(教用word)第2章 第4节 带电粒子在电场中的运动-【提分教练】2022-2023学年新教材高中物理必修第三册(鲁科版2019)

第4节　带电粒子在电场中的运动 学业要求＋核心素养 1．知道带电粒子在匀强电场中的运动规律，能够分析和计算加速和偏转的问题。(物理观念) 2．了解示波器的工作原理，体会静电场知识对科学技术的影响。(科学思维) 3．掌握带电粒子在电场中加速、偏转的实际问题。(科学思维) 一、带电粒子加速 1．基础梳理 (1)若带电粒子的初速度为零，经过电势差为U的电场加速后，由动能定理得qU＝mv2，则v＝。 (2)若带电粒子以与电场线平行的初速度v0进入匀强电场，带电粒子做直线运动，则qU＝mv2－mv。 2．尝试探究 在真空中有一对平行金属板，由于接上电池组而带电，两板间电势差为U，一个质量为m、带正电荷q的粒子，在静电力作用下由静止开始从正极板附近向负极板运动。 (1)怎样计算它到达负极板时的速度？ 提示：在带电粒子运动过程中，由动能定理有qU＝mv2，得v＝。 (2)若粒子初速度为v0，则它到达负极板的速度是多大？ 提示：由动能定理有qU＝mv2－mv，v＝。 (3)若粒子带的是负电荷(初速度为v0)，则它将做匀减速直线运动。如果能到达负极板，其速度如何？ 提示：由动能定理有－qU＝mv2－mv，v＝。 (4)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，那么上面的结果是否改变？为什么？ 提示：结果不变。因为不管是否为匀强电场，电场力做功都可以用W＝qU计算，动能定理仍然适用。 二、带电粒子偏转 1．基础梳理 带电粒子垂直于电场方向进入匀强电场，带电粒子做类平抛运动，轨迹为抛物线。 2．尝试探究 如图所示，带电粒子以初速度v0垂直于电场线射入两平行板间的匀强电场中(假设粒子能飞出电场)。设带电粒子的电荷量为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)你认为带电粒子的运动同哪种运动类似，这种运动的研究方法是什么？ 提示：带电粒子以初速度v0垂直于电场线方向射入匀强电场时，受到恒定的与初速度方向垂直的电场力作用而做匀变速曲线运动，类似于力学中的平抛运动。平抛运动的研究方法是运动的合成和分解。 (2)带电粒子在电场中的运动可以分解为哪两种运动？ 提示：①带电粒子在垂直于电场线方向上不受力，做匀速直线运动。 ②带电粒子在平行于电场线方向上，受到电场力的作用，做初速度为零的匀加速直线运动。 (3)怎样求粒子射出电场时在电场力方向上的偏转距离？ 提示：粒子在电场力方向上的偏转距离y＝at2＝××＝。 (4)怎样求粒子离开电场时速度的偏转角θ？ 提示：沿电场方向vy＝at，tan θ＝＝＝。 1．判断(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)带电粒子在电场中一定做加速直线运动。 (×) 提示：带电粒子在电场中只受电场力作用，且速度为零或者速度方向和电场力方向相同时，带电粒子才做加速直线运动。 (2)当带电粒子的速度方向和电场力方向垂直时，带电粒子才做曲线运动。 (×) 提示：带电粒子只受电场力作用，且速度方向和电场力方向不在同一直线上时，带电粒子做曲线运动。 (3)带电粒子的偏转问题可用运动的合成和分解的方法解决。 (√) 2．电子从负极板的边缘垂直进入匀强电场，恰好从正极板边缘飞出，如图所示，现在保持两极板间的电压不变，使两极板间的距离变为原来的2倍，电子的入射方向及位置不变，且要电子仍从正极板边缘飞出，则电子入射的初速度大小应为原来的(　　) A． B． C．倍 D．2倍 B　电子的偏转距离y＝d＝，即d2v＝，故两极板间的距离d变为原来的2倍，电子入射的初速度v0大小应变为原来的一半，选项B对。 3．(多选)一个只受电场力的带电微粒进入匀强电场，则该微粒的(　　) A．运动速度必然增大 B．动能可能减小 C．运动加速度肯定不为零 D．一定做匀加速直线运动 BC　带电微粒在电场中只受电场力作用，加速度不为零且恒定，选项C正确。微粒可能做匀变速直线运动或匀变速曲线运动，选项D错误。微粒做匀加速直线运动时，速度增大，动能变大；做匀减速直线运动时，速度、动能均减小，选项A错误，选项B正确。 4．如图所示，在电势差U0＝4 500 V 的加速电场中的电子(重力可忽略)，从左极板由静止开始运动，经加速电场加速后从右板中央垂直射入电势差 U＝45 V的偏转电场中，经偏转电场偏转后打在竖直放置的荧光屏M上，整个装置处在真空中，已知电子的质量 m＝9.0×10－31 kg，电荷量e＝1.6×10－19 C，偏转电场的板长L1＝10 cm，板间距离d＝1 cm，求： (1)电子从加速电场射入偏转电场的速度v0； (2)电子飞出偏转电场时的偏转距离(侧移距离)y； (3)电子飞出偏转电场时偏转角的正切值tan θ。 解析：(1)电子在加速电场中运动，由动能定理 eU0＝