选修3-1第一章第九节带电粒子在电场中的运动学案

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名称 选修3-1第一章第九节带电粒子在电场中的运动学案
格式 zip
文件大小 188.1KB
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 2011-09-23 07:38:43

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文档简介

高二物理【电场】第九节《带电粒子在电场中的运动》学案
学习目标:1、理解带电粒子在电场中的运动规律,并能分析解决加速和偏转方向的问题.
2、知道示波管的构造和基本原理.
教学重点:带电粒子在匀强电场中的运动规律
教学难点:运用电学知识和力学知识综合处理偏转问题
【探究过程】
带电粒子:是否考虑带电粒子的重力要根据具体情况而定
(1)基本粒子:如电子、原子、α粒子、离子等除了有说明或有明确的暗示以外,一般都不考虑重力(但并不忽略质量).
(2)带电颗粒:如液滴、油滴、尘埃、小球等,除有说明或有明确的暗示以外,一般都不能忽略重力.
二、带电粒子在电场中的加速
1、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 运动
用牛顿运动定率解决:
2、功能关系分析:粒子动能的变化量等于 做的功。
(1)若初速度为零:
(2)若初速度不为零:
讨论:若电场是非匀强电场呢?以上两种方法是否还适用?
结论:牛顿运动定律只适用匀强电场,功能关系不仅适用于匀强电场,也适用于非匀强电场。
例1 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)
三、带电粒子在电场中的偏转
1、运动状态分析:带电粒子以速度v0垂直于电场线方向射入匀强电场时,受到恒定的与初速度方向垂直的电场力作用而做匀变速曲线运动。
2、偏转问题的处理方法:(类似于平抛运动的处理)沿初速度方向为 运动,沿电场力方向为 运动。
例2、如图,设负电荷带电荷量为q,平行板长为l,两板间距为d,电势差为U,初速为v0.试求:
(1)带电粒子在电场中运动的时间t=
(2)粒子受力情况分析
(3)粒子运动的加速度
(4)粒子在射出电场时竖直方向上的偏转距离
(5)粒子在离开电场时竖直方向的分速度
(6)粒子在离开电场时的速度大小
(7)粒子在离开电场时的偏转角度θ。
拓展:若带电粒子的初速v0是在电场的电势差U1下加速而来的(从零开始),那么上面的结果又如何呢 (y,θ)
例3、如图1—8-5所示,离子发生器发射出一束质量为m,电荷量为q的离子,从静止经加速电压U1加速后,获得速度,并沿垂直于电场线方向射入两平行板中央,受偏转电压U2作用后,以速度离开电场,已知平行板长为,两板间距离为d,求:①的大小;
②离子在偏转电场中运动时间;
③离子在偏转电场中受到的电场力的大小F;
④离子在偏转电场中的加速度;
⑤离子在离开偏转电场时的分速度;
⑥离子在离开偏转电场时的速度的大小;
⑦离子在离开偏转电场时的横向偏移量y;
⑧离子离开偏转电场时的偏转角θ的正切值tgθ
四、示波管的原理
1、示波器:用来观察电信号随时间变化的电子仪器。其核心部分是示波管
2、示波管的构造:由电子枪、偏转电极和荧光屏组成(如图)。
3、原理:利用了电子的惯性小、荧光物质的荧光特性和人的视觉暂留等,灵敏、直观地显示出电信号随间变化的图线。
4、示波管的构造原理图:
例4、右图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,电子经过偏转电场兵器打在荧光屏上的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,电子的质量为m,电荷量为e。求:
(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
【课堂练习】
1、两平行金属板相距为d,电势差为U,一电子质量为m,电荷量为e,从O点沿垂直于极板的方向射出,最远到达A点,然后返回,如图1—8—3所示,OA=h,此电子具有的初动能是 ( )
A. B.edUh
C. D.
2.如图,氢核()、氘核()、氚核()分别由左孔由静止释放,后由右孔射出,则:
⑴ 射出时的动能之比为________________
⑵ 射出时的速度之比为________________
3、如图所示,二价氦离子和质子的混合体,经同一加速电场加速后,垂直射入同一偏转电场中,偏转后,打在同一荧光屏上,则它们( )
A、侧移相同
B、偏转角相同
C、到达屏上同一点
D、到达屏上不同点
4.一束质量为m、电荷量为q的带电粒子以平行于两极板的速度v0进入匀强电场,如图1-9-7所示.如果两极板间电压为U,两极板间的距离为d、板长为L.设粒子束不会击中极板,求粒子飞出电场时电势能的变化量?(粒子的重力忽略不计)
5.一束电子流在经U=5000 V的加速电压加速后,在距两极板等距处垂直进入平行板间的匀强电场,如图所示,若两板间距d=1.0 cm,板长l=5.0 cm,那么,要使电子能从平行板间飞出,两个极板上最多能加多大电压
6、如图所示,带负电的小球静止在水平放置的平行板电容 器两板间,距下板0.8 cm,两板间的电势差为300 V.如果两板间电势差减小到60 V,则带电小球运动到极板上需多长时间
高二物理【电场】第九节《带电粒子在电场中的运动》答案
例1:解析 从A到B由动能定理:
得:
例2、解:由于带电粒子在电场中运动受力仅有电场力(与初速度垂直且恒定),不考虑重力,故带电粒子做类平抛运动。
粒子在电场中的运动时间 t=
加速度 a==qU/md
竖直方向的偏转距离:y=at2=
粒子离开电场时竖直方向的速度为 v1=at=
速度为: v=
偏转角度θ为: tanθ=
例3、解析:①不管加速电场是不是匀强电场,W=qU都适用,
所以由动能定理得:
②由于偏转电场是匀强电场,所以离子的运动类似平抛运动.
即:水平方向为速度为v0的匀速直线运动,竖直方向为初速度为零的匀加速直线运动.∴在水平方向
③ F=qE=



⑦(和带电粒子q、m无关,只取决于加速电场和偏转电场)
例4、解答:(1)设电子经电压U1加速后的速度为V0,根据动能定理得:
解得:
(2)电子以速度υ0进入偏转电场后,垂直于电场方向做匀速直线运动,沿电场方向做初速度为零的匀加速直线运动,设偏转电场的电场强度为E,电子在偏转电场中运动的时间为t1,电子的加速度为α,离开偏转电场时的侧移量为y1,根据牛顿第二定律和运动学公式得:
,解得:
(3)设电子离开偏转电场时沿电场方向的速度为υy根据运动学公式得υy=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,如下图所示
解得:
P至O点的距离为
【课堂练习】
1、解析:电子从O点到A点,因受电场力作用,速度逐渐减小,根据题意和图示可知,电子仅受电场力,由能量关系:,又E=U/d,,所以 . 故D正确.
2、解析:由得,其动能之比为:1:1:1
速度比为:
3、解析:(和带电粒子q、m无关,只取决于加速电场和偏转电场)
答案:ABC
4、解析 带电粒子在水平方向做匀速直线运动,在竖直方向做匀加速直线运动,静电力做功导致了电势能的改变.
水平方向匀速,则运动时间t=①
竖直方向加速,则偏移量y=at2②
且a=③
由①②③得y=
则静电力做功W=qE·y=q·· =
由功能原理得电势能减少了.
5、解析:在加速电压一定时,偏转电压U′越大,电子在极板间的偏距就越大。当偏转电压大到使电子刚好擦着极板的边缘飞出,此时的偏转电压,即为题目要求的最大电压。
加速过程,由动能定理得 ①
进入偏转电场,电子在平行于板面的方向上做匀速运动
l=v0t ②
在垂直于板面的方向做匀加速直线运动,加速度

偏距 ④
能飞出的条件为 y≤ ⑤
解①~⑤式得
U′≤V=4.0×102 V
即要使电子能飞出,所加电压最大为400 V
6、解析:取带电小球为研究对象,设它带电量为q,则带电小球受重力mg和电场力qE的作用. 当U1=300 V时,小球平衡: ①
当U2=60 V时,带电小球向下板做匀加速直线运动: ②
又 ③
由 ① ② ③ 得:
s=4.5×10-2 s
图1—8-5
U
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