不计重力)在匀强电场中的运动情况，下
列说法正确的是 ( )
A．一定是匀变速运动
B．不可能做匀减速运动
C．一定做曲线运动
D．可能做匀变速直线运动，不可能做匀变速曲线运动解析：带电粒子在匀强电场中受到的电场力恒定不变，可能做匀变速直线运动，也可能做匀变速曲线运动，故A项对。
答案：A图1－9－54. 如图1－9－5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多少倍？ 1．受力分析
仍按力学中受力分析的方法分析，只是多了一个电场力而已，如果带电粒子在匀强电场中，则电场力为恒力(qE)，若在非匀强电场中，电场力为变力。 2．运动状态分析
带电粒子沿与电场线平行的方向进入匀强电场，受到的电场力与运动方向在同一直线上，做匀加(减)速直线运动。
3．用功能观点分析
粒子动能的变化量等于电场力做的功。图1－9－6 1. 如图1－9－6所示，在点电荷＋Q
的电场中有A、B两点，当质子和α粒子
分别从A点由静止释放到达B点时，它们的速度大小之比为多少？(质子带电荷量为＋e，质量为m，α粒子带电荷量为＋2e，质量为4m) [思路点拨] 带电粒子虽然在非匀强电场中运动，但由A到B的电势差确定，由此可知电场力做功W＝qU，根据动能定理即可求出质子和α粒子到达B点时的速度之比。 该电场为非匀强电场，带电粒子做变加速直线运动，不能通过求加速度的牛顿运动定律途径求解。注意到W＝qU对一切电场适用，因此从能量的观点入手，由动能定理来求解。 1．受力分析
带电粒子以初速度v0垂直射入匀强电场中受恒定电场力作用(F＝qE)，且方向与v0垂直。 2．运动状态分析
带电粒子以初速度v0垂直于电场线方向射入两带电平行板产生的匀强电场中，受到恒定的与初速度方向成90°角的电场力作用而做匀变速曲线运动(轨迹为抛物线)。 3．偏转运动的分析处理方法
用类似平抛运动的分析方法，即应用运动的合成和分解知识分析处理，一般分解为：
(1)沿初速度方向以v0做匀速直线运动；
(2)沿电场力方向做初速度为零的匀加速直线运动。 [名师点睛]
(1)该类运动与之前所学的平抛运动处理方法相似，两种运动重要的区别是加速度的不同。
(2)对带电粒子在电场中的偏转问题也可以选择动能定理求解，但只能求出速度大小，不能求出速度方向，涉及到方向问题，必须采用把运动分解的方法。 2. 如图1－9－7所示，一束带电
粒子(不计重力)垂直电场方向进入偏
转电场，试讨论在以下情况中，粒子
应具有什么条件，才能得到相同的偏转距离y和偏转角度θ，已知粒子的电荷量为q，质量为m，极板长度为l，间距为d，电势差为U。l、d、U为定值，q、m为不定值。图1－9－7(1)以相同的初速度v0进入偏转电场；
(2)以相同的初动能Ek0进入偏转电场；
(3)先由同一电场直线加速后再进入偏转电场。 [思路点拨] 带电粒子在电场中的偏转问题可以用运动的合成与分解规律处理。[答案] 见解析 (1)偏转电极不加电压时
从电子枪射出电子将沿直线运动，射到荧光屏的中心点形成一个亮斑。
(2)在XX′(或YY′)加电压
若所加电压稳定，则电子被加速、偏转后射到XX′(或YY′)所在直线上形成一个亮斑(不在中心)，如图1－9－8所示。图1－9－8 (3)示波管实际工作时，竖直偏转板和水平偏转板都加上电压，一般地，加在竖直偏转板上的电压是要研究的信号电压，加在水平偏转板上的是扫描电压，若两者周期相同，在荧光屏上就会显示出信号电压随时间变化的波形图。 3．如图1－9－9所示为真空示波管的示意图，电子从灯丝K发出(初速度不计)，经灯丝与A板间的加速电压U1加速，从A板中心孔沿中心线KO射出，然后进入由两块平行金属板M、N形成的偏转电场中(偏转电场可视为匀强电场)，电子进入偏转电场时的速度与电场方向垂直，电子经过偏转电场后打在荧光屏上的P点。已知M、N两板间的电压为U2，两板间的距离为d，板长为L1，板右端到荧光屏的距离为L2，电子质量为m，电荷量为e。求：图1－9－9(1)电子穿过A板时的速度大小。
(2)电子从偏转电场射出时的侧移量。
(3)P点到O点的距离。
[审题指导]
(1)利用动能定理求出电子穿过A板时的速度。
(2)利用运动的合成与分解求出侧移量。 (3)设电子离开偏转电场时沿电
场方向的速度为vy，根据运动学公
式得vy＝at1。
电子离开偏转电场后做匀速直线运动，设电子离开偏转电场后打在荧光屏上所用的时间为t2，电子打到荧光屏上的侧移量为y2，如图所示。 电子在电场中运动时，不计重力，但不计重力并不是不计质量。电子离开电场后向屏上运动时，不再做曲线运动，而是做匀速直线运动。1. (对应要点一)如图1－9－10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时的速率与哪
些因素有关的下列解释正确的是( )
A．两极板间的距离越大，加速的时间就越长，则获得
的速率越大图1－9－10B．两极板间的距离越小，加速的时间就越短，则获得的
速率越小
C．两极板间的距离越小，加速度就越大，则获得的速率
越大
D．与两板间的距离无关，仅与加速电压U有关答案：D图1－9－112．(对应要点一) 如图1－9－11所示，两平
行金属板间的距离为d，两板间的电压
为U，今有一电子从两板间的O点沿着垂直于板的方向射出到达A点后立即返回，若OA距离为h，则此电子具有的初动能是 ( )答案：D3．(对应要点二)电子以初速度v0沿垂直场强方向射入两平
行金属板中间的匀强电场中，现增大两板间的电压，但仍能使电子穿过该电场。则电子穿越平行板间的电场所需时间 ( )
A．随电压的增大而减小
B．随电压的增大而增大
C．与电压的增大无关
D．不能判定是否与电压增大有关答案：C4．(对应要点二)一束正离子以相同的速率从同一位置沿垂
直于电场方向飞入匀强电场中，所有离子的轨迹都是一样的，这说明所有粒子 ( )
A．具有相同的质量
B．具有相同的电荷量
C．电荷量和质量的比相同
D．属于同一元素的同位素答案：C5．(对应要点三)一台正常工作的示波管，突然发现荧光屏
上画面的高度缩小，则产生故障的原因可能是( )
①加速电压偏大 ②加速电压偏小
③偏转电压偏大 ④偏转电压偏小
A．①③ B．①④
C．②③ D．②④答案：B （1）带电粒子的电场力往往远大于它的重力，可不计带电粒子的重力，但带电小球必须要考虑重力，对带电微粒需领会题意确定是否要考虑重力，这时应通过比较电场力与重力大小来决定取舍。 （2）带电质点的偏转应运用运动的合成与分解的方法来研究，把运动分解为垂直于电场方向的匀速直线运动和沿电场力方向的匀变速直线运动。
（3）处理带电粒子在匀强电场中的加速和偏转问题，除利用牛顿第二定律和运动学规律求解外，还应考虑用功和能的关系、动能定理来求解。
点击下图进入“课下作业综合提升”