2019-2020学年高中物理 第一章 静电场 第9节 带电粒子在电场中的运动课件 新人教版选修3-

第9节带电粒子在电场中的运动自主学习课堂探究课堂达标自主学习学习目标1.知道利用电场可以改变或控制带电粒子的运动。2.知道带电粒子在电场中加速和偏转两种运动形式。3.知道带电粒子在匀强电场中偏转运动的特点。教材提炼一、带电粒子的加速(减速)直线运动1.沿着匀强电场电场线射入:只受静电力作用做直线运动。匀变速2.带电粒子加速问题的分析方法:利用分析。质量为m、带正电荷q的粒子,在静电力作用下由静止开始,经过电势差为U的电场加速后,有qU=,则v=2qUm。动能定理12mv2二、带电粒子的偏转1.进入电场的方式:以初速度v0垂直于电场线方向进入匀强电场。2.受力特点:静电力大小恒定,且方向与初速度v0的方向垂直。3.运动规律:匀变速曲线运动。自我反馈1.在如图所示的匀强电场中,一个点电荷从P点由静止释放后,以下说法中正确的是()A.该点电荷可能做匀变速曲线运动B.该点电荷一定向右运动C.静电力对该点电荷可能不做功D.该点电荷一定做匀加速直线运动解析:电荷受到水平方向上的静电力做匀加速直线运动,因为电荷的电性未知,无法确定向哪个方向做匀加速直线运动,故选项A,B错误,D正确。在运动过程中,静电力做正功,故选项C错误。D2.如图所示,电荷量和质量都相同的带正电粒子以不同的初速度通过A,B两板间的加速电场后飞出,不计重力的作用,则()A.它们通过加速电场所需的时间相等B.它们通过加速电场过程中动能的增量相等C.它们通过加速电场过程中速度的增量相等D.它们通过加速电场过程中电势能的增加量相等解析:由于电荷量和质量相等,因此产生的加速度相等,初速度越大的带电粒子经过电场所用时间越短,选项A错误;加速时间越短,则速度的变化量越小,选项C错误;由于静电力做功W=qU与初速度及时间无关,因此静电力对各带电粒子做功相等,则它们通过加速电场的过程中电势能的减少量相等,动能增加量也相等,选项B正确,D错误。B3.(2018·浙江“七彩阳光”联盟联考)如图是某款家用空气净化器及其原理示意图,图中充电极b,d接电源正极,集尘极a,c,e接电源负极(接地)。以下说法正确的是()A.通过过滤网后空气中的尘埃带负电B.c,d两个电极之间的电场方向竖直向下C.尘埃在被吸附到集尘极e的过程中动能减小D.尘埃被吸附到集尘极a的过程中静电力对它做正功D解析:根据题意,ab,cd之间电场方向竖直向上,bc,de之间电场方向竖直向下,所以选项B错误;尘埃进去后被吸附在带负电的a,c,e极板上,所以尘埃应该带正电,选项A错误;尘埃在静电力作用下偏转到带负电的极板上,静电力做正功,带电尘埃动能增加,所以选项C错,D对。4.(2018·浙江杭州选考模拟)如图所示为汤姆孙发现电子的气体放电管示意图,其中AB之间为加速电场,D1,D2之间可加偏转电场,某次试验中发现电子打在荧光屏的P3位置,则下列说法正确的是()A.打在P3位置,说明偏转电极D1接的是低电势B.要想让电子在荧光屏上的位置从P3靠近P1,则可以增强加速电场或增强偏转电场C.在加速电场中加速的电子电势能增加D.在偏转电场中偏转的电子电势能减小D解析:发现电子打在荧光屏的P3位置,说明电子在D1,D2板间向上偏转,说明电极D1接的是高电势,故A错误;令加速电压为U1,eU1=12m20v则加速度后电子的速度为v0=12eUm,令偏转电压为U2,板长为L,则加速度为a=2eUmd,运动时间为t,则L=v0t,偏转位移为y=12at2=2214ULUd,可知当增强加速电场或增强偏转电场,电子在荧光屏上的位置不一定从P3靠近P1,故B错误;电子在加速电场中运动,静电力做正功,电子的电势能减小,故C错误;在偏转电场中,偏转电场做正功,电子的电势能减小,故D正确。课堂探究要点突破要点一带电粒子在电场中的直线运动【例1】如图所示,两平行金属板竖直放置,板上A,B两孔正好水平相对,板间电势差为500V.一个动能为400eV的电子从A孔沿垂直板方向射入电场中,经过一段时间电子离开电场,则电子离开电场时的动能大小为()A.900eVB.500eVC.400eVD.100eVC解析:由题图知,电子从A孔沿垂直板方向射入电场后向右运动的过程中,静电力做负功,电子做匀减速直线运动,经电势差为400V位置时动能就减为零,然后反向匀加速直线运动,电子再从A点离开电场,整个过程中静电力做功为零,因此电子离开电场时的动能大小为400eV,选项C对,A,B,D错。规律方法(1)运动状态分析:带电粒子沿平行电场线的方向进入匀强电场,受到的静电力与运动方向在同一直线上,做匀变速直线运动。(2)物理过程分析方法①根据带电粒子受的力(包含静电力),用牛顿运动定律求出加速度,结合运动学公式确定带电粒子的速度、位移等。②由动能定理,粒子动能的变化量等于合外力做的功(电场可以是匀强电场或非匀强电场)。针对训练1:如图所示,电子由静止开始从A板向B板运动,到达B板的速度为v,保持两极间电压不变,则()A.当减小两板间的距离时,速度v增大B.当减小两板间的距离时,速度v减小C.当减小两板间的距离时,速度v不变D.当减小两板间的距离时,电子在两板间运动的时间变长C解析:由动能定理得eU=12mv2,当改变两极板间的距离时,U不变,v就不变,故选项A,B错误,C正确;电子在极板间做初速度为零的匀加速直线运动,v=dt,2v=dt,即t=2dv,当d减小时,v不变,电子在两极板间运动的时间变短,故选项D错误。要点二【例2】(2018·浙江余姚中学期中)如图所示电子射线管.阴极K发射电子,阳极P和阴极K间加上电压后电子被加速.A,B是偏转极板,使飞进的电子偏离.若已知P,K间所加电压为UPK,偏转极板长为l,板间距离为d,所加电压为UAB.偏转极板右端距荧光屏为R.电子质量为m,电子电荷量为e.设从阴极出来的电子速度为0.试问:带电粒子在电场中的偏转(1)电子通过阳极P板的速度v0是多少?解析:(1)根据动能定理:eUPK=12m20v,解得v0=PK2eUm。答案:(1)PK2eeUm(2)电子通过偏转极板时的偏转位移为多少?解析:(2)由匀速直线运动,可求得运动时间t=0lv由匀强电场公式,则有E=ABUd根据牛顿第二定律,则a=Fm=eEm因此偏转位移y'=12at2解得y′=2202ABeUlmdv。答案:(2)2202ABeUlmdv(3)电子通过偏转极板到达荧光屏上O'点,此点偏离入射方向的距离y是多少?解析:(3)根据动能定理eABUdy′=12m2yv,且tanθ=0yvv解得y=y'+Rtanθ=2202ABeUlmdv(1+2Rl)。答案:(3)2202ABeUlmdv(1+2Rl)规律方法(1)带电粒子在电场中只受到静电力作用发生偏转,做匀变速曲线运动。(2)静电力做功,电势能随之变化。静电力做正功,电势能减小;静电力做负功,电势能增加。针对训练2:有一种喷墨打印机的打印头的结构简图如图所示。其中墨盒可以喷出极小的墨汁微粒,此微粒经过带电室后以一定的初速度垂直射入偏转电场,再经偏转电场后打到纸上,显示出字符。已知偏移量越小打在纸上的字迹越小,现要缩小字迹,下列措施可行的是()A.增大墨汁微粒的比荷B.减小墨汁微粒进入偏转电场时的初动能C.减小偏转极板的长度D.增大偏转极板间的电压C解析:已知偏移量越小打在纸上的字迹越小,因偏移量y=12at2=2202eqlmv,E=Ud,现要缩小字迹,可行的措施可减小墨汁微粒的比荷qm,增大墨汁微粒进入偏转电场时的初动能12m20v,减小偏转极板的长度l,减小偏转极板间的电压U,故选C。课堂达标1.如图所示,平行板电容器的两个极板与水平地面成一角度,两极板与一直流电源相连.若一带电粒子恰能沿图中所示水平直线通过电容器,则在此过程中,该粒子()A.所受重力与静电力平衡B.电势能逐渐增加C.动能逐渐增加D.做匀变速曲线运动B解析:根据题意可知,粒子做直线运动,则静电力与重力的合力与速度方向反向,粒子做匀减速直线运动,因此A,D错误;静电力做负功,则电势能增加,故B正确;因静电力做负功,则电势能增加,导致动能减小,故C错误.B2.如图所示,质量相等的两个带电液滴1和2从水平方向的匀强电场中O点自由释放后,分别抵达B,C两点,若AB=BC,则它们带电荷量之比q1∶q2等于()A.1∶2B.2∶1C.1∶2D.2∶1解析:竖直方向有h=12gt2,水平方向有l=2qEmt2,联立可得q=mglEh,所以有12qq=21,选项B正确。3.如图所示,一个电子质量为m,电荷量为e,以初速度v0沿着匀强电场的电场线方向飞入匀强电场,已知匀强电场的场强大小为E,不计重力,求:(1)电子进入电场的最大距离;解析:(1)设电子进入电场的最大距离为d,根据动能定理eEd=12m20v,故d=202mveE。答案:(1)202mveE(2)电子进入电场最大距离的一半时的动能。解析:(2)设电子进入电场最大距离的一半时的动能为Ek,由动能定理得-eE2d=Ek-12m20v,所以Ek=12m20v-eE2d=14m20v。答案:(2)14m20v