2019-2020学年高中物理第1章静电场第9节带电粒子在电场中的运动课件 人教版选修3-1

2019-2020学年高中物理第1章静电场第9节带电粒子在电场中的运动课件 人教版选修3-1

第 9 节　带电粒子在电场中的运动 课前教材预案 要点一　带电粒子的加速 1 ．进入电场的方式：以初速度 v 0 垂直于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 v 0 的方向 ___________. 3 ．运动特点：做 ______________ 运动，与力学中的 _____________ 类似． 要点二　带电粒子的偏转 恒定 垂直 匀变速曲线 平抛运动 4 ． 运动规律 ( 如图所示 ) 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，如图所示． 要点三　示波管的原理 电子枪 偏转电极 荧光屏 2 ． 原理 灯丝被电源加热后，发射热电子，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 ′ 偏转电极上加一 _____________ ，且扫描电压与信号电压周期相同，在荧光屏上就会出现按 YY ′ 偏转电压规律变化的可视图象． 信号电压 扫描电压 带电粒子的分类 (1) 基本粒子：如电子、质子、 α 粒子、离子等，除有说明或有明确的暗示以外，此类粒子一般不考虑重力． ( 但并不忽略质量 ) (2) 带电微粒：如液滴、油滴、尘埃、小球等，除有说明或明确的暗示外，一般都不能忽略重力． 课堂深度拓展 考点一　带电粒子的加速 带电粒子在电场中加速 【例题 1 】 如图所示，在 P 板附近有一电子由静止开始向 Q 板运动．已知两极板间电势差为 U ，板间距为 d ，电子质量为 m ，电荷量为 e . 则关于电子在两板间的运动情况，下列叙述正确的是 ( 　　 ) A ．若将板间距 d 增大一倍，则电子到达 Q 板的速率保持不变 B ．若将板间距 d 增大一倍，则电子到达 Q 板的速率也增大一倍 C ．若将两极板间电势差 U 增大一倍，则电子到达 Q 板的时间保持不变 D ．若将两极板间电势差 U 增大一倍，则电子到达 Q 板的时间减为一半 思维导引： 解题时可按以下思路分析 答案 A C 　 考点二　带电粒子的偏转 由 ③ 式知，粒子的偏转角与粒子的 q 、 m 无关，仅决定于加速电场和偏转电场，即不同的带电粒子从静止经同一电场加速后进入同一偏转电场，它们在电场中的偏转角度总是相同的． (2) 若带电量相同的粒子以不同的初动能进入同一偏转电场，由 ① 式，动能较大的粒子偏转角较小． (3) 若相同的粒子以不同的初速度进入同一偏转电场，由 ① 式，初速度较大的粒子偏转角较小． 带电粒子在电场中偏转问题的两种求解思路 (1) 运动学与动力学观点 ① 运动学观点是指用匀变速运动的公式来解决实际问题，一般有两种情况： a ．带电粒子初速度方向与电场线共线，粒子做匀变速直线运动； b ．带电粒子的初速度方向垂直电场线，粒子做匀变速曲线运动 ( 类平抛运动 ) ． ② 当带电粒子在电场中做匀变速曲线运动时，一般要采取类似平抛运动的解决方法． (2) 功能观点：首先对带电体受力分析，再分析运动形式，然后根据具体情况选用公式计算 ① 若选用动能定理，则要分清有多少个力做功，是恒力做功还是变力做功，同时要明确初、末状态及运动过程中的动能的增量． ② 若选用能量守恒定律，则要分清带电体在运动中共有多少种能量参与转化，哪些能量是增加的，哪些能量是减少的． 【例题 2 】 一束电子流在经 U ＝ 5 000 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？ 答案 400 V 【变式 2 】 如图所示，有一质子 ( 质量为 m 、电荷量为 e ) 由静止开始经电压为 U 1 的电场加速后，进入两极间距离为 d 、板间电压为 U 2 的平行金属板间，若质子从两板正中间垂直电场方向射入电场，并且恰能从下板右边缘穿出电场．求： (1) 质子刚进入偏转电场 U 2 时的速度 v 0 ； (2) 质子在偏转电场 U 2 中运动的时间和金属板的长度 L ； (3) 质子穿出偏转电场时的动能 E k . (1) 偏转电极不加电压时 从电子枪射出的电子将沿直线运动，射到荧光屏的中心点形成一个亮斑． (2) 在偏转电极 XX ′( 或 YY ′) 加电压时 若所加电压稳定，则电子被加速、偏转后射到 XX ′( 或 YY ′) 所在直线上的某一点，形成一个亮斑 ( 不在中心 ) ． 考点三　示波管的工作原理 示波管实际工作时，偏转电极 YY ′ 和偏转电极 XX ′ 都加上电压，一般地，加在偏转电极 YY ′ 上的电压是要研究的信号电压，加在偏转电极 XX ′ 上的电压是扫描电压．若两者周期相同，在荧光屏上就会显示出信号电压在一个周期内随时间变化的波形图． 【例题 3 】 如图甲所示，热电子由阴极飞出时的初速度忽略不计，电子发射装置的加速电压为 U 0 ，电容器板长和板间距离均为 L ＝ 10 cm ，下极板接地，电容器右端到荧光屏的距离也是 L ＝ 10 cm ，在电容器极板间接一交变电压，上极板的电势随时间变化的图象如图乙所示． ( 每个电子穿过平行板的时间都极短，可以认为电子穿过平行板的过程中电压是不变的 ) (1) 在 t ＝ 0.06 s 时刻，电子打在荧光屏上的何处？ (2) 荧光屏上有电子打到的区间有多长？ 【变式 3 】 如图甲所示为示波管的原理图．如果在电极 YY ′ 之间所加的电压按图乙所示的规律变化，在电极 XX ′ 之间所加的电压按图丙所示的规律变化，则在荧光屏上会看到的图形是 ( 　　 ) B 解析 由图乙及图丙知，在 0 ～ t 1 时间内 U Y 为正， Y 板电势高，电子向 Y 板偏转，而此时 U X 为负，即 X 电势高，电子向 X ′ 板偏转，选项 B 正确． 1 ． ( 多选 ) 如图所示为示波管中电子枪的原理示意图，示波管内被抽成真空． K 为发射电子的阴极， A 为接在高电势点的加速阳极， A 、 K 间电压为 U ，电子离开阴极时的速度可以忽略不计，电子经加速后从 A 的小孔中射出时的速度大小为 v . 下列说法正确的是 ( 　　 ) 课末随堂演练 A ．如果 A 、 K 间距离减半而电压仍为 U ，则电子离开 A 时的速度仍为 v 答案 AC 2 ． 如图所示， a 、 b 两个带正电的粒子，以相同的速度先后垂直于电场线从同一点进入平行板间的匀强电场后， a 粒子打在 B 板的 a ′ 点， b 粒子打在 B 板的 b ′ 点，若不计重力，则 ( 　　 ) A ． a 的电荷量一定大于 b 的电荷量 B ． b 的质量一定大于 a 的质量 C ． a 的比荷一定大于 b 的比荷 D ． b 的比荷一定大于 a 的比荷 C 　 A 　 4 ． 一束电子从静止开始经加速电压 U 1 加速后，以水平速度沿中线 OO ′ 射入水平放置的两平行金属板中间，如图所示，金属板长为 l ，两板间距为 d ，竖直放置的荧光屏距金属板右端距离为 L . 若在两金属板间加直流电压 U 2 ，电子偏离中线打在荧光屏上的 P 点，求 OP 的长度．