黑龙江省齐齐哈尔市高中物理第一章静电场1.9带电粒子在电场中的运动导学案无答案新人教版选修3_1.doc

1.9带电粒子在电场中的运动学习目标1、掌握带电粒子在电场中加速和偏转的规律； 2、理解电压对粒子加速和偏转的影响，并能综合利用力学知识对有关问题进行分析； 3、了解加速和偏转在实际中的应用。学习疑问学习建议知识点一、带电粒子在电场中的加速1带电粒子的分类(1)微观粒子如电子、质子、粒子、离子等，除有说明或有明确的暗示以外，此类粒子一般 重力(但并不忽略质量)(2)宏观微粒如液滴、油滴、尘埃、小球等，除有说明或有明确的暗示以外，一般都 重力2在匀强电场E中，被加速的粒子电荷量为q，质量为m，从静止开始加速的距离为d，加速后的速度为v，这些物理量间的关系满足动能定理： 带电粒子仅在电场力作用下加速，若粒子运动的初末位置的电势差为U，若初速度为零，则 ；若初速度不为零，则 知识点二、带电粒子在电场中的偏转1进入电场的方式：以初速度v0垂直于电场方向进入匀强电场2运动性质(1)沿初速度方向：速度为v0的 运动(2)垂直v0的方向上：初速度为零，加速度为a 的 运动3运动规律(如图)质量为m、带电量为q的基本粒子(忽略重力)，以初速度v0平行于两极板进入匀强电场，极板长为l，板间距离为d，板间电压为U.2运动规律(1)偏移距离：因为t ，a ，所以偏移距离y .(2)偏转角度：因为vy ，所以tan .知识点三、示波管的原理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 (发射电子的灯丝、加速电极组成)、 (由一对X偏转电极板和一对Y偏转电极板组成)和 组成，如图所示2原理(1)扫描电压：XX偏转电极接入的是由仪器自身产生的锯齿形电压(2)灯丝被电源加热后，出现热电子发射，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，如果在Y偏转极板上加一个 ，在X偏转极板上加一 ，在荧光屏上就会出现按Y偏转电压规律变化的可视图像 【合作探究一】带电粒子在电场中的加速两块平行正对的金属板A 、B，相距为d ，带有等量异号电荷，电压为U，场强为E，如图所示。一质量为m，电荷为q的带正电的粒子从A板处由静止开始运动，求其到达B板的速度。 问题1带电粒子在电场中受哪些力作用？重力可以忽略吗？问题2：解答此题可用哪些方法？问题3：对非匀强电场可用哪种方法？若初速度不为零，则速度为多少？【典题探究】【例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【例2】如图所示，在点电荷Q激发的电场中有A、B两点，将质子和粒子分别从A点由静止释放到达B点时，它们的速度大小之比为多少？【合作探究二】带电粒子在电场中的偏转问题1：带电粒子以初速度v0垂直电场方向射入匀强电场，不计重力作用，它的受力有什么特点？问题2：它的运动规律与什么运动相似？问题3：推导粒子离开电场时沿垂直于极板方向的偏移量和偏转的角度（1）、基本关系初速度方向：= l= 电场线方向：= y= （2）、导出关系粒子离开电场时的侧移位移为：y 粒子离开电场时速度偏转角的正切tan 粒子离开电场时位移与初速度夹角的正切tan= 问题4：几个推论粒子射出电场时好像从板长l的处沿直线射出，根据 位移方向与初速度方向间夹角的正切为速度偏转角正切的，根据tan .若几种不同的带电粒子经同一电场加速之后再进入同一个偏转电场，粒子的侧移位移、偏转角与粒子的q、m无关，仅取决于加速电场和偏转电场根据y ，tan .其中U1为加速电场的电压，U2为偏转电场的电压 【典题探究】【例3】如图所示，两极板与电源相连接，电子从负极板边缘垂直电场方向射入匀强电场，且恰好从正极板边缘飞出，现在使电子入射速度变为原来的两倍，而电子仍从原位置射入，且仍从正极板边缘飞出，则两极板的间距应变为原来的( )A2倍 B4倍 C. D.【例4】如下图所示，电子在电势差为U1的电场中加速后，垂直射入电势差为U2的偏转电场在满足电子能射出偏转电场的条件下，下列四种情况中，一定能使电子的偏转角变大的是( )AU1变大、U2变大 BU1变小、U2变大CU1变大、U2变小 DU1变小、U2变小【合作探究三】示波器的原理问题1示波管主要由哪几部分构成？问题2电子枪和偏转电极分别利用了本节哪一部分的知识？问题3回答课本“思考与讨论”部分的问题【典题探究】 【例5】示波管的内部结构如图所示，如果在电极YY之间加上图(a)所示的电压，在XX之间加上图 (b)所示电压，荧光屏上会出现的波形是( )TT(a)(b)XXYYABCDXXYY 【课堂检测】1.一带电粒子在电场中只受静电力作用时,它不可能出现的运动状态是( )A.匀速直线运动B.匀加速直线运动C.匀变速曲线运动D.匀速圆周运动2下列带电粒子均从静止开始在电场力作用下做加速运动，经过相同的电势差U后，哪个粒子获得的速度最大( )A质子HB氘核HC粒子HeD钠离子Na3电子以初速度v0沿垂直场强方向射入两平行金属板中间的匀强电场中，现增大两板间的电压，但仍使电子能够穿过平行板间，则电子穿越平行板所需要的时间( )A随电压的增大而减小B随电压的增大而增大C加大两板间距离，时间将减小D与电压及两板间距离均无关4如图所示，矩形区域ABCD内存在竖直向下的匀强电场，两个带正电的粒子a和b以相同的水平速度射入电场，粒子a由顶点A射入，从BC的中点P射出，粒子b由AB的中点O射入，从顶点C射出若不计重力，则a和b的荷质比(即粒子的电荷量与质量之比)是( )A12 B21 C18 D815如图所示，静止的电子在加速电压U1的作用下从O经P板的小孔射出，又垂直进入平行金属板间的电场，在偏转电压U2的作用下偏转一段距离现使U1加倍，要想使电子的运动轨迹不发生变化，应该( )A使U2加倍 B使U2变为原来的4倍C使U2变为原来的倍 D使U2变为原来的倍6.一束电子流在经U5 000 V的加速电压加速后，在距两极板等距离处垂直进入平行板间的匀强电场，如图所示若两板间距d1.0 cm，板长l5.0 cm，那么要使电子能从平行板间飞出，两个极板上最大能加多大电压？【层次一】1(多选)如图所示，电量和质量都相同的带正电粒子以不同的初速度通过A、B两板间的加速电场后飞出，不计重力的作用，则( )A它们通过加速电场所需的时间相等B它们通过加速电场过程中动能的增量相等C它们通过加速电场过程中速度的增量相等D它们通过加速电场过程中电势能的减少量相等2在如图甲所示平行板电容器A、B两板上加上如图乙所示的交变电压，开始B板的电势比A板高，这时两板中间原来的静止的电子在电场力作用下开始运动，设电子在运动中不与极板发生碰撞，则下述说法正确的是(不计电子重力) ( ) 甲乙A电子先向A板运动，然后向B板运动，再返回A板做周期性来回运动B电子一直向A板运动C电子一直向B板运动D电子先向B板运动，然后向A板运动，再返回B板做来回周期性运动3.(多选)如图,平行板电容器的两个极板与水平地面成一角度,两极板与一直流电源相连。若一带电粒子恰能沿图中所示水平直线通过电容器,则在此过程中,该粒子( )A.所受重力与静电力平衡B.电势能逐渐增加C.动能逐渐增加D.做匀变速直线运动4.如图所示，一带电粒子从平行带电金属板(平行板电容器)左侧中点垂直于电场线以速度v0射入电场中，恰好能从下板边缘以速率v飞出电场若其他条件不变，将上、下两个极板同时向上、下两侧平移相同的距离(使板间距离适当增大一些)，仍使该粒子从两板左侧中点垂直于电场线以速度v0射入电场中，则以下说法正确的是(不计粒子重力) ( )A粒子将打在下极板上B粒子仍能从下板边缘以速率v飞出电场C粒子仍能飞出电场，且飞出电场时的速率仍为vD粒子仍能飞出电场，且飞出电场时的速率大于v5. (多选)如图，质子（）和粒子（）以相同的初动能垂直射入偏转电场（粒子不计重力），则下列说法正确的是( )A这两个粒子射出电场时的侧位移之比为1：2B这两个粒子射出电场时的侧位移之比为1：1C这两个粒子在电场中运动时间之比为1：2D这两个粒子在电场中运动时间之比为1：46(多选)如图所示，氕、氘、氚的原子核自初速度为零经同一电场加速后，又经同一匀强电场偏转，最后打在荧光屏上，那么( )A经过加速电场的过程中，电场力对氚核做的功最多B经过偏转电场的过程中，电场力对三种核做的功一样多C三种原子核打在屏上的速度一样大D三种原子核都打在屏的同一位置上【层次二】7如图所示，带电平行金属板A、B，板间的电势差为U，A板带正电，B板中央有一小孔一带正电的微粒，带电量为q，质量为m，自孔的正上方距板高h处自由下落，若微粒恰能落至A、B板的正中央c点，不计空气阻力，则( )A微粒在下落过程中动能逐渐增加，重力势能逐渐减小B微粒在下落过程中重力做功为mg(h)，电场力做功为qUC微粒落入电场中，电势能逐渐增大，其增加量为qUD若微粒从距B板高1.5h处自由下落，则恰好能达到A板8如图所示，有一带电粒子贴着A板沿水平方向射入匀强电场，当偏转电压为U1时，带电粒子沿轨迹从两板正中间飞出；当偏转电压为U2时，带电粒子沿轨迹落到B板中间；设粒子两次射入电场的水平速度相同，则两次偏转电压之比为( )AU1U218BU1U214CU1U212DU1U2119.如图所示，质量相同的两个带电粒子P、Q以相同的速度沿垂直于电场方向射入两平行板间的匀强电场中，P从两极板正中央射入，Q从下极板边缘处射入，它们最后打在同一点(重力不计)，则从开始射入到打到上极板的过程中( )A它们运动的时间tQtPB它们运动的加速度aQaPC它们所带的电荷量之比qPqQ12D它们的动能增加量之比EkPEkQ1210(多选)如图所示，水平放置的平行板电容器，上板带负电，下板带正电，带电小球以速度水平射入电场，且沿下板边缘飞出，若下板不动，将上板上移一小段距离，小球仍以相同的速度从原处飞入，则带电小球( )A将打在下板中央B仍沿原轨迹由下板边缘飞出C不发生偏转，沿直线运动D若上板不动，将下板上移一段距离，小球可能打在下板的中央11如图所示，一绝缘细圆环半径为r，其环面固定在水平面上，电场强度为E的匀强电场与圆环平面平行，环上穿有一电荷量为q、质量为m的小球，可沿圆环做无摩擦的圆周运动，若小球经A点时速度vA的方向恰与电场线垂直，且圆环与小球间沿水平方向无作用力，则速度vA_ _.当小球运动到与A点对称的B点时，小球对圆环在水平方向的作用力FB_ _.12两个半径均为R的圆形平板电极，平行正对放置，相距为d，极板间的电势差为U，板间电场可以认为是匀强电场一个粒子从正极板边缘以某一初速度垂直于电场方向射入两极板之间，到达负极板时恰好落在极板中心已知质子电荷为e，质子和中子的质量均视为m，忽略重力和空气阻力的影响，求：(1)极板间的电场强度E；(2)粒子在极板间运动的加速度a；(3)粒子的初速度v0.13.如图，长L0.20m的丝线的一端拴一质量为m1.0×104kg、带电荷量为q1.0×106C的小球，另一端连在一水平轴O上，丝线拉着小球可在竖直平面内做圆周运动，整个装置处在竖直向上的匀强电场中，电场强度E2.0×103N/C.现将小球拉到与轴O在同一水平面上的A点，然后无初速度地将小球释放，取g10 m/s2.求： (1)小球通过最高点B时速度的大小；(2)小球通过最高点时，丝线对小球拉力的大小【层次三】14在示波管中，电子通过电子枪加速，进入偏转电极，然后射到荧光屏上，如图所示，设电子的质量为m(不考虑所受重力)，电荷量为e，从静止开始，经过加速电场加速，加速电场电压为U1，然后进入偏转电场，偏转电极中两板之间的距离为d，板长为L，偏转电压为U2，求电子射到荧光屏上的动能为多大？15一束电子从静止开始经加速电压U1加速后，以水平速度射入水平放置的两平行金属板中间，如图10所示，金属板长为l，两板距离为d，竖直放置的荧光屏距金属板右端为L.若在两金属板间加直流电压U2时，光点偏离中线打在荧光屏上的P点，求.11