1.9 带电粒子在电场中的运动（课件+word）-《优化指导》2019版新课标同步课堂物理（人教版选修3-1）

第9节　带电粒子在电场中的运动 1．掌握带电粒子在电场中运动时的加速度、速度和位移等物理量的变化．(重点＋难点) 2．能运用静电力做功、电势、电势差、等势面等概念研究带电粒子运动时的能量转化．(重点) 3．了解示波管的工作原理，体会静电场知识在科学技术中的应用． [对应学生用书P28] 一、带电粒子的加速 1．基本粒子的受力特点：对于质量很小的基本粒子，如电子、质子等，虽然它们也会受到万有引力(重力)的作用，但万有引力(重力)一般远小于静电力，可以忽略. 2．带电粒子的速度：初速度为零，带电量为q，质量为m的带电粒子，经过电势差为U的电场的加速后，获得的速度大小为v＝. 二、带电粒子的偏转 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. 1．运动性质 (1)沿初速度方向：速度为v0的匀速直线运动． (2)垂直v0的方向上：初速度为零，加速度为a＝的匀加速直线运动． 2．运动规律 (1)偏移距离：因为t＝.at2＝，所以偏移距离y＝，a＝ (2)偏转角度：因为vy＝at＝.＝，所以tan θ＝ 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，内部主要由电子枪(发射电子的灯丝、加速电极组成)、偏转电极(由一对X偏转电极板和一对Y偏转电极板组成)和荧光屏组成，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偏转极板上加一个信号电压，在X偏转极板上加一扫描电压，在荧光屏上就会出现按Y偏转电压规律变化的可视图象． ◎ 1．判断正误 (1)电子、质子、α粒子等带电粒子在电场中受到的静电力一般远大于重力，因而通常情况下，重力可以忽略不计．(√) (2)带电粒子(不计重力)在电场中由静止释放时，一定做匀加速直线运动．(×) (3)对带电粒子在电场中的运动，从受力的角度来看，遵循牛顿运动定律；从做功的角度来看，遵循能量的转化和守恒定律．(√) (4)对于带电粒子(不计重力)在电场中的偏转可分解为沿初速度方向的匀速直线运动和沿电场线方向的自由落体运动．(×) (5)示波管偏转电极不加电压时，从电子枪射出的电子将沿直线运动，射到荧光屏中心点形成一个亮斑．(√) 2．探究思考 大量带电粒子，质量不同，带电量相同，以相同的速度垂直电场进入并穿过同一个电容器，它们的运动时间相同吗？运动轨迹相同吗？ 提示　运动时间相同，运动轨迹不相同．由于粒子在水平方向上做匀速运动，由l＝v0t知运动时间相同．不同粒子在沿初速度方向上运动情况相同，在垂直初速度方向上运动情况不同，故它们的运动轨迹不同，如图所示． [对应学生用书P29] 探究点一　带电粒子的加速 如图所示，平行板电容器两板间的距离为d，电势差为U.一质量为m、带电荷量为q的α粒子，在电场力的作用下由静止开始从正极板A向负极板B运动． (1)比较α粒子所受电场力和重力的大小，说明重力能否忽略不计(α粒子质量是质子质量的4倍，即m＝4×1.67×10－27 kg，电荷量是质子的2倍)． (2)α粒子的加速度是多大？在电场中做何种运动？ (3)计算粒子到达负极板时的速度大小(尝试用不同的方法求解)．(2)、(3)结果用字母表示． 提示　(1)α粒子所受电场力大、重力小；因重力远小于电场力，故可以忽略重力． (2)α粒子的加速度为a＝.在电场中做初速度为0的匀加速直线运动． (3)方法1　利用动能定理求解． 由动能定理可知qU＝mv2 v＝. 方法2　利用牛顿运动定律结合运动学公式求解． 设粒子到达负极板时所用时间为t，则 d＝at2，v＝at，a＝ 联立解得v＝. 1．带电粒子的分类及受力特点 (1)电子、质子、α粒子、离子等基本粒子，一般都不考虑重力． (2)质量较大的微粒：带电小球、带电油滴、带电颗粒等，除有说明或有明确的暗示外，处理问题时一般都不能忽略重力． 2．分析带电粒子在电场力作用下加速运动的两种方法 (1)利用牛顿第二定律F＝ma和运动学公式，只能用来分析带电粒子的匀变速运动． (2)利用动能定理：qU＝mv2，对于匀变速运动和非匀变速运动都适用． .若初速度为零，则qU＝mvmv2－ 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