人教版 高二物理选修3-1 第一章 1.9带电粒子在电场中的运动课件（共37张PPT）
文档属性
| 名称 | 人教版 高二物理选修3-1 第一章 1.9带电粒子在电场中的运动课件（共37张PPT） |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 2.0MB | ||
| 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 | 2020-08-02 07:15:29 | ||
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文档简介
(共37张PPT)
9
带电粒子在电场中的运动
示波管中电子为什么偏转，其运动有什么规律？
1.会用动力学和能量的观点分析带电粒子在电场中的加速运动。
2.掌握初速度与场强方向垂直的带电粒子在电场
中的偏转问题。
3.了解示波管的主要构造和工作原理。
(重点)
U
+q
m
+
__
ｖ=?
F
【探究一：带电粒子的加速运动】
【探究情景】一个质量为m、带正电荷q的粒子，在静电力的作用下由静止开始从正极板向负极板运动。
试计算粒子到达负极板时的速度？
方法一：动力学观点：
主要利用牛顿运动定律和匀变速直线运动的规律
①
②
由①②得
③
方法二：能量观点
——利用动能定理
①
②
由①得：
【规律总结】对比两种方法
1.利用牛顿第二定律和匀变速直线运动规律，仅适用于匀强电场中，物体做匀变速直线运动，即物体必须沿着电场线进入匀强电场。
2.利用动能定理，不仅适用于匀强电场，也适用于非匀强电场，因为公式W=qU适用于任何电场。
【解析】电子从金属丝到金属
板，由动能定理得：
①
由①得
答案：
例题1.
炽热的金属丝可以发射电子。在金属丝和金属板之间加以电压U=2500V，发射出的电子在真空中加速后，从金属板的小孔穿出。电子穿出时的速度有多大？设电子刚刚离开金属丝时的速度为0。
对点训练1.如图所示，在A板附近有一电子由静止开始向B板运动，则关于电子到达B板时的速率，下列解释正确的是( )
A．两板间距越大，运动时间就越长，
则获得的速率越大
B．两板间距越小，加速度就越大，
则获得的速率越大
C．与两板间的距离无关，仅与加速电压U有关
D．以上解释都不正确
C
m
+q
+
_
v0
你能画出带电微粒的运动轨迹吗？
【探究二：带电粒子的偏转规律】
问题：
带电粒子的偏转：（不计重力）
+
+
+
+
+
+
+
+
+
-
-
-
-
-
-
-
-
-
+
1.运动状态分析：
带电粒子以速度v0垂直于电场线方向飞入两带电平行板产生的匀强电场时，若只受电场力作用，则带电粒子做匀变速曲线运动。
2.偏转问题的分析处理方法：（类似平抛运动分析方法）
（1）沿初速度方向是速度为v0的匀速直线运动；
（2）沿电场力方向是初速度为零的匀加速直线运动。
类平抛运动
与粒子比荷
成正比
与粒子初速度v0的平方成反比
与电场的属性U、l、d有关
与粒子比荷
成正比
与粒子初速度v0
的平方成反比
与电场的属性U、l、d有关
对点训练2.如图所示,相距为d长度为l的平行板AB加上电压后,可在A、B之间的空间中产生电场,在A、B左端距AB
等距离处的O点,有一电量为+q质量为m的粒子以初速度v0沿水平方向(与A、B板平行)射入。不计重力,要使此粒子能从C处射出,则A、B间的电压应为(
)
A.
B.
C.
D.
A
U1
+
_
电场中加速
电场中偏转
+
_
U2
【探究三：带电粒子先加速再偏转的运动规律】
+
_
v
L
v0
加速
偏转
电荷经加速电场加速后进入偏转电场
通过加速电场的末速度为进入偏转电场的初速度
对点训练3.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,测得其间的场强
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?
答案：粒子带正电
(2)
粒子打在荧光屏上距O点下方多远处?
-
-
-
-
+
+
+
+
D
A
B
s
O
C
解析:
水平方向:
竖直方向:
由此得到
(3)粒子打在荧光屏上时的动能为多大?
-
-
-
-
+
+
+
+
D
A
B
s
O
C
所以粒子打在荧光屏上动能:
【探究四：示波管的工作原理】
（1）电子枪：发射并加速电子。
（2）偏转电极：YY′使电子束竖直偏转；XX′使电子束水平偏转。
（3）荧光屏：电子束打到荧光屏上能使该处的荧光物质发光。
Y
Y’
X
X’
-
+
-
-
+
-
若金属平行板水平放置,电子将在竖直方向发生偏转
若金属平行板竖直放置,电子将在水平方向发生偏转
偏转电极的不同放置方式
Y
Y′
X′
YY′随信号电压同步变化，但由于视觉暂留和荧光物质的残光特性，只能看到一条竖直的亮线。
X
如果在XX′之间不加电压,而在YY′之间所加的电压按图所示的规律随时间变化，在荧光屏上会看到什么图形？
同理可得亮斑在水平方向的偏移随加在ＸＸ′上的电压而变化，若所加的电压为特定的周期性变化电压则亮斑在水平方向来回运动——扫描，如果扫描电压变化很快，亮斑看起来为一条水平的亮线。
扫描电压
Y
Y′
X′
X
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
t1
D
E
F
t2
Uy
Ux
如果信号电压是周期性的，并且扫描电压与信号电压的周期相同，就可以在荧光屏上得到待测信号在一个周期内随时间变化的稳定图像。
X
O
注意：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，α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。
【归纳总结】
带电粒子在匀强电场中运动状态：
匀变速直线运动—加速、减速
匀变速曲线运动—偏转
平衡（F合=0）
匀变速运动
（F合≠0）
静止
匀速直线运动
1.利用电场使带电粒子加速
2.利用电场使带电粒子偏转
从动力学和运动学角度分析
从做功和能量的角度分析
类似平抛运动的分析方法
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
做初速度为零的匀加速运动
1．带电粒子垂直场强方向进入匀强电场，仅在电场力
作用下发生偏转，在这一过程中带电粒子的（
）
A．电势能增加，动能减小
B．电势能减小，动能增加
C．机械能保持不变
D．电势能的减小大于机械能的增加
B
2.如图所示，水平平行金属板A、B间距为d，带电质点
质量为m，电荷量为q，当质点以速率v从两极板中央水
平飞入两极间，两极不加电压时，恰好从下板边缘飞
出，若给A、B两极加一电压U，则恰好从上板边缘飞
出，那么所加电压U=
。
【解题关键】
恰好从上板边缘飞出，意味着位移偏移量为
3.
一水平放置的平行板电容器的两极板间距为d，极板分别
与电池两极相连，上极板中心有一小孔(小孔对电场的影响
可忽略不计)。小孔正上方
处的P点有一带电粒子，该粒子
从静止开始下落，经过小孔进入电容器，并在下极板处(未
与极板接触)返回。若将下极板向上平移
，则从P点开始
下落的相同粒子将
(
)
A.打到下极板上
B.在下极板处返回
C.在距上极板
处返回
D.在距上极板
处返回
D
4.(2017·全国卷I)真空中存在电场强度大小为E1的匀强电场,一带电油滴在该电场中竖直向上做匀速直线运动,速度大小为v0,在油滴处于位置A时,将电场强度的大小突然增大到某值,但保持其方向不变。持续一段时间t1后,又突然将电场反向,但保持其大小不变;再持续同样一段时间后,油滴运动到B点。重力加速度大小为g。求油滴运动到B点时的速度。
【答案】v0-2gt1
有时候打垮我们的并不是困难和厄运，而是对困难、厄运的恐惧和焦虑，在这种恐惧和焦虑之下丧失了信心和勇气。
9
带电粒子在电场中的运动
示波管中电子为什么偏转，其运动有什么规律？
1.会用动力学和能量的观点分析带电粒子在电场中的加速运动。
2.掌握初速度与场强方向垂直的带电粒子在电场
中的偏转问题。
3.了解示波管的主要构造和工作原理。
(重点)
U
+q
m
+
__
ｖ=?
F
【探究一：带电粒子的加速运动】
【探究情景】一个质量为m、带正电荷q的粒子，在静电力的作用下由静止开始从正极板向负极板运动。
试计算粒子到达负极板时的速度？
方法一：动力学观点：
主要利用牛顿运动定律和匀变速直线运动的规律
①
②
由①②得
③
方法二：能量观点
——利用动能定理
①
②
由①得：
【规律总结】对比两种方法
1.利用牛顿第二定律和匀变速直线运动规律，仅适用于匀强电场中，物体做匀变速直线运动，即物体必须沿着电场线进入匀强电场。
2.利用动能定理，不仅适用于匀强电场，也适用于非匀强电场，因为公式W=qU适用于任何电场。
【解析】电子从金属丝到金属
板，由动能定理得：
①
由①得
答案：
例题1.
炽热的金属丝可以发射电子。在金属丝和金属板之间加以电压U=2500V，发射出的电子在真空中加速后，从金属板的小孔穿出。电子穿出时的速度有多大？设电子刚刚离开金属丝时的速度为0。
对点训练1.如图所示，在A板附近有一电子由静止开始向B板运动，则关于电子到达B板时的速率，下列解释正确的是( )
A．两板间距越大，运动时间就越长，
则获得的速率越大
B．两板间距越小，加速度就越大，
则获得的速率越大
C．与两板间的距离无关，仅与加速电压U有关
D．以上解释都不正确
C
m
+q
+
_
v0
你能画出带电微粒的运动轨迹吗？
【探究二：带电粒子的偏转规律】
问题：
带电粒子的偏转：（不计重力）
+
+
+
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+
+
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+
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1.运动状态分析：
带电粒子以速度v0垂直于电场线方向飞入两带电平行板产生的匀强电场时，若只受电场力作用，则带电粒子做匀变速曲线运动。
2.偏转问题的分析处理方法：（类似平抛运动分析方法）
（1）沿初速度方向是速度为v0的匀速直线运动；
（2）沿电场力方向是初速度为零的匀加速直线运动。
类平抛运动
与粒子比荷
成正比
与粒子初速度v0的平方成反比
与电场的属性U、l、d有关
与粒子比荷
成正比
与粒子初速度v0
的平方成反比
与电场的属性U、l、d有关
对点训练2.如图所示,相距为d长度为l的平行板AB加上电压后,可在A、B之间的空间中产生电场,在A、B左端距AB
等距离处的O点,有一电量为+q质量为m的粒子以初速度v0沿水平方向(与A、B板平行)射入。不计重力,要使此粒子能从C处射出,则A、B间的电压应为(
)
A.
B.
C.
D.
A
U1
+
_
电场中加速
电场中偏转
+
_
U2
【探究三：带电粒子先加速再偏转的运动规律】
+
_
v
L
v0
加速
偏转
电荷经加速电场加速后进入偏转电场
通过加速电场的末速度为进入偏转电场的初速度
对点训练3.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,测得其间的场强
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?
答案：粒子带正电
(2)
粒子打在荧光屏上距O点下方多远处?
-
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D
A
B
s
O
C
解析:
水平方向:
竖直方向:
由此得到
(3)粒子打在荧光屏上时的动能为多大?
-
-
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+
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+
D
A
B
s
O
C
所以粒子打在荧光屏上动能:
【探究四：示波管的工作原理】
（1）电子枪：发射并加速电子。
（2）偏转电极：YY′使电子束竖直偏转；XX′使电子束水平偏转。
（3）荧光屏：电子束打到荧光屏上能使该处的荧光物质发光。
Y
Y’
X
X’
-
+
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+
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若金属平行板水平放置,电子将在竖直方向发生偏转
若金属平行板竖直放置,电子将在水平方向发生偏转
偏转电极的不同放置方式
Y
Y′
X′
YY′随信号电压同步变化，但由于视觉暂留和荧光物质的残光特性，只能看到一条竖直的亮线。
X
如果在XX′之间不加电压,而在YY′之间所加的电压按图所示的规律随时间变化，在荧光屏上会看到什么图形？
同理可得亮斑在水平方向的偏移随加在ＸＸ′上的电压而变化，若所加的电压为特定的周期性变化电压则亮斑在水平方向来回运动——扫描，如果扫描电压变化很快，亮斑看起来为一条水平的亮线。
扫描电压
Y
Y′
X′
X
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
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F
A
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C
t1
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F
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Uy
Ux
如果信号电压是周期性的，并且扫描电压与信号电压的周期相同，就可以在荧光屏上得到待测信号在一个周期内随时间变化的稳定图像。
X
O
注意：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，α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。
【归纳总结】
带电粒子在匀强电场中运动状态：
匀变速直线运动—加速、减速
匀变速曲线运动—偏转
平衡（F合=0）
匀变速运动
（F合≠0）
静止
匀速直线运动
1.利用电场使带电粒子加速
2.利用电场使带电粒子偏转
从动力学和运动学角度分析
从做功和能量的角度分析
类似平抛运动的分析方法
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
做初速度为零的匀加速运动
1．带电粒子垂直场强方向进入匀强电场，仅在电场力
作用下发生偏转，在这一过程中带电粒子的（
）
A．电势能增加，动能减小
B．电势能减小，动能增加
C．机械能保持不变
D．电势能的减小大于机械能的增加
B
2.如图所示，水平平行金属板A、B间距为d，带电质点
质量为m，电荷量为q，当质点以速率v从两极板中央水
平飞入两极间，两极不加电压时，恰好从下板边缘飞
出，若给A、B两极加一电压U，则恰好从上板边缘飞
出，那么所加电压U=
。
【解题关键】
恰好从上板边缘飞出，意味着位移偏移量为
3.
一水平放置的平行板电容器的两极板间距为d，极板分别
与电池两极相连，上极板中心有一小孔(小孔对电场的影响
可忽略不计)。小孔正上方
处的P点有一带电粒子，该粒子
从静止开始下落，经过小孔进入电容器，并在下极板处(未
与极板接触)返回。若将下极板向上平移
，则从P点开始
下落的相同粒子将
(
)
A.打到下极板上
B.在下极板处返回
C.在距上极板
处返回
D.在距上极板
处返回
D
4.(2017·全国卷I)真空中存在电场强度大小为E1的匀强电场,一带电油滴在该电场中竖直向上做匀速直线运动,速度大小为v0,在油滴处于位置A时,将电场强度的大小突然增大到某值,但保持其方向不变。持续一段时间t1后,又突然将电场反向,但保持其大小不变;再持续同样一段时间后,油滴运动到B点。重力加速度大小为g。求油滴运动到B点时的速度。
【答案】v0-2gt1
有时候打垮我们的并不是困难和厄运，而是对困难、厄运的恐惧和焦虑，在这种恐惧和焦虑之下丧失了信心和勇气。