高中物理选修3-1-1.9带电粒子在电场中的运动
文档属性
| 名称 | 高中物理选修3-1-1.9带电粒子在电场中的运动 |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 220.2KB | ||
| 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 | 2014-02-14 08:47:35 | ||
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文档简介
课件48张PPT。① 带电粒子：质子、电子、正负离子、α粒子……一般不考虑带电粒子的重力粒②带电微粒：小球、尘埃、液滴……微通常要考虑带电微粒的重力
一般视为质点例1 一个电子的质量为9.1×10-31 kg,
电荷量 q = 1.6×10-19 C，当它位
于 E = 5×104 V/m 的电场中时:
受到的重力 G 为多大？
受到的电场力 F 为多大？G = mg = 9×10-30 NF = qE = 8×10-15 N例2 用细线将一质量为m，电荷量为 q
的小球悬挂在开花板下方，设空
间存在水平方向的匀强电场，当
小球静止时把细线烧断，那么此
后小球将____________________
__________运动。沿悬线延长线方向做匀加速直线例3 如图，平行金属板水平放置并接到直流电
源上，一个带电微粒 P 恰好静止在两板之
间。现用外力将 P 固定住，然后固定导线
各接点，使两板均匀转过 α角，再撤去外
力，则 P 在两板间将 （ ）
A. 保持静止
B. 水平向左做直线运动
C. 向右下做直线运动
D. α大小未知，无法确定
P 运动状态B例4 如图1所示，A、B 两个点电荷，相距为 r，A带有 9Q 的正电荷，B 带有4Q 的正电荷，如果 A 和 B 固定，应如何放置第三个点电荷 q，才能使此电荷处于平衡状态？ 如果 A 和 B 是自由的，应如何放置第三个点电荷，使三个点电荷都处于平衡状态，并求第三个点电荷 C 的电量 q 的大小及电性。 例5 现要测量一个带电小球（小球质量已知，设为 m）的带电量，某同学设计如下测量方案：取一个和带电小球完全相同的不带电小球，使两小球接触后分开，然后分别用等长的绝缘细线悬挂起来，测出它们稳定后悬线偏离竖直方向的夹角为θ，从而算出小球的带电量。你认为他的方案是否可行？若可行，则还需测量哪些物理量，并推导出小球所带电量的表达式。 此方案可行。还需测量的物理量是悬线的长度l（或悬点到球心的距离）。 例6 如图所示，两根长为的绝缘细线上端固定在 O 点，下端各悬挂质量为的带电小球 A、B，A、B 带电分别为 +q、-q。今在水平向左的方向上加匀强电场，场强 E，使连接 AB 长为的绝缘细线拉直，使两球处于静止状态，问：要使两小球处于这种状态，外加电场 E 的大小为多少？ B匀速加速匀速末速度？已知m、q、U、v0方法1：牛顿定律 + 运动学公式受力分析：不计重力，只受电场力加速度 a:F = qE速度位移公式 :vt2 – v02 = 2ad方法2：动能定理做功分析：只受电场力，电场力做正功电场力的功：W = qU动能定理：例 9 三块相同的金属平行板 A、B、D自上而下水平放置，间距分别为 h 和 d，如图所示。A、B 两板中心开孔，在 A 板的开孔上搁有一金属容器 P 且与 A 板接触良好，其内盛有导电液体。A 板通过闭合的电键与电池的正极相连，B 板与电池的负极相连并接地，电池提供 A、B 两极板电压为U0，容器 P 内的液体在底部小孔 O 处形成质量为m，带电量为 q 的液滴后自由下落，穿过 B 板的开孔 O` 落在 D 板上，其电荷被D 板吸咐，液体随即蒸发，接着容器顶部又形成相同的液滴自由下落，如此继续，设整个装置放在真空中。求：
(1)第一个液滴到达 D 板的速度为多少?
(2) D 板最终可达到的电势为多少?例 10 如图所示的电场中 P 点与 A 板间电势差为 90V。一个二价氧离子从 P 点由静止释放，经加速电场后离子金属板 A 小孔时的速度是多少？（已知据氧离子的质量 m = 2.7 × 10－26 kg）qU = ΔEk动能定理= 4.6 ×104 m/s归纳与总结：带电体在电场中加速运动问题的基本思路1. 在匀强电场中(1) 牛顿第二定律与运动规律综合处理 (2) 动能定理2. 在非匀强电场中应用能量观点分析注意：
是否考虑重力的要根据具体情况确定ＡＢＤ……参量：极板长 l 极板间距 d充电后：极板间匀强电场 E极板间电势差 U进入方式：
以初速度v0 垂直电场方向进入偏转电场受力分析：正电荷：负电荷：初速度 v0
电场力（恒力）匀变速曲线运动动画
模拟偏转距离偏转方向① 偏转时间 t 垂直电场方向做 _____________匀速直线运动l = v0t② 偏转距离 y 初速度为零的匀加速直线运动③ 偏转方向 θ θ vy = att = l/v0例12 两个相同的平行金属板的长度为 l = 6.0 cm，相距 d = 2 cm，极板间电压 U = 200V。一个电子沿平行于板面的方向射入电场中，射时的速度 v0 = 3.0×107 m/s。求：
电子射出电场时，沿垂直于板方向偏移距 离y；
(2) 偏转的角度θ；
(3) 电子的电势能、机械能、能量如何变化；
(4) 电子射出极板后做什么运动？
y = 0.36 cmθ = 6.80电势能减少、机械能增加；总能量不变匀速直线运动例13质量为m、带电量为q的粒子以初速度v0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0.25ABD例14 试证明下图中，带电粒子垂直进
入偏转电场，离开电场时，粒子
好象是从入射线中点直接射出来
的。(1) 出射时偏距离 y(2) 出射时偏转方向 θ(3) 出射时速度大小 B例16 如图所示，一束带电粒子（不计重力），垂直电场线方向进入偏转电场，试讨论在以下情况中，粒子应具备什么条件，才能得到相同的偏转距离 y 和偏转角θ，（U、d、l 保持不变）（1）进入偏转电场的速度相同；
（2）进入偏转电场的动能相同；
（3）进入偏转电场的 mv0 相同；
（4）先由同一加速电场加速后进入偏转电场。匀速Y = ？例18 如图所示AB、CD为平行金属板，A、B两板间电势差为500V，C、D始终和电源相接，测的其间的场强为104V/m，一质量为2.5×10-24㎏，电荷量为8×10-16C的带电粒子(重力不计)由静止开始，经A、B加速后穿过CD发生偏转，最后打在荧光屏上，已知C、D极板长均为4cm，荧光屏距CD右端的距离为3cm，问:
(1) 粒子带正电还是带负电?
(2) 粒子打在荧光屏上距 O 点下方多远处?
(3) 粒子打在荧光屏上时的动能为多大?(1) 粒子带正电(2) Y = 2×10－2 m(3) Ek = 4.64×10－23 J作用：观察电信号随时间变化的情况由电子枪、偏转电极和荧光屏组成偏转电极电子枪荧光屏加速偏转显示热电子电子加速度待显示的信号扫描电压模拟显示① 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？0
一般视为质点例1 一个电子的质量为9.1×10-31 kg,
电荷量 q = 1.6×10-19 C，当它位
于 E = 5×104 V/m 的电场中时:
受到的重力 G 为多大？
受到的电场力 F 为多大？G = mg = 9×10-30 NF = qE = 8×10-15 N例2 用细线将一质量为m，电荷量为 q
的小球悬挂在开花板下方，设空
间存在水平方向的匀强电场，当
小球静止时把细线烧断，那么此
后小球将____________________
__________运动。沿悬线延长线方向做匀加速直线例3 如图，平行金属板水平放置并接到直流电
源上，一个带电微粒 P 恰好静止在两板之
间。现用外力将 P 固定住，然后固定导线
各接点，使两板均匀转过 α角，再撤去外
力，则 P 在两板间将 （ ）
A. 保持静止
B. 水平向左做直线运动
C. 向右下做直线运动
D. α大小未知，无法确定
P 运动状态B例4 如图1所示，A、B 两个点电荷，相距为 r，A带有 9Q 的正电荷，B 带有4Q 的正电荷，如果 A 和 B 固定，应如何放置第三个点电荷 q，才能使此电荷处于平衡状态？ 如果 A 和 B 是自由的，应如何放置第三个点电荷，使三个点电荷都处于平衡状态，并求第三个点电荷 C 的电量 q 的大小及电性。 例5 现要测量一个带电小球（小球质量已知，设为 m）的带电量，某同学设计如下测量方案：取一个和带电小球完全相同的不带电小球，使两小球接触后分开，然后分别用等长的绝缘细线悬挂起来，测出它们稳定后悬线偏离竖直方向的夹角为θ，从而算出小球的带电量。你认为他的方案是否可行？若可行，则还需测量哪些物理量，并推导出小球所带电量的表达式。 此方案可行。还需测量的物理量是悬线的长度l（或悬点到球心的距离）。 例6 如图所示，两根长为的绝缘细线上端固定在 O 点，下端各悬挂质量为的带电小球 A、B，A、B 带电分别为 +q、-q。今在水平向左的方向上加匀强电场，场强 E，使连接 AB 长为的绝缘细线拉直，使两球处于静止状态，问：要使两小球处于这种状态，外加电场 E 的大小为多少？ B匀速加速匀速末速度？已知m、q、U、v0方法1：牛顿定律 + 运动学公式受力分析：不计重力，只受电场力加速度 a:F = qE速度位移公式 :vt2 – v02 = 2ad方法2：动能定理做功分析：只受电场力，电场力做正功电场力的功：W = qU动能定理：例 9 三块相同的金属平行板 A、B、D自上而下水平放置，间距分别为 h 和 d，如图所示。A、B 两板中心开孔，在 A 板的开孔上搁有一金属容器 P 且与 A 板接触良好，其内盛有导电液体。A 板通过闭合的电键与电池的正极相连，B 板与电池的负极相连并接地，电池提供 A、B 两极板电压为U0，容器 P 内的液体在底部小孔 O 处形成质量为m，带电量为 q 的液滴后自由下落，穿过 B 板的开孔 O` 落在 D 板上，其电荷被D 板吸咐，液体随即蒸发，接着容器顶部又形成相同的液滴自由下落，如此继续，设整个装置放在真空中。求：
(1)第一个液滴到达 D 板的速度为多少?
(2) D 板最终可达到的电势为多少?例 10 如图所示的电场中 P 点与 A 板间电势差为 90V。一个二价氧离子从 P 点由静止释放，经加速电场后离子金属板 A 小孔时的速度是多少？（已知据氧离子的质量 m = 2.7 × 10－26 kg）qU = ΔEk动能定理= 4.6 ×104 m/s归纳与总结：带电体在电场中加速运动问题的基本思路1. 在匀强电场中(1) 牛顿第二定律与运动规律综合处理 (2) 动能定理2. 在非匀强电场中应用能量观点分析注意：
是否考虑重力的要根据具体情况确定ＡＢＤ……参量：极板长 l 极板间距 d充电后：极板间匀强电场 E极板间电势差 U进入方式：
以初速度v0 垂直电场方向进入偏转电场受力分析：正电荷：负电荷：初速度 v0
电场力（恒力）匀变速曲线运动动画
模拟偏转距离偏转方向① 偏转时间 t 垂直电场方向做 _____________匀速直线运动l = v0t② 偏转距离 y 初速度为零的匀加速直线运动③ 偏转方向 θ θ vy = att = l/v0例12 两个相同的平行金属板的长度为 l = 6.0 cm，相距 d = 2 cm，极板间电压 U = 200V。一个电子沿平行于板面的方向射入电场中，射时的速度 v0 = 3.0×107 m/s。求：
电子射出电场时，沿垂直于板方向偏移距 离y；
(2) 偏转的角度θ；
(3) 电子的电势能、机械能、能量如何变化；
(4) 电子射出极板后做什么运动？
y = 0.36 cmθ = 6.80电势能减少、机械能增加；总能量不变匀速直线运动例13质量为m、带电量为q的粒子以初速度v0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0.25ABD例14 试证明下图中，带电粒子垂直进
入偏转电场，离开电场时，粒子
好象是从入射线中点直接射出来
的。(1) 出射时偏距离 y(2) 出射时偏转方向 θ(3) 出射时速度大小 B例16 如图所示，一束带电粒子（不计重力），垂直电场线方向进入偏转电场，试讨论在以下情况中，粒子应具备什么条件，才能得到相同的偏转距离 y 和偏转角θ，（U、d、l 保持不变）（1）进入偏转电场的速度相同；
（2）进入偏转电场的动能相同；
（3）进入偏转电场的 mv0 相同；
（4）先由同一加速电场加速后进入偏转电场。匀速Y = ？例18 如图所示AB、CD为平行金属板，A、B两板间电势差为500V，C、D始终和电源相接，测的其间的场强为104V/m，一质量为2.5×10-24㎏，电荷量为8×10-16C的带电粒子(重力不计)由静止开始，经A、B加速后穿过CD发生偏转，最后打在荧光屏上，已知C、D极板长均为4cm，荧光屏距CD右端的距离为3cm，问:
(1) 粒子带正电还是带负电?
(2) 粒子打在荧光屏上距 O 点下方多远处?
(3) 粒子打在荧光屏上时的动能为多大?(1) 粒子带正电(2) Y = 2×10－2 m(3) Ek = 4.64×10－23 J作用：观察电信号随时间变化的情况由电子枪、偏转电极和荧光屏组成偏转电极电子枪荧光屏加速偏转显示热电子电子加速度待显示的信号扫描电压模拟显示① 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？0