高中物理第一章静电场1.9带电粒子在电场中的运动知识导航学案新人教版选修3_1

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1、8带电粒子在电场中的运动课标解读1.知道带电粒子在电场中的被加速和被偏转.2.理解带电粒子在匀强电场中的运动规律,并能分析解决加速和偏转方面的问题.3.知道示波管的基本原理.课前思考1.若利用非匀强电场来加速带电粒子,该怎样计算被加速后的速度?答案:利用动能定理mv2=qU得v=.2.你若用铅笔在一张纸上沿一直线来回划动,另一个同学沿与你划动的垂直方向匀速拉动该纸,在纸上留下的划动痕迹会是什么样子的呢?答案:大致是一正弦或余弦痕迹.自主研学1.真空中有一对平行板,A板接电源的正极,B板接电源的负极,两板间形成匀强电

2、场,在两板间若要加速一个电子,获得最大的速度,该电子应从_______极板释放.若板间电势差为U,电子质量为m、电荷量为e,加速后的最大速度为v=_______.2.带电粒子质量为m、电荷量为q,以初速度v0垂直电场线进入匀强电场,由于静电力的作用,带电粒子将发生偏转.若偏转电场的极板长为l,板间距离为d,偏转电势差为U,则粒子离开电场时的偏转距离y=_______,偏转角度为θ,则tanθ=_______.3.示波器的核心部件是示波管,示波管是真空管,主要由三部分组成,这三部分分别是:______________

3、____________________________.三点剖析1.在电场中加速和偏转的问题中,何时考虑重力的作用,何时不计重力的作用?不计重力是否就是不计质量?在带电粒子的加速或偏转问题的讨论中,经常会遇到是否考虑重力的困惑.若所讨论的问题中,带电粒子受到的重力远远小于电场力,即mgqE,则可忽略重力的影响.譬如,一电子在电场强度为4.0×103V/m的电场中,它所受的电场力F=eE=6.4×10-16N,它所受的重力G=mg=9.0×10-30N,F/G=7.1×1013.可见,重力在此问题中的影响微不足道

4、,完全应该略去不计.此时若考虑了重力,反而会给问题的解决带来不必要的麻烦,要指出的是,忽略粒子的重力并不是忽略粒子的质量.反之,若带电粒子所受的重力跟电场力可以比拟,譬如,在密立根油滴实验中,带电油滴在电场中平衡,显然这时就必须考虑重力了.若再忽略重力,油滴平衡的依据就不存在了.总之,是否考虑带电粒子的重力要根据具体情况而定.一般说来:(1)基本粒子:如电子、质子、α粒子、离子等,除有说明或有明确的暗示以外,一般都不考虑重力(但并不忽略质量).(2)带电颗粒:如液滴、油滴、尘埃、小球等,除有说明或有明确的暗示以外,

5、一般都不能忽略重力.2.示波管的原理(1)主要构造:电子枪、偏转电极、荧光屏.(如图1-8-1)图1-8-1(2)原理:XX′电极使电子束做横向(面向荧光屏而言)的水平匀速扫描,YY′电极使电子束随信号电压的变化在纵向做竖直方向的扫描,这样就在荧光屏上出现了随时间而展开的信号电压的波形.显然,这个波形是电子束同时参与两个相互垂直的分运动合成的结果.精题精讲图1-8-2例1如图1-8-2所示,在点电荷+Q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?思路解析质子和α粒子

6、都是正离子,从A点释放将受电场力作用加速运动到B点,设A、B两点间的电势差为U,由动能定理有:对质子:mHvH2=qHU对α粒子:mαvα2=qαU所以=.答案:绿色通道(1)要知道质子和α粒子是怎样的粒子,qH=e,qα=2e,mα=4mH.(2)该电场为非匀强电场,带电粒子在AB间的运动为变加速运动,不可能通过力和加速度的途径解出该题,但注意到电场力做功W=qU这一关系对匀强电场和非匀强电场都适用,因此从能量的观点入手由动能定理来解该题.图1-8-3例2如图1-8-3所示,带负电的小球静止在水平放置的平行板电容

7、器两板间,距下板0.8cm,两板间的电势差为300V.如果两板间电势差减小到60V,则带电小球运动到极板上需多长时间?思路解析取带电小球为研究对象,设它带电荷量为q,则带电小球受重力mg和电场力qE的作用.当U1=300V时,小球平衡:mg=①当U2=60V时,带电小球向下板做匀加速直线运动:mg-=ma②又h=at2③由①②③得:t=s=4.5×10-2s.答案:4.5×10-2s绿色通道本题涉及平衡和加速,属学科内的综合问题,力学中直线运动的情境都可以用带电粒子在电场中的运动来体现,因此研究问题的方法还是两个分

8、析:受力分析、运动分析.图1-8-4例3一束电子流在经U=5000V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1-8-4所示.若两板间距离d=1.0cm、板长l=5.0cm,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?在加速电压一定时,偏转电压U′越大,电子在极板间的偏距就越大,当偏转电压大到使电子刚好擦着极板的边缘

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