人教版高中物理必修第三册第十章静电场中的能量10-5带电粒子在电场中的运动课件

第十章静电场中的能量学习目标1.通过对电场加速器的工作原理的初步了解,认识电场对带电粒子的作用.会从运动和力的关系的角度、功和能量变化的关系的角度计算带电粒子在电场中的运动问题,培养抽象思维能力和解决实际问题的能力.2.通过建立带电粒子沿电场线进入匀强电场中做直线运动的模型,提高学生构建物理模型的意识和能力.3.通过实验了解带电粒子在电场中的偏转问题,了解示波管的主要构造和工作原理.会计算带电粒子在电场中的偏转问题,体会静电场知识对科学技术的影响.5带电粒子在电场中的运动知识点一带电粒子在电场中的加速在现代科学实验和技术设备中,常常利用电场来改变或控制带电粒子的运动.利用电场使带电粒子加速,就是其中一种情况.右图中展示的是一台医用电子直线加速器.(1)运动状态分析:电子(不计重力)沿电场方向射入加速器提供的匀强电场时,若所受静电力与速度方向

,则粒子做匀加速直线运动;若所受静电力与速度方向

,则粒子做匀减速直线运动.同向反向(2)若电子在加速器中做初速度为0的匀加速直线运动,已知电子质量为m、电荷量为e,加速器提供电场强度为E的匀强电场,加速距离为x,如何求电子的末速度?

知识点二带电粒子在电场中的偏转如图所示,质量为m、电荷量为q的粒子(忽略重力),以初速度v0平行于两极板进入匀强电场.(1)运动状态分析:带电粒子的初速度方向跟电场方向垂直,静电力方向跟速度方向

同一直线上,带电粒子的运动轨迹将发生

,带电粒子的运动轨迹是一条

,类似

的轨迹.不在偏转抛物线平抛运动(2)运动规律分析:对这种带电粒子运动规律的分析思路,跟分析

是一样的,即将带电粒子的运动沿初速度方向和静电力方向进行分解.①沿

方向的分运动为匀速直线运动.②沿

方向的分运动为初速度为0的匀加速直线运动.平抛运动初速度静电力知识点三示波管的原理1.结构:如图所示,示波器的核心部件是

,它由电子枪、

和荧光屏组成,管内抽成

.甲示波管的结构

乙荧光屏(从右向左看)示波管偏转电极真空2.工作原理:如果在偏转电极XX'之间和偏转电极YY'之间都没有加电压,电子束从电子枪射出后沿直线运动,打在荧光屏中心,在那里产生一个

.示波管的YY'偏转电极上加的是待测的

电压.XX'偏转电极通常接入仪器自身产生的锯齿形电压,叫作

电压.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

,那么,就可以在荧光屏上得到待测信号随时间变化的稳定图像了.亮斑信号扫描相同小试身手判断下列说法的正误并和同学交流(正确的打“√”,错误的打“×”).1.分析基本带电粒子在电场中的受力时,有时不考虑重力.(

)2.带电粒子仅在静电力作用下运动时,动能一定增加.(

)3.带电粒子在匀强电场中不一定沿所受静电力的方向运动.(

)4.带电粒子在匀强电场中无论是做直线运动还是做曲线运动,均做匀变速运动.(

)5.示波器是用来观察电信号随时间变化的情况的电子仪器.(

)6.示波器的核心部件是电子枪.(

)√×√√√×探究一带电粒子在电场中的加速问题问题情境如图所示,在真空中有一对平行金属板,两板间电势差为U.若一个质量为m,电荷量为q的负粒子(重力不计),在静电力作用下由静止从负极板附近向正极板运动.1.带电粒子做什么运动?试从动力学和运动学的角度分析带电粒子到达正极板的速度为多大.

2.试从功能关系角度出发,用动能定理求带电粒子到达正极板的速度.

3.上述问题中,两块金属板是平行的,两板间的电场是匀强电场.如果两金属板是其他形状,中间的电场不再均匀,上面的方法和结果是否仍然适用?为什么?答案:仍然适用.因为不管是不是匀强电场,静电力做功都可以用W=qU计算,动能定理仍然适用.4.若带电粒子的初速度为v0,则粒子到达正极板的速度是多大?

过程建构1.带电粒子的分类及受力特点.(1)带电的基本粒子,如电子、质子、α粒子、正离子、负离子等,通常这些粒子所受重力和静电力相比要小得多,除非有特别的说明或明确的标示,一般都不考虑重力(但并不能忽略质量).(2)带电微粒:带电小球、带电液滴、带电颗粒、带电尘埃等,除非有特别的说明或明确的标示,一般都要考虑重力.某些带电体,是否考虑重力,需要根据题目说明或运动状态来判定.2.处理带电粒子在电场中加速问题的两种思路.项目动力学、运动学角度功能关系角度应用知识牛顿第二定律以及匀变速直线运动公式功的公式及动能定理适用条件匀强电场,静电力是恒力匀强电场、非匀强电场;静电力为恒力、变力【典例1】下图为电子枪的工作原理示意图,金属丝被加热后可以发射电子,发射出的电子被加速电场加速,穿出金属板上的小孔后,形成高速运动的电子束.其中加热电源的电压为E,加速电压为U.下列说法正确的是 (

)A.加热电源的正、负不能接反B.加速电压的正、负不能接反C.加速电场的电场线从金属丝发出,终止于金属板D.电子被加速时,一定是沿着电场线运动的解析:金属丝被加热后可以发射电子,电源的正、负互换不影响,选项A错误;电子加速时,当加速电压正、负互换,电子不能被加速,选项B正确;电场线从正极板发出,终止于负极板,选项C错误;金属板与金属丝间加速电场的电场线有直线,也有曲线,则电子加速时可能不沿着电场线运动,选项D错误.答案:B【变式】如图所示,电子由静止开始从A板向B板运动,到达B板时的速度为v,保持两板间的电压不变,则 (

)A.当增大两板间的距离时,速度v增大B.当减小两板间的距离时,速度v减小C.当减小两板间的距离时,速度v不变D.当减小两板间的距离时,电子在两板间运动的时间变长

答案:C探究二带电粒子在电场中的偏转问题情境如图所示,带负电的粒子以速度v0垂直于电场线方向飞入两平行板间的匀强电场中.粒子的电荷量为q,质量为m(不计重力).平行板长为l,两板间距为d,电势差为U.1.粒子在电场中做什么运动?同什么运动的运动特点类似?答案:粒子的初速度方向与静电力的方向垂直,且静电力恒定,故粒子做匀变速曲线运动,类似于平抛运动.2.粒子在电场中的运动可以分解为哪两种运动?答案:粒子在初速度的方向上不受力,做匀速直线运动;在静电力方向上,做初速度为0的匀加速直线运动.3.若粒子能从电场中飞出,粒子的偏转距离y和离开电场时的偏转角度α的正切值为多大?

过程建构

【典例2】下图是示波器的原理示意图,金属丝发射出来的电子被加速后从小孔穿出,进入偏转电场.设加速电压U1=1640V,偏转极板长l=4m,金属板间距d=1cm.当电子加速后从两金属板的中央沿与板平行的方向进入偏转电场.偏转电压U2为多大时,电子束的偏转距离最大?

课堂评价答案:C1.一个电子仅在静电力的作用下以一定的初速度v0从A点沿电场线向B点运动,如图所示,若规定向右的方向为正方向,ABCD则下列位移—时间或速度—时间图像中能正确描述电子运动情况的是(

)答案:D

A.加速度更大B.运动时间更长C.动能增量更大D.电势能增量与沿a轨迹运动时相同3.如图所示,在一对带等量异种电荷的平行金属板间,某带电粒子只在静电力作用下沿虚线从A运动到B,则 (

)答案:CA.粒子带负电B.从A到B电场强度增大C.从A到B粒子动能增加D.从A到B粒子电势能增加4.(多选)四个带电粒子的电荷量和质量分别为(+q,m)、(+q,2m)、(+3q,3m)、(-q,m),它们先后以相同的速度从坐标原点沿x轴正方向射入一匀强电场中,电场方向与y轴平行.不计重力,下列描绘这四个粒子运动轨迹的图像中,可能正确的是 (

)ABCD

如果电场线平行于y轴向下,则正电荷向下偏转、负电荷向上偏转,(+q,m)与(+3q,3m)重合,且(+q,m)与(-q,m)关于x轴对称,在t时刻沿y方向的位移大于(+q,2m),选项A正确,选项B、C错误;如果电场线平行于y轴向上,则正电荷向上偏转、负电荷向下偏转,(+q,m)与(+3q,3m)重合,且(+