【文档说明】新高中物理人教版必修第三册第十章5《带电粒子在电场中的运动》PPT课件.pptx，共(28)页，1014.257 KB，由小喜鸽上传

转载请保留链接：https://www.ichengzhen.cn/view-117239.html

以下为本文档部分文字说明：

-1-5.带电粒子在电场中的运动-2-5.带电粒子在电场中的运动课前篇自主预习课堂篇探究学习学习目标思维导图1.知道带电粒子在电场中加速和偏转的原理2.理解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3.了解示波管的工作原理,体会静电场知识对科学技术的影响-3-5.带电粒子在电场中的运动课前篇自主预习课堂篇探究学习课前篇自主预习必备知识自我检测一、带电粒子的加速1.运动状态分析:带电粒子(不计重力)沿电场方向射入

匀强电场时,若所受静电力与速度方向同向,则粒子做匀加速直线运动;若所受静电力与速度方向反向,则粒子做匀减速直线运动。2.粒子末速度的求解方法(1)(粒子在匀强电场中的运动)质量为m、电荷量为q的带电粒子(不计重力)在电场强度为E的匀强电场中由静止释放,运动时间

为t时,根据牛顿运动定律和运动学规律得末速度v=𝑞𝐸𝑡𝑚;若运动距离为L,则根据动能定理得末速度v=2𝑞𝐸𝐿𝑚。(2)(粒子在非匀强电场中的运动)质量为m、电荷量为q的带电粒子(不计重力)初速度为零,经过电势差为U的电场加速后,根据动能定理得末

速度v=2𝑈𝑞𝑚。-4-5.带电粒子在电场中的运动课前篇自主预习课堂篇探究学习课前篇自主预习必备知识自我检测二、带电粒子的偏转1.运动状态分析:带电粒子以初速度v0垂直于电场线方向飞入匀强电场,受

到与初速度方向垂直的恒定静电力作用而做匀变速曲线运动。2.处理方法:带电粒子以初速度v0垂直于电场线方向飞入匀强电场,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)沿初速度方向的分运动为匀速直线运动。(2)沿静电力方向的分运动为

初速度为零的匀加速直线运动。-5-5.带电粒子在电场中的运动课前篇自主预习课堂篇探究学习课前篇自主预习必备知识自我检测三、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(由偏转电极XX'和偏转电极YY'组成)和荧光屏组成。2.工作原理灯丝被电源加热后,发射热电子,发射出来的电子经过加速电场加速后,以很大的速度进入偏转电场,如在偏转电极YY'之间加一个待显示的信号电压,在偏转电

极XX'上加一仪器自身产生的锯齿形电压,在荧光屏上就会出现待测信号在一个周期内随时间变化的稳定图像了。-6-5.带电粒子在电场中的运动课前篇自主预习课堂篇探究学习课前篇自主预习必备知识自我检测1.正误判断。(1)

带电粒子在电场中一定做加速直线运动。()解析:带电粒子在电场中只受静电力作用且速度为零或者是速度方向和静电力方向相同时,带电粒子才做加速直线运动。答案:×(2)当带电粒子的速度方向和静电力方向垂直时,带电粒子才做曲线运动。()解

析:当带电粒子只受静电力作用,且带电粒子的速度方向和静电力方向不在同一直线上时,带电粒子才做曲线运动。答案:×(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。()解析:运动的合成和分解是解决曲线运动的常用方法,带电粒子在电场中的偏转是曲线运动。

答案:√-7-5.带电粒子在电场中的运动课前篇自主预习课堂篇探究学习课前篇自主预习必备知识自我检测2.一带电粒子在电场中只受静电力作用时,它不可能出现的运动状态是()A.匀速直线运动B.匀加速直线运动C.匀减速

直线运动D.匀变速曲线运动解析:粒子合力不为0,不可能做匀速直线运动,故A不可能;粒子合力不为0,当初速度方向与加速度方向相同(或相反),若受到的静电力恒定,就做匀加速(或匀减速)直线运动,故B、C可能;粒子合力不为0,当初速度

方向与加速度方向不在一条直线上,若受到的静电力恒定,就可做匀变速曲线运动,故D可能。答案:A-8-5.带电粒子在电场中的运动课前篇自主预习课堂篇探究学习课前篇自主预习必备知识自我检测3.下列粒子从静止状态经过电压为U的电场加速后速度最大的是()A.质子(11H)B.氘核(12H)C.

α粒子(24He)D.钠离子(Na+)解析:根据动能定理得加速后的速度v=2𝑈𝑞𝑚,可知,质子的比荷𝑞𝑚最大,则其速度最大,选项A正确。答案:A-9-5.带电粒子在电场中的运动课前篇自主预习课堂篇探究学习课堂篇探究学习探究一探究二随堂检测带电粒子的加速情景导引在真空中有一对平

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,以初速度v0从正极板附近向负极板运动。试结合上述情境讨论:(1)怎样计算它到达负极板时的速度?(2)若粒子带的是负电荷(初速度为v0),将做匀减速直线运动,如果能到达负极板,其速度如何?(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,上面的结果是否仍然适用?为什么?-10-5.带电粒子在电场中的运动课前篇自主预习课堂篇探究学习课堂篇探究学习探究一探究二随堂检测要点提示:(1)由动能定理有:qU=12mv2-12𝑚𝑣02,得v=2𝑞𝑈+𝑚

𝑣02𝑚。(2)由动能定理有:-qU=12mv2-12𝑚𝑣02,得v=𝑚𝑣02-2𝑞𝑈𝑚。(3)结果仍然适用。因为不管是否为匀强电场,静电力做功都可以用W=qU计算,动能定理仍然适用。-11-5.带电粒子在电场

中的运动课前篇自主预习课堂篇探究学习课堂篇探究学习探究一探究二随堂检测知识归纳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.处理带电粒子在电场中加速问题的两种方法可以从动力学和功能关系两个角度分析如下:动力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;静电力是恒力、变力-12-5.带电粒子在电场中的运动课前篇自主预习课堂篇探究学习课堂篇探究学习探究一探究二随堂检测画龙点睛恒力作用时应用牛顿运动定律解题会使物理过程更加清晰,非匀强电场中所受静电力不再恒定,可用动能定理解题,解题过程简洁明了。-13-5.带电

粒子在电场中的运动课前篇自主预习课堂篇探究学习课堂篇探究学习探究一探究二随堂检测实例引导例1(多选)示波管中电子枪的原理示意图如图所示,示波管内被抽成真空。A为发射电子的阴极,K为接在高电势点的加速阳极,A、K间电压为U,电子离开阴极时的速度可以忽略,电子经加速后从K的小孔中射出时的

速度大小为v。下面的说法正确的是()-14-5.带电粒子在电场中的运动课前篇自主预习课堂篇探究学习课堂篇探究学习探究一探究二随堂检测A.如果A、K间距离减半而电压仍为U,则电子离开K时的速度仍为vB.如果A、K间距离减半而电压仍为U,则电子离开K时的速度变为𝑣2C.如果A、K间距离不变而

电压减半,则电子离开K时的速度变为√22vD.如果A、K间距离不变而电压减半,则电子离开K时的速度变为𝑣2-15-5.带电粒子在电场中的运动课前篇自主预习课堂篇探究学习课堂篇探究学习探究一探究二随堂检测解析:电子在两个电极间的加速电场中进行加速,由动能定

理eU=12mv2-0得v=2𝑒𝑈𝑚,当电压不变,A、K间距离变化时,不影响电子的速度,故A正确;电压减半,则电子离开K时的速度为√22v,C正确。答案:AC-16-5.带电粒子在电场中的运动课前篇自主预习课堂篇探究学习课堂篇

探究学习探究一探究二随堂检测规律方法分析带电粒子在电场中加速运动的两种思路(1)牛顿第二定律和运动学公式q𝑈𝑑=ma,得a=𝑞𝑈𝑚𝑑;v2-𝑣02=2ad,v=𝑣02+2𝑞𝑈𝑚(2)动能定理qU=12mv2-12𝑚𝑣02,v=𝑣02+2𝑞𝑈𝑚-1

7-5.带电粒子在电场中的运动课前篇自主预习课堂篇探究学习课堂篇探究学习探究一探究二随堂检测带电粒子的偏转情景导引如图所示,质量为m、电荷量为q的粒子以初速度v0垂直于电场方向射入两极板间,两平行板间存在方向竖直向下的匀强电场,已知板长为l,板

间电压为U,板间距为d,不计粒子的重力。试结合上述情境讨论:(1)怎样求带电粒子在电场中运动的时间t?(2)粒子加速度大小是多少?方向如何?(3)怎样求粒子射出电场时在静电力方向上的偏转距离?(4)粒子离开电场时垂直电场方向和沿电场方向的速度。(5)合速度与初速度方向的夹角θ的正切值。(6)粒

子合位移与初速度方向的夹角α的正切值。-18-5.带电粒子在电场中的运动课前篇自主预习课堂篇探究学习课堂篇探究学习探究一探究二随堂检测要点提示:(1)运动时间:t=𝑙𝑣0。(2)加速度:a=𝑞𝑈𝑑𝑚,方向与初速度方向垂直。(3)偏转距离:y=12at2=𝑞𝑈�

�22𝑚𝑑𝑣02。(4)垂直电场方向速度vx=v0,沿电场方向速度vy=at=𝑞𝑈𝑙𝑚𝑑𝑣0。(5)速度偏转角正切:tanθ=𝑣𝑦𝑣0=𝑞𝑈𝑙𝑚𝑑𝑣02。将合速度方向反向延长与初速度方向延长线交于一点,这一

点到射出点沿初速度方向的距离为x'=𝑦tan𝜃=𝑙2,即粒子看上去好像是从板长l的中点处射出。(6)位移与初速度方向的夹角α的正切值tanα=𝑦𝑥=𝑞𝑈𝑙2𝑚𝑑𝑣02,可以看出速度偏转角正切是位移偏向角正切值的两倍。-19-5

.带电粒子在电场中的运动课前篇自主预习课堂篇探究学习课堂篇探究学习探究一探究二随堂检测知识归纳带电粒子在匀强电场中偏转的知识要点1.带电粒子在匀强电场中偏转的基本规律。𝑣𝑥=𝑣0𝑙=𝑣0𝑡(初速度方向)𝑣𝑦

=𝑎𝑡𝑦=12𝑎𝑡2(电场线方向)2.偏转位移和偏转角。(1)粒子离开电场时的偏转位移y=12at2=12𝑞𝑈𝑚𝑑𝑙𝑣02=𝑞𝑈𝑙22𝑚𝑑𝑣02。(2)粒子离开电场时的偏转角tanθ=𝑣𝑦

𝑣0=𝑞𝑈𝑙𝑚𝑑𝑣02。(3)粒子离开电场时位移与初速度夹角的正切值tanα=𝑦𝑙=𝑞𝑈𝑙2𝑚𝑑𝑣02。-20-5.带电粒子在电场中的运动课前篇自主预习课堂篇探究学习课堂篇探

究学习探究一探究二随堂检测3.几个推论。(1)粒子射出电场时好像从板长l的12处沿直线射出,即x=𝑦tan𝜃=𝑙2。(2)位移方向与初速度方向夹角的正切值为速度偏转角正切值的12,即tanα=12tanθ。

4.运动轨迹:抛物线。画龙点睛带电粒子在电场中的偏转为类平抛运动,与平抛运动遵循相同的运动规律,即一个方向为匀速直线运动,另一个方向为初速度为零的匀加速直线运动,但加速度一般不等于g。-21-5.带电粒

子在电场中的运动课前篇自主预习课堂篇探究学习课堂篇探究学习探究一探究二随堂检测实例引导例2一束电子流经U=500V的加速电压加速后,在距两极板等距处垂直进入平行板间的匀强电场,如图所示,若两极板间距d=1

.0cm,板长l=5.0cm。(1)要使电子能从平行板间飞出,两个极板上最多能加多大电压?(2)在保持所加最大电压不变的情况下,将电子流改为质子流,质子能否从两极板间飞出?-22-5.带电粒子在电场中的运动课前篇自主预习课堂篇探究学习

课堂篇探究学习探究一探究二随堂检测解析:(1)加速过程,由动能定理得eU=12𝑚𝑣02①进入偏转电场后,电子在平行于板面的方向上不受力的作用,所以做匀速直线运动,l=v0t②在垂直于板面的方向只受静电力做匀加速直线运动,加速度a=𝐹𝑚=𝑒𝑈'𝑑𝑚③偏移量y=�

�2=12at2④由①~④式得U'=2𝑈𝑑2𝑙2=2×500×(1.0×10-2)2(5.0×10-2)2V=40V。(2)计算质子的偏移量y=12at2=12×𝑞𝑈'𝑑𝑚×𝑙2𝑞𝑈𝑚2=𝑈'𝑙24𝑑𝑈,

可见偏移量与粒子的电荷量和质量均无关,所以质子仍可从两板间飞出。答案:见解析-23-5.带电粒子在电场中的运动课前篇自主预习课堂篇探究学习课堂篇探究学习探究一探究二随堂检测规律方法若几种不同的带电粒子经同一电场加速后再进入同一个偏转电场,粒子的侧向位

移、偏转角与粒子的q、m无关,仅取决于加速电场和偏转电场,即y=𝑈'𝑙24𝑈𝑑,tanθ=𝑈'𝑙2𝑈𝑑。-24-5.带电粒子在电场中的运动课前篇自主预习课堂篇探究学习课堂篇探究学习探究一探究二随堂检测变式训练两个半径均为R的圆形平板电

极,平行正对放置,相距为d,极板间的电势差为U,板间电场可以认为是匀强电场。一个α粒子从正极板边缘以某一初速度垂直于电场方向射入两极板之间,到达负极板时恰好落在极板中心。已知质子电荷量为e,质子和中子的质量均视为m,忽略重力和空气阻力的影响,求:(1)极板间的电场

强度E。(2)α粒子在极板间运动的加速度a。(3)α粒子的初速度v0。-25-5.带电粒子在电场中的运动课前篇自主预习课堂篇探究学习课堂篇探究学习探究一探究二随堂检测解析:(1)极板间电场强度E=𝑈𝑑(2)α粒子电荷量为2e,质量为4m,所受静电力F=2eE=2𝑒𝑈𝑑,α粒

子在极板间运动的加速度a=𝐹4𝑚=𝑒𝑈2𝑑𝑚。(3)由d=12at2,得t=2𝑑𝑎=2d𝑚𝑒𝑈,v0=𝑅𝑡=𝑅2𝑑𝑒𝑈𝑚。答案:(1)𝑈𝑑(2)𝑒𝑈2𝑚𝑑(3)𝑅2𝑑𝑒𝑈𝑚-26-5.带电粒子在电场中的运动

课前篇自主预习课堂篇探究学习课堂篇探究学习探究一探究二随堂检测1.如图所示,电子由静止开始从A板向B板运动,到达B板的速度为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增大解析:由动能定理得eU=12mv2。当改变两板间的距离时,U不变,v就不变,故A、B项错误,C项正确;粒子做初速度为零

的匀加速直线运动,𝑣=𝑑𝑡,𝑣2=𝑑𝑡,即t=2𝑑𝑣,当d减小时,电子在板间运动的时间减小,故D项错误。答案:C-27-5.带电粒子在电场中的运动课前篇自主预习课堂篇探究学习课堂篇探究学习探究一探究二随堂检测2.如图所示,两极板与

电源相连,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。现使电子射入速度变为原来的2倍,电子仍从原位置射入,且仍从正极板边缘飞出,则两极板长度应变为原来的()A.2倍B.4倍C.12D.14解析:由

y=12at2=𝑞𝑈𝑙22𝑑𝑚𝑣02知,要使y不变。当v=2v0时,则l=2l0,故选项A正确。答案:A-28-5.带电粒子在电场中的运动课前篇自主预习课堂篇探究学习课堂篇探究学习探究一探究二随堂检测3.如图所示,在点电荷

+Q激发的电场中有A、B两点,将质子和α粒子分别从A点由静止释放到达B点时,它们的速度大小之比为多少?解析:质子和α粒子都带正电,从A点释放都将受静电力作用加速运动到B点,设A、B两点间的电势差为U,由

动能定理可知,对质子:12mH𝑣H2=qHU,对α粒子:12mα𝑣𝛼2=qαU。所以𝑣H𝑣α=𝑞H𝑚α𝑞α𝑚H=1×42×1=√21。答案:√2∶1