第9节 带电粒子在电场中的运动 （课件PPT）-【新课程学案】新教材2023-2024学年高中物理必修第三册（教科版）

第9节　带电粒子在电场中的运动 核心素养导学 物理观念 (1)知道带电粒子在电场中的运动规律。 (2)知道示波管的构造和基本原理。 科学思维 (1)能运用电场强度、静电力等概念及力学规律，分析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。 (2)知道带电粒子在电场中的运动规律，能综合运用力学和电学知识分析解决静电问题。 科学态度与责任 (1)通过对带电粒子在电场中运动的研究，学会突出主要因素，忽略次要因素的理想化、模型化的科学研究方法。 (2)通过了解直线加速器及示波管的原理，体会物理知识在实际生活、生产及科研中的应用，强化学习和研究物理的内在动机。 远大于 匀速 匀加速 3．示波管的构造和原理 (1)示波管的构造： (2)原理：经灯丝F的加热，阴极释放出的电子，经过K、A间的电场加速后从阳极A中间的小孔飞出，再通过Y1、Y2和X1、X2间的偏转电场控制电子束沿______方向和_____方向的偏转。 竖直 水平 1．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，若一个质量为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。请思考： 怎样计算它到达负极板时的速度？你有几种方法？ 2．如图所示，带电粒子(不计重力)从两极板中间垂直电场线方 向进入电场。 试对以下结论作出判断： (1)带电粒子在匀强电场中做匀变速运动。 ( ) (2)带电粒子在沿初速度方向上做匀速直线运动。 ( ) (3)带电粒子在电场中运动过程中动能不断增大。 ( ) (4)带电粒子沿静电力方向做初速度为零的匀加速直线运动。 ( ) √ √ √ √ 新知学习(一)|带电粒子的加速问题 [任务驱动] 如图所示，直线上有O、a、b、c四点，a、b间的距离与 b、c间的距离相等，在O点处有一固定点电荷。已知b点电势高于c点电势。若一带负电荷的粒子仅在静电力作用下先从c点运动到b点，再从b点运动到a点。试分析： (1)粒子的运动情况； 提示：根据点电荷电场及电势分布特点和b点电势高于c点电势可知，O点固定的是正电荷。带负电粒子从c点运动到b点，再从b点运动到a点，静电力对粒子一直做正功，粒子速度一直增大。 (2)从c点到b点，从b点到a点两段过程中，静电力对粒子做功的关系。 提示：静电力做功W＝qU，因为Ubc<Uab，则前一个过程中静电力做功小于后一个过程中静电力做功。　　　　 [针对训练] 1．如图所示为电子枪的工作原理，金属丝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。其中加热电源的电动势为E，加速电 压为U。下列说法正确的是 (　 ) A．加热电源的正负极不能接反 B．加速电压的正负极不能接反 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：金属丝加热后发射电子，加热电源的正负极互换也不影响，故A错误；电子加速时，当加速电压正负极互换，电子不被加速，故B正确；电场线从正极板出发，终止于负极板，故C错误；电子被加速时，受到的电场力方向与电场线方向相反，是沿着电场线反方向运动的，故D错误。 答案：B　 答案：D　 3.如图所示，一个质子以初速度v0＝5×106 m/s水平射入一个 由两块带电的平行金属板组成的区域。两板距离为20 cm， 金属板之间电场是匀强电场，电场强度为3×105 N/C。质子 质量m＝1.67×10－27 kg，电荷量q＝1.60×10－19 C。求质子 由板上小孔射出时的速度大小。 答案：6×106 m/s [典例体验] [典例]　长为L的平行金属板竖直放置，两极板带等量的异种电荷，板间形成匀强电场，一个带电荷量为＋q、质量为m的带电粒子，以初速度v0紧贴左极板垂直于电场线方向进入该电场，刚好从右极板边缘射出，射出时速度与竖直方向成30°角，如图所示，不计粒子重力，求： (1)粒子末速度的大小； (2)匀强电场的场强大小； (3)两板间的距离。 /方法技巧/ 带电粒子在电场中偏转的解题技巧 (1)带电粒子垂直于电场方向射入，在电场中做类平抛运动。 (2)出射速度的反向延长线交于板间直线的中点。 (3)注意三角形相似的位移比例关系。　　 [针对训练] 1．(2023·浙江1月学考)图甲是示波管原理图，图乙是电子在偏转电极YY′间运动的示意图，电子以v0的速度沿两极板YY′的中心线进入，并射到荧光屏。图乙中极板YY′的长度为l，间距为d，板间电压为U。已知电子电荷量为e，质量为m，则电子在偏转电极YY′间运动的(　 ) 答案：D　 2．如图所示，从炽热的金属丝逸出的电子(速度可视为零)，经加速电场加速后从两极板中间垂直射