2019_2020学年高考物理主题1静电场9带电粒子在电场中的运动课件必修3
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图1
(2)运动规律：
三、示波管的原理
1.示波管主要由 电子枪 (由发射电子的灯丝、加速电极组成)、偏转电极(由一对 X偏转电极和一对Y偏转电极组成)和 荧光屏 组成. 2.扫描电压：XX′偏转电极接入的是由仪器自身产生的锯齿形 电压. 3.示波管工作原理：被加热的灯丝发射出热电子，电子经加速电场加速后，以 很大的速度进入偏转电场，如果在Y偏转电极上加一个信号 电压，在X偏转电极 上加一 扫描 电压，在荧光屏上就会出现按Y偏转电压 规律变化的可视图象.
D.两板间距越小，则加速的时间不变，获得的速率不变
图3
解析 由于两极板之间的电压不变， 由此可见，两板间距离越小，加速度越大，电子在电场中一直做匀加速直线运动， 由此可见，两板间距离越小，加速时间越短，
所以电子到达B板时的速率与两板间距离无关，仅与加速电压U有关，故C正确， A、B、D错误.
二、带电粒子的偏转
知识深化 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，一般都不考虑重力. (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，处理问题时一般都不能忽略重力. 2.分析带电粒子在电场力作用下加速运动的两种方法 (1)利用牛顿第二定律F＝ma和运动学公式，只能用来分析带电粒子的匀变 速运动.
例2 一束电子流经U1＝5 000 V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6所示，两极板间电压U2＝400 V，两极板间距d＝ 2.0 cm，板长L1＝5.0 cm.
图6 (1)求电子在两极板间穿过时的偏移量y； 答案 0.25 cm
进入偏转电场，电子在平行于极板的方向上做匀速运动，
(2)α粒子的加速度是多大(结果用字母表示)？在电场中做何种运动？ 答案 α粒子的加速度为a＝ .在电场中做初速度为0的匀加速直线运动.
(3)计算粒子到达负极板时的速度大小.(结果用字母表示，尝试用不同的方 法求解)
答案 方法1 利用动能定理求解.
方法2 利用牛顿运动定律结合运动学公式求解. v＝at
预习新知 夯实基础 启迪思维 探究重点 检测评价 达标过关 注重双基 强化落实
自主预习
一、带电粒子的加速
1.基本粒子的受力特点：对于质量很小的基本粒子，如电子、质子等，它们受 到重力的作用一般 远小于 静电力，故可以 忽略 . 在匀强电场中做匀加速 运动.
2.如图2所示，M和N是匀强电场中的两个等势面，相距为d，电势差为U，一质 量为m(不计重力)、电荷量为－q的粒子，以速度v0通过等势面M射入两等势面
之间，则该粒子穿过等势面N的速度应是
.
图2
重点探究
一、带电粒子的加速
导学探究
如图所示，平行板电容器两板间的距离为d，电势差为U.一质量为m、带电 荷量为q的α粒子，在电场力的作用下由静止开始从正极板A向负极板B运动. (1)比较α粒子所受电场力和重力的大小，说明重力能否忽略 不计(α粒子质量是质子质量的4倍，即m＝4×1.67×10－27 kg， 电荷量是质子的2倍). 答案 α粒子所受电场力大、重力小；因重力远小于电场力， 故可以忽略重力.
变速运动和非匀变速运动都适用.
例1 (2017·盐城市第三中学期中)如图3所示，在A板附近有一电子由静止开始向B
板运动，则关于电子到达B板时的时间和速率，下列说法正确的是
A.两板间距越大，则加速的时间越长，获得的速率越小
B.两板间距越小，则加速的时间越短，获得的速率越小
√C.两板间距越小，则加速的时间越短，获得的速率不变
2.过程分析 如图5所示，设粒子不与平行板相撞
图5
3.两个重要推论 (1)粒子从偏转电场中射出时，其速度方向的反向延长线与初速度方向的延 长线交于一点，此点为粒子沿初速度方向位移的中点. (2)位移方向与初速度方向间夹角α的正切值为速度偏转角θ正切值的 ，即 tan α＝ tan θ. 4.分析粒子的偏转问题也可以利用动能定理，即qEy＝ΔEk，其中y为粒子在 偏转电场中沿电场力方向的偏移量.
如图4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.
图4
1.运动分析及规律应用 粒子在板间做类平抛运动，应用运动分解的知识进行分析处理. (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.
即学即用
1.判断下列说法的正误. (1)质量很小的粒子如电子、质子等，在电场中受到的重力可忽略不计.( √) (2)动能定理能分析匀强电场中的直线运动问题，不能分析非匀强电场中的 直线运动问题.( × ) (3)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.( √ ) (4)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.( √ )
(2)末速度大小：根据qU＝
，得v＝
.
二、带电粒子的偏转
如图1所示，质量为m、带电荷量为q的基本粒子(忽略重力)，以初速度v0平行于 两极板进入匀强电场，极板长为l，极板间距离为d，极板间电压为U. (1)运动性质： ①沿初速度方向：速度为 v0 的 匀速直线 运动. ②垂直v0的方向：初速度为 零 的匀加速直线运动.
L1＝v0t
②
代入数据得：y＝0.25 cm
(2)若平行板的右边缘与屏的距离L2＝5 cm，求电子打在屏上的位置与中心O的距 离Y(O点位于平行板水平中线的延长线上)；
答案 0.75 cm 解析 如图，由几何关系知：
主题1 静电场
9 带电粒子在电场中的运动
学科素养与目标要求
物理观念：
1.了解带电粒子在电场中只受电场力作用时的运动情况. 2.知道示波管的主要构造和工作原理.
科学思维：
能综合运用力学和电学的知识分析、解决带电粒子在电场中的两种典型运动模型.
内容索引
NEIRONGSUOYIN
自主预习 重点探究 达标检测 课时对点练
(2)运动规律：
三、示波管的原理
1.示波管主要由 电子枪 (由发射电子的灯丝、加速电极组成)、偏转电极(由一对 X偏转电极和一对Y偏转电极组成)和 荧光屏 组成. 2.扫描电压：XX′偏转电极接入的是由仪器自身产生的锯齿形 电压. 3.示波管工作原理：被加热的灯丝发射出热电子，电子经加速电场加速后，以 很大的速度进入偏转电场，如果在Y偏转电极上加一个信号 电压，在X偏转电极 上加一 扫描 电压，在荧光屏上就会出现按Y偏转电压 规律变化的可视图象.
D.两板间距越小，则加速的时间不变，获得的速率不变
图3
解析 由于两极板之间的电压不变， 由此可见，两板间距离越小，加速度越大，电子在电场中一直做匀加速直线运动， 由此可见，两板间距离越小，加速时间越短，
所以电子到达B板时的速率与两板间距离无关，仅与加速电压U有关，故C正确， A、B、D错误.
二、带电粒子的偏转
知识深化 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，一般都不考虑重力. (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，处理问题时一般都不能忽略重力. 2.分析带电粒子在电场力作用下加速运动的两种方法 (1)利用牛顿第二定律F＝ma和运动学公式，只能用来分析带电粒子的匀变 速运动.
例2 一束电子流经U1＝5 000 V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6所示，两极板间电压U2＝400 V，两极板间距d＝ 2.0 cm，板长L1＝5.0 cm.
图6 (1)求电子在两极板间穿过时的偏移量y； 答案 0.25 cm
进入偏转电场，电子在平行于极板的方向上做匀速运动，
(2)α粒子的加速度是多大(结果用字母表示)？在电场中做何种运动？ 答案 α粒子的加速度为a＝ .在电场中做初速度为0的匀加速直线运动.
(3)计算粒子到达负极板时的速度大小.(结果用字母表示，尝试用不同的方 法求解)
答案 方法1 利用动能定理求解.
方法2 利用牛顿运动定律结合运动学公式求解. v＝at
预习新知 夯实基础 启迪思维 探究重点 检测评价 达标过关 注重双基 强化落实
自主预习
一、带电粒子的加速
1.基本粒子的受力特点：对于质量很小的基本粒子，如电子、质子等，它们受 到重力的作用一般 远小于 静电力，故可以 忽略 . 在匀强电场中做匀加速 运动.
2.如图2所示，M和N是匀强电场中的两个等势面，相距为d，电势差为U，一质 量为m(不计重力)、电荷量为－q的粒子，以速度v0通过等势面M射入两等势面
之间，则该粒子穿过等势面N的速度应是
.
图2
重点探究
一、带电粒子的加速
导学探究
如图所示，平行板电容器两板间的距离为d，电势差为U.一质量为m、带电 荷量为q的α粒子，在电场力的作用下由静止开始从正极板A向负极板B运动. (1)比较α粒子所受电场力和重力的大小，说明重力能否忽略 不计(α粒子质量是质子质量的4倍，即m＝4×1.67×10－27 kg， 电荷量是质子的2倍). 答案 α粒子所受电场力大、重力小；因重力远小于电场力， 故可以忽略重力.
变速运动和非匀变速运动都适用.
例1 (2017·盐城市第三中学期中)如图3所示，在A板附近有一电子由静止开始向B
板运动，则关于电子到达B板时的时间和速率，下列说法正确的是
A.两板间距越大，则加速的时间越长，获得的速率越小
B.两板间距越小，则加速的时间越短，获得的速率越小
√C.两板间距越小，则加速的时间越短，获得的速率不变
2.过程分析 如图5所示，设粒子不与平行板相撞
图5
3.两个重要推论 (1)粒子从偏转电场中射出时，其速度方向的反向延长线与初速度方向的延 长线交于一点，此点为粒子沿初速度方向位移的中点. (2)位移方向与初速度方向间夹角α的正切值为速度偏转角θ正切值的 ，即 tan α＝ tan θ. 4.分析粒子的偏转问题也可以利用动能定理，即qEy＝ΔEk，其中y为粒子在 偏转电场中沿电场力方向的偏移量.
如图4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.
图4
1.运动分析及规律应用 粒子在板间做类平抛运动，应用运动分解的知识进行分析处理. (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.
即学即用
1.判断下列说法的正误. (1)质量很小的粒子如电子、质子等，在电场中受到的重力可忽略不计.( √) (2)动能定理能分析匀强电场中的直线运动问题，不能分析非匀强电场中的 直线运动问题.( × ) (3)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.( √ ) (4)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.( √ )
(2)末速度大小：根据qU＝
，得v＝
.
二、带电粒子的偏转
如图1所示，质量为m、带电荷量为q的基本粒子(忽略重力)，以初速度v0平行于 两极板进入匀强电场，极板长为l，极板间距离为d，极板间电压为U. (1)运动性质： ①沿初速度方向：速度为 v0 的 匀速直线 运动. ②垂直v0的方向：初速度为 零 的匀加速直线运动.
L1＝v0t
②
代入数据得：y＝0.25 cm
(2)若平行板的右边缘与屏的距离L2＝5 cm，求电子打在屏上的位置与中心O的距 离Y(O点位于平行板水平中线的延长线上)；
答案 0.75 cm 解析 如图，由几何关系知：
主题1 静电场
9 带电粒子在电场中的运动
学科素养与目标要求
物理观念：
1.了解带电粒子在电场中只受电场力作用时的运动情况. 2.知道示波管的主要构造和工作原理.
科学思维：
能综合运用力学和电学的知识分析、解决带电粒子在电场中的两种典型运动模型.
内容索引
NEIRONGSUOYIN
自主预习 重点探究 达标检测 课时对点练