高中物理选修新课标人教版选修3-1第一章1 9 带电粒子在电场中的运动 教案(二） 7页

第一章静电场1.9带电粒子在电场中的运动（二）【教学目标】1、了解带电粒子在匀强电场中的运动规律。2、掌握带电粒子在电场中运动问题的分析方法。3、了解示波管的构造和基本原理。重点：掌握带电粒子在匀强电场中的运动规律。难点：电粒子在电场中运动问题的分析方法。【自主预习】1.带电粒子的偏转（限于匀强电场）①运动状态分析：带电粒子以速度垂直于电场线方向飞入匀强电场时，由于电场力方向与粒子的初速方向　，且电场力是恒力，所以带电粒子只能做　　　　　。②粒子偏转问题的分析处理方法类似于平抛运动的分析处理，即应用运动的合成和分解的知识方法：沿初速度方向为匀速直线运动，运动时间t=.沿电场力方向为初速度为零的匀加速直线运动，加速度a=.离开电场时的偏移量离开电场时的偏转角2．图1-8-12示波管的结构如图1-8-12，示波管主要由　　　、　　　　和　　　三部分组成。管内抽成　　，电子枪通电后发射　　　，电子在　　电场作用下被加速，然后进入　　电场。偏转电极一般有相互　的两组，一组控制　　偏转，一组控制　　偏转。电子经过偏转电场后打到荧光屏上使荧光粉发光。【典型例题】【例2】炽热的金属丝可以发射电子。在金属丝和金属板之间加以电压U=2500V如图两个相同极板Y与Y’的长度L=6．0cm，相距d=2cm，极板间的电压U=200V。一个电子沿平行于板面的方向射入电场中，射入时的速度V=3。0×107m／s。把两板间的电场看做匀强电场，求电子射出电场时沿垂直于板面方向偏移的距离y和偏转的角度θ。\nU1U2图1-8-17例2　如图1-8-17所示，电子在电势差为U1的加速电场中由静止开始运动，然后射入电势差为U2的两块平行极板间的偏转匀强电场中，在满足电子能射出平行极板区的条件下，下述四种情况中，一定能使电子的偏转角θ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．AB图1-8-18例3　两平行金属板A、B水平放置，一个质量m=5×10-6kg的带电微粒以υ0=2m/s的水平初速度从两板正中央位置射入电场，如图1-8-18所示，A、B两板间的距离d=4cm，板长L=10cm。（１）当A、B间的电压UAB=1000V时，微粒恰好不偏转，沿图中直线射出电场，求该粒子的电量。（２）令B板接地，欲使该微粒射出偏转电场，求B板所加电势的范围。【课后练习】1、一电子以初速度V0沿垂直场强方向射入两平行金属板间的匀强电场中，现减小两板间的电压，则电子穿越两平行板所需的时间（）A、随电压的减小而减小B、随电压的减小而增大C、与电压减小与否无关D、随两板间距离的增大而减少2、带电粒子经加速电场加速后垂直进入两平行金属板间的偏转电场，要使它离开偏转电场时偏转角增大，可采用的方法有（）A、增加带电粒子的电荷量B、增加带电粒子的质量C、增高加速电压D、增高偏转电压3、一束带有等量电荷量的不同离子从同一点垂直电场线进入同一匀强偏转电场，飞离电场后打在荧光屏上的同一点，则（）A、离子进入电场的初速度相同B、离子进入电场的初动量相同C、离子进入电场的初动能相同D、离子在电场中的运动时间相同\n图1-8-214．如图1-8-21所示，a、b两个带正电的粒子，以相同的速度先后垂直于电场线从同一点进入平行板间的匀强电场后，a粒子打在B板的a′点，b粒子打在B板的b′点，若不计重力，则（）A．a的电量一定大于b的电量B．b的质量一定大于a的质量C．a的荷质比一定大于b的荷质比D．b的荷质比一定大于a的荷质比5.（09-10·广东湛江一中10月质检）示波管是示波器的核心部件，它由电子枪、偏转电极和荧光屏组成，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6.（09-10·福建省“四地六校”高二第一次联考）某电场的部分电场线如图所示，A、B是一带电粒子仅在电场力作用下运动轨迹(图中虚线)上的两点，下列说法中正确的是:()A．粒子一定带负电B．粒子在A点的加速度大于它在B点的加速度C．粒子不可能是从B点向A点运动D．电场中A点的电势高于B点的电势7.(09-10·江西省白鹭洲中学第一次月考)如图所示，有三个质量相等、分别带正电、负电和不带电的粒子从两水平放置的金属板左侧中央以相同的水平初速度V0先后射入电场中，最后分别打在正极板的C、B、A处，则（）A．三种粒子在电场中运动时间相同B．三种粒子在电场中的加速度为aA>aB>aCC．三种粒子到达正极板时动能EKC>EKB>EKAD．落在C处的粒子带负电，落在B处的粒子不带电，落在A处的粒子带正电8.一个质量为m、电荷量为＋q的小球以初速度v0水平抛出，在小球经过的竖直平面内，存在着若干个如图4所示的无电场区和有理想上下边界的匀强电场区，两区域相互间隔、竖直高度相等，电场区水平方向无限长，已知每一电场区的场强大小相等、方向均竖直向上，不计空气阻力，下列说法正确的是(　　)A．小球在水平方向一直做匀速直线运动B．若场强大小等于mg/q，则小球经过每一电场区的时间均相同C．若场强大小等于2mg/q，小球经过每一无电场区的时间均相同D．无论场强大小如何，小球通过所有无电场区的时间均相同\n9.如图所示，一束电子经加速电场加速后进入偏转电场，已知电子的电荷量为e，质量为m，加速电场的电压为U1，偏转电场两极板间的距离为d，极板长度为L．问：(1)电子进入偏转电场时的速度大小；(2)若要使得电子在飞出偏转电场时的侧位移恰好为d/2,则需在偏转电场两极板间加上多大电压．10．如图11所示，长L＝0.20m的丝线的一端拴一质量为m＝1.0×10－4kg、带电荷量为q＝＋1.0×10－6C的小球，另一端连在一水平轴O上，丝线拉着小球可在竖直平面内做圆周运动，整个装置处在竖直向上的匀强电场中，电场强度E＝2.0×103N/C.现将小球拉到与轴O在同一水平面的A点上，然后无初速地将小球释放，取g＝10m/s2.求：(1)小球通过最高点B时速度的大小．(2)小球通过最高点时，丝线对小球的拉力大小．\n答案：例2.解析　设电子经加速电场后获得的速度为υ０，由动能定理得qU１=mυ02/2①设偏转电场的极板长为L，则电子在偏转电场中运动时间　　　　　t=L/υ0②电子在偏转电场中受电场力作用获得加速度　　　　　a=qU2/md③电子射出偏转电场时，平行于电场线的速度　　　　　υy=at④由②③④得υy=qU1L/(mdυ0)所以，tanθ=υy/υ0=qU1L/(mdυ02)①代入上式得tanθ=U2L/(2U1d)，所以本题的选项B正确．拓展　你能凭直觉选择正确答案吗？请计算一下电子的侧移大小例3.解析　（１）当UAB=1000V时，重力跟电场力平衡，微粒沿初速方向做匀速直线运动，由qUAB/d=mg得：q=mgd/UAB＝２×１０－９C。因重力方向竖直向下，故电场力方向必须竖直向上。又场强方向竖直向下（UAB>0）,所以微粒带负电。（２）当qE>mg时，带电微粒向上偏。设微粒恰好从上板\n右边缘飞出时A板电势为φ１，因φB=0，所以UAB=φ1。此时，微粒在水平方向做匀速运动，在竖直方向作加速度a=qφ1/(md)-g的匀加速运动，由d/2=at2/2和t=L/υ0得φ１=(mυ02d2+mgdL2)/qL2=2600V。当qEmg，而qE的方向竖直向上，mg方向竖直向下，小球做圆周运动，其到达B点时向心力的方向一定指向圆心，由此可以判断出FTB的方向一定指向圆心，由牛顿第二定律有：FTB＋mg－qE＝FTB＝＋qE－mg＝3.0×10－3N