22-22学年高中物理-第一章第9节带电粒子在电场中的运动同步学案-新人教版选修3-1.doc

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1、第第 9 9 节节带电粒子在电场中的运动带电粒子在电场中的运动要点一要点一 处理带电粒子在电场中运动的两类根本思维程序处理带电粒子在电场中运动的两类根本思维程序1求解带电体在电场中平衡问题的一般思维程序这里说的“平衡，即指带电体加速度为零的静止或匀速直线运动状态，仍属“静力学范畴，只是带电体受的外力中多一静电力而已解题的一般思维程序为：(1)明确研究对象(2)将研究对象隔离开来，分析其所受全部外力，其中的静电力要根据电荷正、负和电场的方向来判定(3)根据平衡条件(F0)列出方程，求出结果2用能量观点处理带电体在电场中的运动对于受变力作用的带电体的运动，必须借助于能量观点处理 即使都是恒力作用的

2、问题，用能量观点处理也显得简洁具体方法常有两种：(1)用动能定理处理的思维程序一般为：弄清研究对象，明确所研究的物理过程分析物体在所研究过程中的受力情况，弄清哪些力做功，做正功还是负功弄清所研究过程的始、末状态(主要指动能)根据WEk列出方程求解(2)用包括电势能和内能在内的能量守恒定律处理，列式的方法常有两种：从初、末状态的能量相等(即E1E2)列方程从某些能量的减少等于另一些能量的增加(即EE)列方程要点二要点二 在带电粒子的加速或偏转问题中对粒子重力的处理在带电粒子的加速或偏转问题中对粒子重力的处理假设所讨论的问题中，带电粒子受到的重力远远小于静电力，即mgqE，那么可忽略重力的影响譬如

3、，一电子在电场强度为 4.0103V/m 的电场中，它所受到的静电力FeE6.41016N，它所受的重力Gmg9.01030N(g取 10 N/kg)，FG7.11013.可见，重力在此问题中的影响微缺乏道，应该略去不计此时假设考虑了重力，反而会给问题的解决带来不必要的麻烦，要指出的是，忽略粒子的重力并不是忽略粒子的质量反之，假设是带电粒子所受的重力跟静电力可以比较，譬如，在密立根油滴实验中，带电油滴在电场中平衡，显然这时就必须考虑重力了假设再忽略重力，油滴平衡的依据就不存在了总之，是否考虑带电粒子的重力要根据具体情况而定，一般说来：(1)根本粒子：如电子、原子、粒子、离子等除了有说明或有明确

4、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要点三要点三 由类平抛运动规律研究带电粒子的偏转由类平抛运动规律研究带电粒子的偏转带电粒子以速度v0垂直于电场线的方向射入匀强电场，受到恒定的与初速度方向垂直的静电力的作用，而做匀变速曲线运动，也称为类平抛运动可以应用运动的合成与分解的方法分析这种运动1分析方法vxv0 xv0t(初速度方向)vyaty12at2(电场线方向)图 192如图 192 所示，其中tlv0，aFmqEmqUmd那么粒子离开电场时的侧移位移为：yql2U2mv20d粒子离开电场时的偏

5、转角tanvyv0qlUmv20d2对粒子偏转角的讨论粒子射出电场时速度的反向延长线与电场中线相交于O点，O点与电场边缘的距离为l，那么：tanyl那么lytanql2U2mv20dqlUmv20dl2即 tan2yl示波器是怎样实现电信号观察功能的？示波器是怎样实现电信号观察功能的？1示波器是用来观察电信号随时间变化情况的仪器，其核心部件是示波管2示波管的构造：电子枪、偏转电极、荧光屏3工作原理(如图 193 所示)利用带电粒子在电场中的加速和偏转的运动规律图 1934 如果在偏转电极XX和YY之间都没有加电压，那么电子枪射出的电子沿直线运动，打在荧光屏中心，在那里产生一个亮斑5信号电压：Y

6、Y所加的待测信号的电压扫描电压：XX上机器自身的锯齿形电压假设所加扫描电压和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变化的图象6假设只在YY之间加上如图 194 甲所示电压，电子在荧光屏上将形成一条竖直亮线，假设再在XX之间加上图乙所示电压，那么在屏上将看到一条正弦曲线图 194一、带电粒子的加速一、带电粒子的加速【例 1】如图 195 所示，图 195在点电荷Q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？答案21解析质子和粒子都是正离子，从A点释放将受静电力作用加速运动到B点，设A、B两点间的电势差为U，由动能定理有：对质

7、子：12mHv2HqHU对粒子：12mv2qU所以vHvqHmqmH1421 2二、带电粒子的偏转二、带电粒子的偏转【例 2】试证明：带电粒子从偏转电场沿中线射出时，图 196其速度v的反向延长线过水平位移的中点(即粒子好似从极板间l2处沿直线射出，如图 196 所示，xl2)证明带电粒子从偏转电场中射出时的偏移量y12at212qUdm(lv0)2，作粒子速度的反向延长线，设交于O点，O点与电场边缘的距离为x，那么xytanqUl22dmv20qUlmv20dl2所以带电粒子从偏转电场沿中线射出时，其速度v的反向延长线过水平位移的中点.1.一束质量为m、图 197电荷量为q的带电粒子以平行于

8、两极板的速度v0进入匀强电场，如图 197 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，那么粒子从进入电场到飞出电场时电势能的变化量为_(粒子的重力忽略不计)答案q2U2L22md2v20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，那么运动时间tLv0竖直方向加速，那么偏移量y12at2且aqUdm由得yqUL22dmv20那么静电力做功WqEyqUdqUL22dmv20q2U2L22md2v20由功能原理得电势能减少了q2U2L22md2v20.2平行金属板间的电场是匀强电场，如果两极板间电压为

9、U，你能利用牛顿定律求解一质量为m，所带电荷量为q的带电粒子从一极板到达另一极板时的速度吗？答案2qUm解析设板间距离为d，那么场强EUd粒子受到的静电力FqEqUd粒子运动的加速度：aFmqUmd由运动学方程得：v22ad2qUmdd解得v2qUm3如图 198 所示，图 198长为l，倾角为的光滑绝缘斜面处于水平向右的匀强电场中，一电荷量为q，质量为m的小球，以初速度v0从斜面底端A点开始沿斜面上滑，当到达斜面顶端的B点时，速度仍为v0，求电场强度E.答案mgqtan解析由于带电小球处于电场中，其上升过程中重力、静电力均做功，初、末状态的动能不变，二力做功之和为零，重力做负功，静电力做正功

10、WGW电0mglsinqElcos0Emgqtan4一束电子流在经U5 000 V图 199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 199所示假设两板间距离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？答案400 V解析在加速电压一定时，偏转电压U越大，电子在极板间的偏移的距离就越大，当偏转电压大到使电子刚好擦着极板的边缘飞出时，两板间的偏转电压即为题目要求的最大电压加速过程中，由动能定理得eU12mv20进入偏转电场，电子在平行于板面的方向上做匀速直线运动lv0t在垂直于板面的方向做匀加速直线运动，加速度aFme

11、Udm偏移的距离y12at2能飞出的条件yd2解式得U2Ud2l225 000(1.0102)2(5.0102)2V4.0102V即要使电子能飞出，两极板间所加电压最大为 400 V.题型一题型一 带电粒子在电场中的加速带电粒子在电场中的加速如图 1(a)所示，两个平行金属板P、Q竖直放置，两板间加上如图(b)所示的电压t0 时，Q板比P板电势高 5 V，此时在两板的正中央M点放一个电子，速度为零，电子在静电力作用下运动，使得电子的位置和速度随时间变化假设电子始终未与两板相碰在 0t81010s 的时间内，这个电子处于M点的右侧，速度方向向左且大小逐渐减小的时间是()图 1A0t21010sB21010st41010sC41010st61010sD61010stmg，而qE的方向竖直向上，mg方向竖直向下，小球做圆周运动，其到达B点时向心力的方向一定指向圆心，由此可以判断出FTB的方向一定指向圆心，由牛顿第二定律有：FTBmgqEmv2BLFTBmv2BLqEmg3.0103N