所谓的光辉岁月，并不是以后，闪耀的日子，而是无人问津时，你对梦想的偏执。
9 带电粒子在电场中的运动
学习目标
1.学习运用静电力、电场强度等概念研究带电粒子在电场中运动时的加速度、速度和位移等物理量的变化.
2.综合运用静电力做功、电势差、等势面等概念研究带电粒子在电场中运动时的能量转化.
3.了解示波管原理,并会分析简单现象.
自主探究
一、知识回顾
1.牛顿第二定律的公式是什么?
2.动能定理的表达式是什么?
3.解决平抛这类曲线运动的方法是 ,水平方向: ,竖直方向: ,速度偏转角度 .
4.静电力做功的计算方法:恒力(匀强电场): ,任意情况: .
二、知识准备
电场中的带电粒子在什么情况下不考虑重力? 1. 2.
合作探究
一、带电粒子的加速
【提出问题】你听说过电子枪吗?带电粒子做加速或减速直线运动的条件是什么?
【例题】如图所示,在真空中有一对平行金属板,两板间加以电压U,两板的间距为d.两板间有一质量为m,带正电荷q的带电粒子.它在电场力的作用下,由静止开始从正极板向负极板运动,到达负极板时的速度有多大(不考虑粒子的重力)?试用功能关系和运动学关系求解.
【思维拓展】如果进入电场的速度为v0,其最后射出电场的速度为多大?
同是寒窗苦读，怎愿甘拜下风！ 1
所谓的光辉岁月，并不是以后，闪耀的日子，而是无人问津时，你对梦想的偏执。
【思考讨论】上述问题中,如果在非匀强电场中该用何种方法求解?上面的方法是否仍然适用?为什么?
【尝试练习】炽热的金属丝可以发射电子(如图).在金属丝和金属板间加以电压U=2 500 V,发射出的电子在真空中加速后,从金属板的小孔穿出.电子穿出时的速度有多大?设电子刚
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离开金属丝时的速度为零.(m=0.9×10 kg,e=1.6×10 C)
二、带电粒子在匀强电场中的偏转
【例题】如图所示,质量为m、带电量为q的正粒子以初速度v0垂直于电场线射入匀强电场中,穿出电场.匀强电场的两板间距为d,电势差为U,板长为l(粒子不计重力).
1.问题讨论
(1)q的受力大小和方向怎样?
(2)垂直电场和平行电场方向的运动性质怎样? (3)与学过的哪种运动形式类似?
2.深入探究:设两极板间电荷带电荷量为q,质量为m,平行板长为l,两板间距为d,电势差为U,初速度为v0.试求:
垂直电场方向时间t= ,平行电场方向加速度a= ,偏移距离y= ,平行于电场方向的速度vy= ,偏转角tan θ= .
【尝试练习】如图所示,两个相同极板Y与Y'的长度L=6.0 cm,相距d=2.0 cm,极板间
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的电压U=200 V.一个电子沿平行于板面的方向射入电场中,射入的速度v0=3.0×10 m/s.把两板间的电场看作匀强电场,求电子射出电场时沿垂直于板面方向偏移的距离y和偏转的角
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度θ(m=0.9×10 kg,e=1.6×10 C).
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【拓展练习】质子(质量为m、电量为e)和二价氦离子(质量为4m、电量为2e)以相同的初动能垂直射入同一偏转电场中,离开电场后,它们的偏转角正切之比为 ,侧移之比为 .
【思维拓展】以相同的初速度进入同一偏转电场其结果如何? 三、示波管的原理
1.如果在电极XX'之间不加电压,但在YY'之间加不变的电压,使Y的电势比Y'高(有时说这种情况是“Y正,Y'负”),电子束运动过程中受哪个方向的力?电子将打在荧光屏的什么位置?试着在荧光屏上标出.
如果在YY'之间不加电压,而在XX'之间加不变的电压(X正,X'负),电子将打在荧光屏的什么位置?试着在荧光屏上标出.
2.如果在电极XX'之间不加电压,而在电极YY'之间所加的电压按如图所示的规律随时间变化,在荧光屏上会看到什么图形?
3.如果YY'之间的电压仍然如图所示,而在电极XX'之间加不变的电压(X正,X'负),在荧光屏上会看到什么图形?若XX'之间的电压是“X负,X'正”呢?
4.如果YY'之间的电压仍然如图甲所示,而在电极XX'之间所加的电压按图乙所示的规律变化,在荧光屏上会看到什么图形?建议按以下步骤画图.
(1)在白纸上画出荧光屏的放大图;
(2)在图上分别标出O、A、B、C、t1、D、E、F、t2几个时刻光点在荧光屏上的位置;
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(3)根据以上光点的位置,画出荧光屏上的图形.
甲 乙
课堂检测
1.下列粒子由静止经加速电压为U的电场加速后,粒子动能最大的是( ),粒子速度最大的是( )
A.质子(质量为m、电量为e) B.氦核(质量为4m、电量为2e)
2.先后让一束电子和一束氢核通过同一对平行板形成的偏转电场,进入时速度方向与板面平行.在下列两种情况下,分别求出离开时电子偏角的正切与氢核偏角的正切之比.已知氢核与电子质量之比为1836∶1.
(1)电子与氢核的初速度相同. (2)电子与氢核的初动能相同.
3.一个电荷量为-q,质量为m的带电粒子,由静止进入一个电压为U1的加速电场加速后,又垂直进入一个电压为U2的偏转电场,经偏转电场偏转后打在荧光屏上,整个装置如图所示(不计粒子的重力).求:
(1)出偏转电场时的偏移距离y; (2)出偏转电场时的偏转角θ; (3)打在荧光屏上时的偏移距离Y.
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辽宁省北票市高中物理第一章静电场1.9带电粒子在电场中的运动学案设计无答案新人教版选修3_1(新)
