《金牌学案》物理粤教版必修第三册 课件08　第二章　第二节　带电粒子在电场中的运动

现代文阅读Ⅰ把握共性之“新”打通应考之“脉”第二章静电场的应用第二节带电粒子在电场中的运动[学习目标]

1．掌握带电粒子在电场中的加速、偏转规律，并会分析其加速度、速度和位移等物理量的变化规律．2．掌握带电粒子在电场中加速、偏转时的能量转化规律．3．了解示波器的原理，感悟物理学在实际生活中的应用，知道科学理论与实验相互促进的意义．必备知识·自主预习储备

2．加速器(1)原理：为了使带电粒子获得较高的能量，最直接的做法是让带电粒子在_________的作用下不断加速．(2)方法：早期制成的加速器是利用_________的电场来加速带电粒子的，为了进一步提高带电粒子的能量，科学家制成了_______________．(3)加速器的应用：广泛应用于_________、______、______等各个领域．电场力高电压直线加速器工农业医疗科研提醒

对于质量很小的基本粒子，如电子、质子等，虽然它们也会受到万有引力(重力)的作用，但万有引力(重力)一般远小于电场力，可以忽略．知识点二带电粒子在电场中的偏转及示波器1．运动特点：带电粒子进入电场后，忽略重力，粒子只受_________，方向平行电场方向．带电粒子垂直进入匀强电场的运动情况类似于______运动．电场力平抛2．示波器(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_________(发射电子的灯丝、加速电极组成)、偏转系统(由一对X偏转板和一对Y偏转板组成)和_________组成，如图所示．电子枪荧光屏(2)原理：示波器的灯丝通电后给阴极加热，使阴极发射电子．电子经阳极和阴极间的电场加速聚焦后形成一很细的电子束，电子射出打在管底的荧光屏上，形成一个小亮斑．亮斑在荧光屏上的位置可以通过调节Y偏转板与X偏转板上的电压大小来控制．体验1．思考辨析(正确的画“√”，错误的画“×”)(1)质量很小的粒子如电子、质子等，在电场中受到的重力可以忽略不计． (

)(2)带电粒子在匀强电场中偏转时，加速度不变，粒子的运动是匀变速曲线运动． (

)(3)示波管电子枪的作用是产生高速飞行的电子束，偏转板的作用是使电子束偏转，打在荧光屏上的不同位置． (

)√√√

关键能力·情境探究达成带电粒子在电场中受电场力作用，我们可以利用电场来控制粒子，使它加速或偏转．如图所示是示波器的核心部件——示波管．请思考：示波管中电子的运动可分为几个阶段？各阶段的运动遵循什么规律？提示：示波管中电子的运动一般可分为三个阶段．第一阶段为加速，遵循动能定理；第二阶段为偏转，遵循类平抛运动规律；第三个阶段为从偏转系统出来后，做匀速直线运动到达屏幕．考点1带电粒子的加速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，一般都不计粒子的重力．(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，处理问题时一般都计重力．

【典例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、带电荷量为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板的时间减为原来的一半√思路点拨：解答本题时应把握以下两点：(1)带电粒子被加速，利用动能定理可求到达另一极板的速率．(2)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．

√√√

1．运动分析及规律应用粒子在两板间做类平抛运动：(1)在v0方向：做匀速直线运动．(2)在电场力方向：做初速度为零的匀加速直线运动．考点2带电粒子的偏转如图所示，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，板间距离为d，不计粒子的重力．

【典例2】如图所示为两组平行金属板，一组竖直放置，一组水平放置，今有一质量为m的电子(电荷量为e)静止在竖直放置的平行金属板的A点，经电压U0加速后通过B点进入两间距为d、电压为U的水平放置的平行金属板间，若电子从两块水平平行板的正中间射入，且最后电子刚好能从右侧的两块平行金属板穿出，A、B分别为两块竖直板的中点，不计电子重力，求：(1)电子通过B点时的速度大小；(2)右侧平行金属板的长度；(3)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)偏转电场中电子做类平抛运动，可利用分解思想结合动力学知识和功能关系求解．

规律方法

建立带电粒子在匀强电场中偏转的类平抛运动模型，会用运动的合成和分解的知识分析带电粒子的偏转问题，提高综合分析能力，体现“科学思维”的学科素养．

√提示：电子、质子、α粒子等．2．写出带电粒子在电场中直线加速的计算式．回归本节知识，自我完成以下问题：1．哪些带电粒子在电场中运动时可不计重力？

3．试写出带电粒子在匀强电场中的偏转规律．(设初速度与电场强度方向垂直)

题组一带电粒子的加速1．(多选)如图所示，与xOy坐标系平面平行的匀强电场(未画出)中有一个电荷量为q的正粒子，从坐标原点O处沿与x轴正方向成45°角的虚线匀速运动．已知粒子在运动过程中始终受到一个大小为F、方向沿x轴正向的恒定外力的作用，不计粒子的重力．则下列说法正确的是(

)题号135246879101112课时分层作业(七)带电粒子在电场中的运动13题号13524687910111213

√√2．当今医学上对某些肿瘤采用质子疗法进行治疗，该疗法用一定能量的质子束照射肿瘤杀死癌细胞．现用一直线加速器来加速质子，使其从静止开始被加速到1.0×107m/s．已知加速电场的场强为1.3×105N/C，质子的质量为1.67×10-27kg，电荷量为1.6×10-19C，则下列说法正确的是(

)A．加速过程中质子电势能增加B．质子所受到的电场力约为2×10-15NC．质子加速需要的时间约为8×10-6sD．加速器加速的直线长度约为4m题号135246879101112√题号135246879101112133．粒子直线加速器在科学研究中发挥着巨大的作用，简化如图所示：沿轴线分布O(薄金属环)及A、B、C、D、E共5个金属圆筒(又称漂移管)，薄金属环和相邻漂移管分别接在高压电源MN的两端，O接M端．质子飘入(初速度为0)金属环O轴心沿轴线进入加速器，质子在金属圆筒内做匀速运动且时间均为T，在金属圆筒之间的狭缝被电场加速，加速时电压U大小相同．质子电量为e，质量为m，不计质子经过狭缝的时间，则(

)题号135246879101112题号135246879101112题号13524687910111213

√题号135246879101112题号135246879101112题号13524687910111213题号135246879101112题号135246879101112题号13524687910111213

题组二带电粒子的偏转4．(多选)示波管的构造如图所示．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′应带正电题号135246879101112√题号135246879101112题号13524687910111213√题号135246879101112题号135246879101112题号13524687910111213AC

[根据亮斑的位置，电子偏向XY区间，说明电子受到电场力作用发生了偏转，因此极板X、极板Y均应带正电，故A、C正确．]5．两个共轴的半圆柱形电极间的缝隙中，存在一沿半径方向的电场，如图所示．带正电的粒子流由电场区域的一端M射入电场，沿图中所示的半圆形轨道通过电场并从另一端N射出，由此可知(不计粒子重力)(

)A．若入射粒子的电荷量相等，则出射粒子的质量一定相等B．若入射粒子的电荷量相等，则出射粒子的速度一定相等C．若入射粒子的电荷量与质量之比相等，则出射粒子的速度一定相等D．若入射粒子的电荷量与质量之比相等，则出射粒子的动能一定相等题号135246879101112√题号135246879101112题号13524687910111213题号135246879101112题号135246879101112题号13524687910111213

6．如图所示，电子在电势差为U1的电场中由静止开始加速运动后，垂直射入电势差为U2的偏转电场，整个装置处于真空中，在满足电子能射出偏转电场的条件下，下列情形中一定能使电子偏移量变大的是(

)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变小题号135246879101112√题号135246879101112题号13524687910111213题号135246879101112题号135246879101112题号13524687910111213

7．(多选)三个质量相同、带电荷量分别为＋q、－q和0的液滴a、b、c，从竖直放置的两极板中间上方O点处由静止释放，最后从两极板间穿过，轨迹如图所示，则在穿过极板的过程中(

)A．静电力对液滴a、b做的功相同B．三者动能的增量相同C．液滴a与液滴b电势能的变化量相等D．重力对液滴c做的功最多题号135246879101112√题号135246879101112题号13524687910111213√题号135246879101112题号135246879101112题号13524687910111213AC

[因为液滴a、b的电荷量大小相等，则两液滴所受的静电力大小相等，由静止释放，穿过两板的时间相等，则偏转位移大小相等，静电力做功相等，故A正确；静电力对a、b两液滴做功相等，重力做功相等，则a、b动能的增量相等，对于液滴c，只有重力做功，液滴c动能的增量小于液滴a、b动能的增量，故B错误；对于液滴a和液滴b，静电力均做正功，静电力所做的功等于电势能的变化量，故C正确；三者在穿过极板的过程中竖直方向的位移相等，三者质量相同，所以重力做功相等，故D错误．]8．如图甲为示波管的原理图．如果在电极YY′之间所加的电压按图乙所示的规律变化，在电极XX′之间所加的电压按图丙所示的规律变化，则在荧光屏上会看到的图形是(

)题号135246879101112题号135246879101112题号13524687910111213甲题号135246879101112题号135246879101112题号13524687910111213乙

丙A

B

C

D√题号135246879101112题号135246879101112题号13524687910111213B

[由于电极XX′之间所加的是扫描电压，电极YY′之间所加的电压为信号电压，信号电压与扫描电压周期相同．在t＝0时刻，UY＝0，电子在YY′之间没有偏转，UX为负向最大电压，电子只在XX′之间偏转，并且向左有最大偏转，故A、C错误；在0～t1之间，UY＞0，UX＜0，电子在XX′之间由左向右水平移动，同时在YY′之间由正中间先向上运动再向下运动，所以荧光屏上会看到B选项所示的图形，故B正确．]9．长为L的平行金属板水平放置，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紧贴上极板垂直于电场线方向进入该电场，刚好从下极板边缘射出，射出时速度恰与水平方向成30°角，如图所示，不计粒子重力，求：(1)粒子离开电场时速度的大小；(2)匀强电场的场强大小；(3)两板间的距离．题号135246879101112题号135246879101112题号13524687910111213题号135246879101112题号135246879101112题号13524687910111213

题号135246879101112题号135246879101112题号13524687910111213

10．(多选)如图甲所示，A、B是一对平行的金属板，在两板间加上一周期为T的交变电压U，A板的电势φA＝0，B板的电势φB随时间的变化规律如图乙所示．现有一电子从A板上的小孔进入两板间的电场区内，设电子的初速度和重力的影响可忽略．则(

)题号135246879101112题号135246879101112题号13524687910111213甲

乙

题号135246879101112题号135246879101112题号13524687910111213√√题号135246879101112题号135246879101112题号13524687910111213AB

[根据电子进入电场后的受力和运动情况，作出如图所示的图像．题号135246879101112题号135246879101112题号13524687910111213题号135246879101112题号135246879101112题号13524687910111213

题号135246879101112题号135246879101112题号1352468791011121311．(多选)如图所示，空间存在水平向右的匀强电场，长L＝0.12m的绝缘轻杆上端连接在O点．有一质量m＝0.3kg、电荷量q＝＋0.5C的带电金属小球套在绝缘轻杆上，球与杆间的动摩擦因数μ＝0.75．当杆竖直固定放置时，小球恰好能匀速下滑．当轻杆与竖直方向的夹角为θ时，小球在下滑过程中与杆之间的摩擦力恰好为0．重力加速度大小g取10m/s2，sin37°＝0.6．下列说法正确的是(

)A．匀强电场的电场强度大小为8N/CB．匀强电场的电场强度大小为6N/CC．θ＝37°D．若保持θ角不变，将小球从O点由静止释放，小球离开杆时的速度大小为2m/s√√题号135246879101112题号135246879101112题号13524687910111213

题号135246879101112题号135246879101112题号1352468791011121312．炽热的金属丝可以发射电子，在炽热的金属丝和竖直金属板间加电压U1，从炽热的金属丝发射出的电子在真空中被加速后，从金属板的小孔穿出，再从水平放置的两平行金属板的中间水平射入两板间的匀强电场中，如图所示，电子恰能沿一板的边缘飞出，且飞出时速度方向与水平方向成60°角，不计电子重力，电子离开金属丝的初速度可视为零，已知电子的质量为m，电荷量为e．求：(1)电子穿出金属板小孔时的速度大小；(2)加在水平两极板间的电压．

题号135246879101112题号1352468791011121313．如图所示，两平行金属板A、B长L＝8cm，两板间距离d＝8cm，A板比B板电势高300V，一不计重力的