第10章 5.带电粒子在电场中的运动-（课件）【赢在微点】轻松课堂2023-2024学年新教材高中物理必修 第三册（人教版）

高中物理 必修 第三册 赢在微点 轻松课堂 物理 第十章 静电场中的能量 5.带电粒子在电场中的运动 5 点击 导航 课堂·合作探究 课前·新知初探 5.带电粒子在电场中的运动 随堂·达标自测 轻松课堂 高中物理 必修 第三册 第 ‹#› 页 赢在字里行间 —— —— 稳健启程 新知初步构建 课前·新知初探 点击 导航 课堂·合作探究 课前·新知初探 5.带电粒子在电场中的运动 随堂·达标自测 轻松课堂 高中物理 必修 第三册 第 ‹#› 页 赢在字里行间 点击 导航 课堂·合作探究 课前·新知初探 5.带电粒子在电场中的运动 随堂·达标自测 轻松课堂 高中物理 必修 第三册 第 ‹#› 页 赢在字里行间 点击 导航 课堂·合作探究 课前·新知初探 5.带电粒子在电场中的运动 随堂·达标自测 轻松课堂 高中物理 必修 第三册 第 ‹#› 页 赢在字里行间 点击 导航 课堂·合作探究 课前·新知初探 5.带电粒子在电场中的运动 随堂·达标自测 轻松课堂 高中物理 必修 第三册 第 ‹#› 页 赢在字里行间 —— —— 细研深究 萃取知识精华 课堂·合作探究 点击 导航 课堂·合作探究 课前·新知初探 5.带电粒子在电场中的运动 随堂·达标自测 轻松课堂 高中物理 必修 第三册 第 ‹#› 页 赢在字里行间 点击 导航 课堂·合作探究 课前·新知初探 5.带电粒子在电场中的运动 随堂·达标自测 轻松课堂 高中物理 必修 第三册 第 ‹#› 页 赢在字里行间 点击 导航 课堂·合作探究 课前·新知初探 5.带电粒子在电场中的运动 随堂·达标自测 轻松课堂 高中物理 必修 第三册 第 ‹#› 页 赢在字里行间 点击 导航 课堂·合作探究 课前·新知初探 5.带电粒子在电场中的运动 随堂·达标自测 轻松课堂 高中物理 必修 第三册 第 ‹#› 页 赢在字里行间 点击 导航 课堂·合作探究 课前·新知初探 5.带电粒子在电场中的运动 随堂·达标自测 轻松课堂 高中物理 必修 第三册 第 ‹#› 页 赢在字里行间 13 点击 导航 课堂·合作探究 课前·新知初探 5.带电粒子在电场中的运动 随堂·达标自测 轻松课堂 高中物理 必修 第三册 第 ‹#› 页 赢在字里行间 点击 导航 课堂·合作探究 课前·新知初探 5.带电粒子在电场中的运动 随堂·达标自测 轻松课堂 高中物理 必修 第三册 第 ‹#› 页 赢在字里行间 点击 导航 课堂·合作探究 课前·新知初探 5.带电粒子在电场中的运动 随堂·达标自测 轻松课堂 高中物理 必修 第三册 第 ‹#› 页 赢在字里行间 16 点击 导航 课堂·合作探究 课前·新知初探 5.带电粒子在电场中的运动 随堂·达标自测 轻松课堂 高中物理 必修 第三册 第 ‹#› 页 赢在字里行间 点击 导航 课堂·合作探究 课前·新知初探 5.带电粒子在电场中的运动 随堂·达标自测 轻松课堂 高中物理 必修 第三册 第 ‹#› 页 赢在字里行间 点击 导航 课堂·合作探究 课前·新知初探 5.带电粒子在电场中的运动 随堂·达标自测 轻松课堂 高中物理 必修 第三册 第 ‹#› 页 赢在字里行间 点击 导航 课堂·合作探究 课前·新知初探 5.带电粒子在电场中的运动 随堂·达标自测 轻松课堂 高中物理 必修 第三册 第 ‹#› 页 赢在字里行间 点击 导航 课堂·合作探究 课前·新知初探 5.带电粒子在电场中的运动 随堂·达标自测 轻松课堂 高中物理 必修 第三册 第 ‹#› 页 赢在字里行间 点击 导航 课堂·合作探究 课前·新知初探 5.带电粒子在电场中的运动 随堂·达标自测 轻松课堂 高中物理 必修 第三册 第 ‹#› 页 赢在字里行间 22 —— —— 即时训练 巩固当堂所学 随堂·达标自测 点击 导航 课堂·合作探究 课前·新知初探 5.带电粒子在电场中的运动 随堂·达标自测 轻松课堂 高中物理 必修 第三册 第 ‹#› 页 赢在字里行间 点击 导航 课堂·合作探究 课前·新知初探 5.带电粒子在电场中的运动 随堂·达标自测 轻松课堂 高中物理 必修 第三册 第 ‹#› 页 赢在字里行间 点击 导航 课堂·合作探究 课前·新知初探 5.带电粒子在电场中的运动 随堂·达标自测 轻松课堂 高中物理 必修 第三册 第 ‹#› 页 赢在字里行间 25 点击 导航 课堂·合作探究 课前·新知初探 5.带电粒子在电场中的运动 随堂·达标自测 轻松课堂 高中物理 必修 第三册 第 ‹#› 页 赢在字里行间 点击 导航 课堂·合作探究 课前·新知初探 5.带电粒子在电场中的运动 随堂·达标自测 轻松课堂 高中物理 必修 第三册 第 ‹#› 页 赢在字里行间 27 点击 导航 课堂·合作探究 课前·新知初探 5.带电粒子在电场中的运动 随堂·达标自测 轻松课堂 高中物理 必修 第三册 第 ‹#› 页 赢在字里行间 点击 导航 课堂·合作探究 课前·新知初探 5.带电粒子在电场中的运动 随堂·达标自测 轻松课堂 高中物理 必修 第三册 第 ‹#› 页 赢在字里行间 29 点击 导航 课堂·合作探究 课前·新知初探 5.带电粒子在电场中的运动 随堂·达标自测 轻松课堂 高中物理 必修 第三册 第 ‹#› 页 赢在字里行间 点击 导航 课堂·合作探究 课前·新知初探 5.带电粒子在电场中的运动 随堂·达标自测 轻松课堂 高中物理 必修 第三册 第 ‹#› 页 赢在字里行间 31 点击 导航 课堂·合作探究 课前·新知初探 5.带电粒子在电场中的运动 随堂·达标自测 轻松课堂 高中物理 必修 第三册 第 ‹#› 页 赢在字里行间 点击 导航 课堂·合作探究 课前·新知初探 5.带电粒子在电场中的运动 随堂·达标自测 轻松课堂 高中物理 必修 第三册 第 ‹#› 页 赢在字里行间 点击 导航 课堂·合作探究 课前·新知初探 5.带电粒子在电场中的运动 随堂·达标自测 轻松课堂 高中物理 必修 第三册 第 ‹#› 页 赢在字里行间 点击 导航 课堂·合作探究 课前·新知初探 5.带电粒子在电场中的运动 随堂·达标自测 轻松课堂 高中物理 必修 第三册 第 ‹#› 页 赢在字里行间 35 1.了解带电粒子在电场中的运动特点。 2.会从动力学和能量的角度分析计算带电粒子在电场中的加速问题。 3.会用运动的合成与分解的知识分析带电粒子在电场中的偏转问题。 4.了解示波管的主要构造和工作原理。 示波器是电工技术中常用的仪器,在被测信号的作用下,电子束就好像一支笔的笔尖,可以在屏面上描绘出被测信号的瞬时值的变化曲线。如图是示波器的核心部件示波管的示意图。 带电粒子在示波管中是怎样被加速的?又是怎样偏转的? 匀速直线 零 匀加速直线 知|识|梳|理 一、带电粒子在电场中的加速 　分析带电粒子加速的问题,常常有两种思路:一种是利用牛顿第二定律结合_________________公式来分析;另一种是利用静电力做功结合___________来分析。 二、带电粒子在电场中的偏转 　两极板长为l,极板间距离为d、电压为U。质量为m、带电荷量为q的粒子,以初速度v0 ___________两极板进入匀强电场后,粒子的运动特点和平抛运动相似。 (1)沿初速度方向做___________运动,穿越两极板的时间t=。 (2)沿电场线方向做初速度为________的_________________运动,加速度a=。 匀变速直线运动 动能定理 平行 √ 预|习|自|检 1.判断正误(正确的画“√”,错误的画“×”) (1)基本带电粒子在电场中不受重力。( ) (2)带电粒子仅在电场力作用下运动时,动能一定增加。( ) (3)带电粒子在电容器两板间加速时,若电压不变,增大板间距离时,并不改变粒子末速度大小,但改变运动时间。( ) (4)带电粒子在匀强电场中偏转时,其速度和加速度均不变。( ) (5)带电粒子在匀强电场中无论是直线加速还是偏转,均做匀变速运动。( ) × √ × × 2.如图所示,a、b两个带正电的粒子,以相同的速度先后垂直于电场线从同一点进入平行板间的匀强电场后,a粒子打在B板的a'点,b粒子打在B板的b'点,若不计重力,则(　　) A.a的电荷量一定大于b的电荷量 B.b的质量一定大于a的质量 C.a的比荷一定大于b的比荷 D.b的比荷一定大于a的比荷 答案与解析 解析　粒子在电场中做类平抛运动,h=··,得x=v0。由v0<v0,得>,C项正确。 答案　C 探究一 带电粒子在电场中的加速 1.电场中的带电粒子的分类。 (1)带电的基本粒子。 如电子、质子、α粒子、正离子、负离子等,这些粒子所受重力和电场力相比要小得多,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。 如带电小球、液滴、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,要根据题目说明或运动状态来判定。 2.解决带电粒子在电场中加速时的基本思路。 【例1】　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.若将两极板间电势差U增大一倍,则电子到达Q板的时间减为一半 答案与解析 解析　由动能定理有mv2=eU,得v=,可见电子到达Q板的速率与板间距离d无关,故A项正确,B项错误;两极板间为匀强电场E=,电子的加速度a=,由运动学公式d=at2,得t==,若两极板间电势差增大一倍,则电子到达Q板的时间减为原来的,故C、D两项均错误。 答案　A 分析带电粒子加速运动问题的两点提醒 (1)对于匀强电场虽然用动力学观点和功能观点均可求解,但运用功能观点列式更简单,故应优先选用功能观点。 (2)若电场为非匀强电场,带电粒子做变加速直线运动,不能通过牛顿运动定律途径求解。W=qU对一切电场适用,因此要从能量的观点入手,由动能定理来求解。 【针对训练1】　在如图甲所示的平行板电容器A、B两极板上加上如图乙所示的交变电压,开始B板的电势比A板高,这时两板中间原来静止的电子在电场力作用下开始运动,设电子在运动中不与极板发生碰撞,则下述说法正确的是(不计电子重力)(　　) A.电子先向A板运动,然后向B板运动,再返回A板做周期性来回运动 B.电子一直向A板运动 C.电子一直向B板运动 D.电子先向B板运动,然后向A板运动,再返回B板做周期性来回运动 答案与解析 解析　由运动学和动力学规律画出如图所示的v-t图像可知,电子一直向B板运动,C项正确。 答案　C 探究二 带电粒子在电场中的偏转 1.基本规律。 (1)初速度方向 (2)电场线方向 (3)离开电场时的偏转角tan α==。 (4)离开电场时位移与初速度方向的夹角tan β==。 2.几个常用推论。 (1)tan α=2tan β。 (2)粒子从偏转电场中射出时,其速度反向延长线与初速度方向延长线交于沿初速度方向分位移的中点。 (3)以相同的初速度进入同一个偏转电场的带电粒子,不论m、q是否相同,只要相同,即比荷相同,则偏转距离y和偏转角α相同。 (4)若以相同的初动能Ek进入同一个偏转电场,只要q相同,不论m是否相同,则偏转距离y和偏转角α相同。 (5)不同的带电粒子经同一加速电场加速后(即加速电压U1相同),进入同一偏转电场(电压U2),则偏转距离y和偏转角α相同y=,tan α=。 【例2】　一束电子流在经U=5 000 V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,如图所示。若两板间距d=1.0 cm,板长l=5.0 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? (1)电子经电压U加速后的速度v0可由eU=m求出。 (2)初速度v0一定时偏转电压越大偏转位移越大。 (3)最大偏转位移对应最大偏转电压。 解析　电子加速过程,由动能定理得 eU=m,① 进入偏转电场,电子在平行于极板的方向上做匀速运动l=v0t,② 在垂直于极板的方向做匀加速直线运动, 加速度a==,③ 偏转距离y=at2,④ 能飞出的条件为y≤,⑤ 联立①~⑤式解得U'≤=400 V, 即要使电子能从平行板间飞出,两极板所加电压最大为400 V。 答案　400 V 【针对训练2】　如图所示,电子在电势差为U1的加速电场中由静止开始运动,然后射入电势差为U2的两块平行极板间的电场中,射入方向跟极板平行,整个装置处在真空中,重力可忽略,在满足电子能射出平行板的条件下,下述四种情况中,一定能使电子的偏转角θ变大的是(　　) A.U1变大、U2变大 B.U1变小、U2变大 C.U1变大、U2变小 D.U1变小、U2变小 答案与解析 解析　设电子在加速电场中被加速后获得的速度为v0,则由动能定理得qU1=m,设极板长为l,则电子在电场中偏转所用的时间为t=,设电子在平行板间受电场力作用产生的加速度为a,由牛顿第二定律得a==,电子射出偏转电场时,平行于电场方向的速度为vy=at,解得vy=,故tan θ===,所以U2变大或U1变小都可能使偏转角θ变大,故B项正确。 答案　B 1.(多选)如图所示,电荷量和质量都相同的带正电粒子以不同的初速度通过A、B两板间的加速电场后飞出,不计重力的作用,则(　　) A.它们通过加速电场所需的时间相等 B.它们通过加速电场过程中动能的增量相等 C.它们通过加速电场过程中速度的增量相等 D.它们通过加速电场过程中电势能的减少量相等 答案与解析 解析　由于粒子的电荷量和质量相等,因此粒子在加速电场中的加速度相等,初速度越大的带电粒子通过电场所用时间越短,A项错误;由Δv=at知,加速时间越短,则速度的变化量越小,C项错误;由于电场力做功W=qU与初速度及时间无关,因此电场力对两带电粒子做功相等,则它们通过加速电场的过程中电势能的减少量相等,动能增加量也相等,B、D两项正确。 答案　BD 2.(多选)(2021·全国乙卷)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(　　) 答案与解析 解析　四个粒子均做类平抛运动,其加速度a=,由此可判断(+q,m)、(+3q,3m)和(-q,m)三者的加速度大小相等,但(-q,m)的加速度方向与另外两个相反,(+q,2m)的加速度最小,且偏转方向与其他两个正电荷的偏转方向相同。综上所述,A、D两项正确。 答案　AD 3.如图所示,两极板与电源相连接,电子从负极板边缘垂直电场方向射入匀强电场,且恰好从正极板边缘飞出,现在使电子入射速度变为原来的两倍,而电子仍从原位置射入,且仍从正极板边缘飞出,则两极板的间距应变为原来的(　　) A.2倍　 　 B.4倍 C.　　　 D. 答案与解析 解析　电子在两极板间做类平抛运动,水平方向l=v0t,竖直方向d=at2=,故d2=,即d∝,故C项正确。 答案　C 4.如图所示,在某一真空中,只有水平向右的匀强电场和竖直向下的重力场,在竖直平面内有初速度为v0的带电微粒,恰能沿图示虚线由A向B做直线运动。那么(　　) A.微粒带正、负电荷都有可能 B.微粒做匀减速直线运动 C.微粒做匀速直线运动 D.微粒做匀加速直线运动 答案与解析 解析　微粒做直线运动的条件是速度方向和合外力的方向在同一条直线上,只有微粒受到水平向左的电场力才能使得合力方向与速度方向相反且在同一条直线上,由此可知微粒所受的电场力的方向与场强方向相反,则微粒必带负电,且运动过程中微粒做匀减速直线运动,故B项正确。 答案　B 　　示波器是一种用途十分广泛的电子测量仪器。它能把肉眼看不见的电信号变换成看得见的图像,便于人们研究各种电现象的变化过程。示波管是一种特殊的电子管,是示波器的一个重要组成部分。示波管由电子枪、偏转系统和荧光屏3个部分组成。 (1)电子枪。 电子枪用于产生并形成高速、聚束的电子流,电子流去轰击荧光屏使之发光。它主要由灯丝F、阴极K、控制极G、第一阳极A1、第二阳极A2组成。除灯丝外,其余电极的结构都为金属圆筒,且它们的轴心都保持在同一轴线上。 (2)偏转系统。 示波管的偏转系统大都是静电偏转式,它由两对相互垂直的平行金属板组成,分别称为水平偏转板和垂直偏转板。分别控制电子束在水平方向和垂直方向的运动。当电子在偏转板之间运动时,如果偏转板上没有加电压,偏转板之间无电场,离开第二阳极后进入偏转系统的电子将沿轴向运动,射向屏幕的中心。如果偏转板上有电压,偏转板之间则有电场,进入偏转系统的电子会在偏转电场的作用下射向荧光屏的指定位置。 (3)荧光屏。 荧光屏位于示波管的终端,它的作用是将偏转后的电子束显示出来,以便观察。在示波器的荧光屏内壁涂有一层发光物质,因而,荧光屏上受到高速电子冲击的地点就显现出荧光。 【快乐体验】　(多选)示波管是示波器的核心部件,它由电子枪、偏转电极和荧光屏组成,如图所示。如果在荧光屏上P点出现亮斑,那么示波管中的(　　) A.极板X应带正电 B.极板X'应带正电 C.极板Y应带正电 D.极板Y'应带正电 答案与解析 解析　由题意可知,在XX'方向上向X方向偏转,X带正电,A项正确,B项错误;在YY'方向上向Y方向偏转,Y带正电,C项正确,D项错误。 答案　AC $$