沪教版高中物理选修2-1 2.2示波管与电场力_学案1

示波管与电场力
【学习目标】
1．理解匀强电场中电势差与电场强度的关系U=Ed，并且能够推导出这个关系式。
2．会用关系式U=Ed进行有关的计算。
3．理解电势与场强无直接的关系。
4．了解带电粒子在电场中的运动规律。
5．掌握带电粒子在电场中运动问题的分析方法。
6．了解示波管的构造和基本原理。
【学习重难点】
1．掌握带电粒子在电场中运动问题的分析方法
2．电子加速与偏转计算
【学习过程】
1．电势差与电场强度：在匀强电场中两点间的电势差等于_____________与这两点沿__________方向上距离的乘积。
2．电场强度与电势差：在匀强电场中，电场强度的大小等于两点间的_____________与两点沿___________方向距离的比值，公式E＝___________，单位___________。
3．如图所示将电荷量为q的电荷由A移动到B点,AB间距离为d,场强为E, AB两点间电势差为UAB,
（1）求电场力的功。
（2）推导U和E的关系。
4．带电粒子：如电子、质子、原子核等，一般情况下，重力<<电场力，重力可忽略不计。
5．物体做直线运动和曲线运动的条件是什么？
6．带电粒子沿电场线方向进入匀强电场后，分析其运动状态。
7．带电粒子以初速v0 垂直于电场线方向飞入匀强电场，分析其运动状态。
【合作探究】
探究一：电场强度与电势的关系
右图是一个匀强电场，场强大小为E，A．B是沿电场方向上的两点，其电势差为U，A．B之间相距为d。现将一个电量为q的电荷由A移到B，你可以用几种方法计算电场力所做的功？
注：①U=Ed只适用于匀强电场
②d：沿电场方向的距离问题
探究二： 带电粒子在电场中的加速
例1．如图，A．B两足够大的金属板间电压为U，间距为d，一质子带电量为q，质量为m，由静止从A板出发，求质子到达B板时的速度。（不计粒子重力）
例2．如图所示的电场中有A．B两点，A．B的电势差UAB＝100V，一个质量为m=2.0×10-12kg、电量为q=－5.0×10-8C的带电粒子，以初速度v0 =3.0×103m/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）
总结：
1．带电的基本粒子：如电子，质子，正负离子等。这些粒子所受重力和电场力相比要小得多，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、油滴、尘埃等。除非有说明或明确的暗示以外，一般都考虑重力。
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。
探究三：带电粒子在电场中先加速后偏转
例3．如图，加速电压为U1，偏转电压为U2，偏转极板长为L，间距为d，求质量为m、带电量为q的质子经加速电压和偏转电压射出电场后的偏移量y及偏转角度tanα。
例4．如图所示，平行直线表示电场线，但未标方向，带电量为—10-2C的微粒在电场中只受电场力作用，由A点移到B点，动能损失0.1J，若A点电势为－10V，则（ ）
A．B点的电势为0V B．电场线方向从右向左
C．微粒的运动轨迹可能是轨迹1 D．微粒的运动轨迹可能是轨迹2
例5．如图所示，A．B两点相距10cm，E＝100V/m，AB与电场线方向夹角θ＝120°，求AB两点间的电势差．
例6．如图所示，光滑绝缘细杆竖直放置，它与以正点电荷Q为圆心的某一圆周交于B．C点，质量为m，带电量为－q的有孔小球从杆上A点无初速度下滑，已知q<求：（1）小球由A到B过程中电场力做的功．（2）A．C两点的电势差．
【达标检测】
1．关于静电场的说法中正确的是（ ）
A．在匀强电场中，任意两点间的电势差与这两点间的距离成正比
B．在匀强电场中，电势降低的方向就是场强的方向
C．电荷在等势面上移动时不受电场力
D．若电场力对电荷作正功，电荷的电势能一定减小，而动能不一定增加
2．电场中有一条直线，在直线上有M、N两点，若将一试探电荷Q从直线外的P点分别移到M、N两点，电场力对Q做功相等，则 ( )
A．该电场若是匀强电场，则M、N连线一定与电场线平行
B．该电场若是匀强电场，则M、N连线—定与电场线垂直
C．该电场若是由一个点电荷产生的，则M、N两点的电势和场强都相同
D．该电场若是由一个点电荷产生的，则M、N两点的电势相等，电场强度不同
3．图中的实线为电场线，虚线为等势线，a．b两点的电势＝-50 V，＝-20 V，则a．b连线中点c的电势应为 ( )
A．＝-35 V B．>-35 V
C．<-35 V D．条件不足，无法判断的高低
4．如图所示，在电场强度E＝2000 V／m的匀强电场中，有三点A．M和B，AM＝4 cm，MB＝3 cm，AB＝5 cm，且AM边平行于电场线，把一电荷量q＝2×10-9C的正电荷从B移到M点，再从M点移到A点，电场力做功为 ( )
A．0.6×10-6J B．0.12×10-6J
C．-0.16×10-6J D．-0.12×10-6J
5．如图，P和Q为两平行金属板，板间电压为U，在P板附近有一电子由静止开始向Q板运动．关于电子到达Q板时的速率，下列说法正确的是 （ ）
A．两板间距离越大，加速时间越长，获得的速率就越大
B．两板间距离越小，加速度越大，获得的速率就越大
C．与两板间距离无关，仅与加速电压U有关
D．以上说法都不正确
6．如图所示，带电量之比为qA︰qB=1︰3的带电粒子A．B先后以相同的速度从同一点射入平行板电容器中，不计重力，带电粒子偏转后打在同一极板上，水平飞行距离之比为，则带电粒子的质量之比以及在电场中飞行时间之比分别为（ ）
A．1:1，2:3 B．2:1，3:2
C．1:1，3:4 D．4:3，2:1
7．如图所示，有三个质量相等，分别带正电、负电和不带电的小球，从平行板电场中的P点以相同的初速度垂直于E进入电场，它们分别落于A．B．C三点，则可判断（ ）
A．落到A点的小球带正电，落到B点的小球不带电
B．三个小球在电场中运动时间相等
C．三个小球到达正极板时的动能关系是
D．三个小球在电场中运动的加速度关系是
8．如图，从灯丝发出的电子经加速电场加速后，进入偏转电场，若加速电压为U1，偏转电压为U2，要使电子在电场中的偏转量y增大为原来的2倍，下列方法中正确的是( )
A．使U1减小为原来的一半
B．使U2增大为原来的2倍
C．使偏转板的长度增大为原来2倍
D．使偏转板的距离减小为原来的一半
9．在水深超过200 m的深海,光线极少，能见度极低，有一种电鳗具有特殊的适应性，能通过自身发出生物电来获取食物并威胁敌害、保护自己．该电鳗的头尾相当于两个电极，它在海水中产生的电场强度达到104N／C时可击昏敌害，身长为50 cm的电鳗，在放电时产生的瞬时电压大约可达 V．
10．为使带负电的点电荷q在一匀强电场中沿直线匀速地由A运动到B，必须对该电荷施加一个恒力F，如图所示．若AB＝0.4 m，α＝370，q＝-3×10-7C，F＝1．5×10-4N，A点电势＝100 V(不计重力，sin 370=0.6，cos370＝0.8)
在图中用实线画出电场线，用虚线画出通过A．B两点的等势线，并标明它们的电势值，求出场强和AB间的电势差。
求q在由A到B的过程中电势能的变化量是多少？