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文档简介
第二节带电粒子在电场中的运动核心素养物理观念科学思维科学探究责任
学习目标的加速度、位移及能量的变化。子的运动规律,培养学生推理能力。养热爱科学勇于探究的精神。道科学理论与实验相互促进的意义。知识点一带电粒子在电场中的加速根本粒子的受力特点:对于质量很小的根本粒子,如电子、质子等,虽然它们也会受到万有引力(重力)(重力)可以忽略不计。带电粒子加速问题的处理方法:U的电场加1v=
2qUm在匀强电场中也可利用牛顿定律结合运动学公式分析。知识点二加速器原理:电场力的作用下不断加速。方法:进一步提高带电粒子的能量,科学家制成了直线加速器。加速器的应用:广泛应用于工农业、医疗、科研等各个领域。①带电粒子在电场中的运动常用动能定理,电荷量用绝对值计算。②带电粒子在电场中的加速度还可用牛顿运动学计算加速后的速度。1:思考辨析(正确的打“√〞,错误的打“×〞)直线问题。(×)带电粒子在电场中一定做加速直线运动。(×)知识点三带电粒子在电场中的偏转受力特点:行电场方向。带电粒子垂直进入匀强电场的运动情况类似于平抛运动。运动性质:v沿初速度方向:速度为v lv
0t=。0的方向:初速度为零的匀加速直线运动,加速度a=qU。md运动规律:
l qU 1
qUl2md 2 2mv偏移距离:因为t=v,a= ,所以偏移距离atmd 2 2mv00v0
qUl
0yv qUly== 。y知识点四示波器
mv0d v0 mv2d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(XY偏转电极板组成和荧光屏组成,如下图。原理:偏转电极接入的是由仪器自身产生的锯齿形电压。灯丝被电源加热后,出现热电子发射,发射出来的电子经加速电场加速YXY偏转电压规律变化的可视图像。2:思考辨析(正确的打“√〞,错误的打“×〞)运动。(√)示波管电子枪的作用是产生高速飞行的电子束,偏转电极的作用是使电子束偏转,打在荧光屏不同位置。(√)3:填空质子(1H),α粒子(4He)、钠离子(Na+)三个粒子分别从静止状态经过电压为1 22U的同一电场加速后,获得动能最大的是α粒子(4He)。2考点1 带电粒子的加速P板向QQ板的速度大小与什么因素有关?1提示:eU=2mv2v=与加速电压有关。
2eU,因电子的e、m确定,所以速度大小只m带电粒子的分类及受力特点电子、质子、α粒子、离子等根本粒子,一般都不考虑粒子的重力。(2)确的暗示外,处理问题时一般都不能忽略重力。(1)力和运动的关系——牛顿第二定律F qE qU 1a例如:=am
=m
,v=v0+at,x=v0t+2at2。功和能的关系——动能定理也适用于非匀强电场。1UqU=2mv201 2qU00-2mv2,那么带电粒子的速度v=0v电粒子的速度= 2qU。vm
v2+
,假设粒子的初速度为零,那么带】PQUdme板间的运动情况,以下表达正确的选项是( )dQ板的速率保持不变dQ板的速率也增大一倍UQ板的时间保持不变UQ板的时间减为一半[思路点拨] 解答此题时应把握以下两点:带电粒子被加速,利用动能定理可求到达另一极板的速率。带电粒子在匀强电场中做匀加速直线运动,利用运动学公式可求运动的时间。
2eUA[由动能定理有eU=2mv2,得v=间距离d无关,故A正确,B
mQ板的速率与板U错误;两极板间为匀强电场,E=d,电子的加速
eU 1d=at2t=
2d=
,假设两极板间电势差增md 2
a eU2Q
、D错误。][跟进训练]如下图,两平行金属板相距为d,电势差为U,一电子质量为m,电荷量为从O点沿垂直于极板的方向射出,最远到达A点,然后返回此电子具有的初动能[跟进训练]edh
edUh C.eU
D eUhUD [方法一:功能关系
dh .d1
2 eUh 2 2 O→AFh=mv2,即2
=mv2,故电子的初。动能为eUh。d方法二:力和运动的关系-eUa=dm,①0由匀变速直线运动的规律得0-v2=2ah,②010Ek=2mv2,③0联立①②③
eUh=。]=k d考点2 带电粒子的偏转mqv0ld,不计粒子的重力。试结合上述情境讨论:(2)粒子加速度大小是多少?方向如何?(3)粒子在电场中做什么运动?提示:(1) lvt=。v0a=qU,方向与初速度方向垂直。amd做类平抛运动。m、电荷量为+qv0垂直于电场方向射入d,不计粒子的重力。1.运动分析及规律应用粒子在两板间做类平抛运动,应用运动分解的知识进行分析处理。v0方向:做匀速直线运动。2.过程分析如下图,设粒子不与平行板相撞。vt=l。v0qE qUa=m=md。离开电场时垂直于板方向的分速度v=at=qUl。vy mdv0速度与初速度方向夹角的正切值tan
vy qUl。===v mdv20 0离开电场时沿电场力方向的偏移距离1 qUl22 y=at2 0两个重要推论长线交于一点,此点为粒子沿初速度方向位移的中点。α
1正切值的2,即2tantanα=1 θ。2tanqE=Ey为粒2】m的电子e)AU0BdUA、B分别为两块竖直板的中点,求:B点时的速度大小;右侧平行金属板的长度;电子穿出右侧平行金属板时的动能。思路点拨:(1)加速电场中可用动能定理求末速度。(2)关系求解。1[解析] (1)设电子出B孔时速度为v0,由动能定理得eU0=mv2
2 0= 2eU0。0 m1 1(2)U的偏转电场中做类平抛运动。竖直方向:2d=2at2,aeE eU=m=md水平方向:l=v0t解得l=
md2=d 2U0。(3)
m eU UU在右侧的平行板中,电子初、末位置电势差为2,穿出电场时的动能设为Ek,由动能定理得1 12e=E-2m21 1 1 所以E=2e+2m=2+0
2U0U2U0U[答案] (1)
(2)d
(3e2+02eU0m的知识分析带电粒子的偏转问题,提高综合分析能力,表达了2eU0m[[跟进训练]m=1×10-3kgq=1×10-3C的粒子,重力E=1×103N/CA60°0.1sB点,速度方向与电场方向30°A点速度的大小为()A.100m/sB.200m/sC.300m/sD.400m/sqEA [a=m=103m/s,整个运
v0 =tan60°v0 +at,解得sinsin3v0=503
m/s,故A点速度大小为 vAv
v0 =100m/sA。]v0垂直进hdU,板为l,每单位电压引起的偏转量(h)叫示波管的灵敏度,假设要提高其灵敏度。可U采用以下哪种方法( )A.增大两极板间的电l做得短些d减小些v0大些C[在水平方向电子做匀速直线运动,有l=v0t,竖直方向上电子做匀加速运qUl2 h ql2动,故有h=at2= ,那么= ,可知,选项C正确。]2mdv2 U 2mdv20 0如下图,在P板附近有一电子由静止开始向Q板运动,那么关于电子达Q板时的速率,以下解释中正确的选项是( )AB.两板间距离越小,加速度就越大,那么获得的速率越大C.与两板间的距离无关,仅与加速电压U有关D.以上解释都不正确C [从能量观点,电场力做功,使电荷电势能减小,动能增加,由动能定1eU=2mv2,v=
2eU,故正确选项为C。]m如下图,有三个质量相等,分别带正电、负电和不带电的小球,从平行P、、C三点,可以判断()A.小球A带正电,B不带电,C带负电B.三个小球在电场中运动时间相等C.三个小球到达极板时的动能EkA>EkB>EkCD.三个小球在电场中运动的加速度aA>aB>aCA[三个小球在水平方向做匀速直线运动;竖直方向,带正电荷小球受静电力向上,合力为mg-F电,带负电荷小球受静电力向下,合力为mg+F电,不带电小球只受重力,因此带负电荷小球加速度最大,运动时间最短,水平位移最短,A、D错误;在运动过程中,三个小球竖直方向位移EkC>EkB>EkAC错误。]3.(多项选择)如图甲所示,三个相同的金属板共轴排列,它们的距离与宽U后,金属板q间就形成匀强电场;有一个比荷m×12C/kg的带正电的粒子从左边金属板小A处由静止释放,在电场力作用下沿小孔轴线射出(不计粒子重力),其v-t图像如图乙所示,那么以下说法正确的选项是( )甲 乙A.右侧金属板接电源的正极B.所加电压U=100VC.乙图中的v2=2m/sD.通过极板间隙所用时间比为1∶( BD[带正电的粒子在电场力作用下由左极板向右运动,可判断左侧金属板接Av-ta=2m/s2,两极d=0.25qE=maE=200V/m,U=2Ed=100B正确;1带电粒子从左极板到右极板的过程中,由动能定理知,qU=2mv2,那么v2=2qUm=2m/sC2qUm=2
av=v
v1 1,2 0+at知,t1=a=sav2-v1 2-1t1=a =a s,所以t1∶t2=1∶( 2-1),选项D正确。]“测油滴带电荷量〞)Um的油滴进入电场后做匀加速运动,经过时间t运动到下极板。求该油滴所带电荷量。U[解析]mg-qd=ma①1根据位移时间公式得d=at2②2md 2d①②q=Ut2。md
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