鲁科版 (2019)必修 第三册第2章 电势能与电势差第4节 带电粒子在电场中的运动图文课件ppt

这是一份鲁科版 (2019)必修 第三册第2章 电势能与电势差第4节 带电粒子在电场中的运动图文课件ppt，共33页。PPT课件主要包含了课前自主学习，课堂合作探究等内容，欢迎下载使用。
一、带电粒子加速任务驱动　电子枪发出的电子逆着电场线运动,说明电子在电场中的运动情况。提示:电子受到电场力作用,做匀加速直线运动。匀强电场中,带电粒子在电场力F的作用下,以恒定的加速度a= = 做匀加速直线运动。带电粒子的速度:
1.应用牛顿运动定律:a= = ,v2=2ad,所以v= 2.应用动能定理:WF=ΔEk,WF=qU,所以qU= mv2-0,v=_______。
二、带电粒子偏转任务驱动　电子枪发出的电子垂直电场线运动,说明电子在电场中的运动情况。提示:电子在电场力作用下做类平抛运动。
1.粒子的偏转角:(1)已知电荷情况及初速度。 如图所示,设带电粒子质量为m,带电荷量为q,以速度v0垂直于电场线方向射入匀强偏转电场,偏转电压为U1,若粒子飞出电场时偏转角为θ,则tanθ= ,式中vy=at= · ,vx=v0,代入得:tanθ= 。①
(2)已知加速电压U0若不同的带电粒子是从静止经过同一加速电压U0加速后进入偏转电场的,则由动能定理有:qU0= ②由①②式得:tanθ= 。③
2.粒子的偏转量:(1)y= at2= ④作粒子速度的反向延长线,设交于O点,O点与电场边缘的距离为x,则x= 。(2)若不同的带电粒子是从静止经同一加速电压U0加速后进入偏转电场的,则由②和④,得:y= 。
主题一　带电粒子在电场中的加速【实验情境】情境1　图甲所示,静止的电荷+q在电场的作用下加速从电场的正极运动到负极。情境2　图乙所示,静止的电荷-q在电场的作用下加速从电场的负极运动到正极。
【问题探究】(1)两电荷电性换一下能否达到加速的目的?提示:不可行,直接打在板上。(2)带电粒子到达另一板的速度大小是多少?提示:根据动能定理qU= mv2到达另一板时的速度为:v= 。
【结论生成】带电粒子的加速的动力学分析(科学思维)带电粒子沿与电场线平行方向进入电场,受到的电场力与运动方向在同一直线上,做加(减)速直线运动,如果是匀强电场,则做匀加(减)速运动。
【典例示范】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
【解析】选A。由动能定理有eU= mv2,得v= ,可见电子到达Q板的速率与板间距离d无关,故A项对、B项错；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= ,若将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项都错。
【误区警示】对带电粒子进行受力分析时应注意的问题(1)要掌握电场力的特点,电场力的大小和方向不仅跟场强的大小和方向有关,还跟带电粒子的电性和电荷量有关。在匀强电场中,同一带电粒子所受电场力处处是恒力；在非匀强电场中,同一带电粒子在不同位置所受电场力的大小和方向都可能不同。
(2)是否考虑重力要依据情况而定基本粒子:如电子、质子、α粒子、离子等除有说明或明确的暗示外,一般不考虑重力(但不能忽略质量)。带电粒子:如液滴、油滴、尘埃、小球等,除有说明或明确暗示外,一般都不能忽略重力。
【探究训练】(多选)图为示波管中电子枪的原理示意图,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。下面的说法中正确的是(　　)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 C.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 vD.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
【解析】选A、C。电子在两个电极间加速电场中进行加速,由动能定理eU= mv2-0得v= ,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 v,故C正确。
主题二　带电粒子在电场中的偏转【实验情境】　示波器在电子技术领域有着广泛的应用,示波管是示波器的核心部件。
【问题探究】在示波管的荧光屏上的可视图像是怎样形成的?提示:在竖直偏转电极上加一个信号电压,在水平偏转电极上加一个扫描电压,在荧光屏上就会出现按竖直偏转电压规律变化的可视图像。
【结论生成】带电粒子在电场中的偏转模型(科学思维)
(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:tanθ= ④离开电场时位移与初速度方向的夹角:tanα=
(2)几个常用推论:①tanθ=2tanα。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,即荷质比相同,则偏转距离y和偏转角θ相同。④若以相同的初动能Ek0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θ相同。⑤不同的带电粒子经同一加速电场加速后(即加速电压相同),进入同一偏转电场,则偏转距离y和偏转角θ相同。
【典例示范】如图所示,水平放置的两平行金属板,板长l为10 cm,两极板相距d为2 cm,两板间所加电压为364 V,一电子以v=4×107 m/s的初速度从两板中央水平射入板间,然后从板间飞出射到距板l1=45 cm的荧光屏D上(不计重力,荧光屏中点在两板间的中央线上,电子质量m=0.91×10-30 kg,电量e=1.6×10-19 C)。问:(1)电子飞入两板前所经历的加速电场的电压是多大?(2)电子在荧光屏上的偏移量是多少?
【解析】(1)设加速电场的电压为U0,由动能定理得eU0= mv2,则U0= V=4.55×103 V。
(2)电子的运动分析如图所示,设偏转电场的电压为U,电子在偏转电场中的运动时间为t,加速度为a,在电场中的侧向位移为y,则y= at2,a= ,t= 。由以上各式得:y= m=1×10-2 m=1 cm。由图可知 ,代入数据得y′=10 cm。答案:(1)4.55×103 V　(2)10 cm
【规律方法】解决这类问题的基本方法(1)采用运动和力的观点:牛顿第二定律和运动学知识求解。(适用于匀强电场)(2)用能量转化的观点:动能定理和功能关系求解。(适用于任何电场)
【探究训练】1.(多选)示波管是示波器的核心部件,它由电子枪、偏转板和荧光屏组成,如图所示。如果电子打在荧光屏上,在P点出现一个稳定的亮斑,那么示波管中的(　　) A.极板Y应带正电B.极板Y′应带正电C.极板XX′上应加一个与时间成正比的电压D.极板XX′上应加一个恒定不变的电压
【解析】选A、D。电子受力方向与电场方向相反,因电子向X方向偏转,则电场方向为X到X′,则X带正电,即极板X的电势高于极板X′。同理可知Y带正电,即极板Y的电势高于极板Y′,故A正确,B错误；如果在水平偏转电极上加上随时间均匀变化的电压,则电子因受偏转电场的作用,打在荧光屏上的亮斑便沿水平方向匀速移动,故C错误,D正确。
2.(多选)如图所示,氕、氘、氚的原子核自初速度为零经同一电场加速后,又经同一匀强电场偏转,最后打在荧光屏上,那么(　　) A.经过加速电场的过程中,电场力对氚核做的功最多B.经过偏转电场的过程中,电场力对三种核做的功一样多C.三种原子核打在屏上的速度一样大D.三种原子核都打在屏的同一位置上
【解析】选B、D。同一加速电场、同一偏转电场,三种原子核带电荷量相同,故在同一加速电场中电场力对它们做的功都相同,在同一偏转电场中电场力对它们做的功也相同,A错,B对；在偏转电场中,偏转位移y= at2= 偏转角度的正切:tanθ= ,故y和tanθ与电荷的电量和质量无关,所以出射点的位置相同,出射速度的方向也相同,故D正确；整个过程由动能定理得, mv2=qU1+qU2· =qU1+ ,由于质量不同,所以三种原子核打在屏上的速度不同,C错。
3.一束质量为m、电荷量为q的带电粒子以平行于两极板的速度v0进入匀强电场,如图所示。如果两极板间电压为U,两极板间的距离为d,板长为L,设粒子束不会击中极板,则粒子从进入电场到飞出极板时电势能的变化量为多少。(粒子的重力忽略不计)
【解析】水平方向匀速,则运动时间t= ①竖直方向加速,则偏移y= at2②且a= ③由①②③得y= 则电场力做功W=qE·y=q 由功能原理可以得出电势能减少了 。答案: