人教版 (2019)必修 第三册5 带电粒子在电场中的运动课前预习ppt课件

这是一份人教版 (2019)必修 第三册5 带电粒子在电场中的运动课前预习ppt课件，共60页。PPT课件主要包含了必备知识·自主学习，远远小于，忽略不计，电场力，匀速直线，电子枪，荧光屏，信号电压，扫描电压，关键能力·合作学习等内容，欢迎下载使用。
一、带电粒子在电场中的加速【情境思考】(1)一个质量为m、带正电荷q的粒子(如图甲所示),在静电力的作用下由静止开始从正极板向负极板运动。试分析带电粒子在电场中的运动性质。
(2)为模拟空气净化过程,有人设计了如图乙所示的含灰尘空气的密闭玻璃圆桶,在圆桶顶面和底面间加上电压U,沿圆桶的轴线方向形成一个匀强电场,灰尘的运动方向如图所示,已知空气阻力与灰尘运动的速度大小成正比,即Ff=kv(k为一定值),试分析灰尘的运动情况和空气净化过程的原理。
提示:(1)初速度为零的匀加速直线运动。(2)灰尘可能一直在外力的作用下做加速运动,在电场的加速作用下,灰尘均沉积在玻璃圆桶上。
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,虽然它们也会受到万有引力(重力)的作用,但万有引力(重力)一般_________静电力,可以_________。2.带电粒子加速问题的处理方法:(1)利用动能定理分析:初速度为零的带电粒子,经过电势差为U的电场加速后,qU= mv2,则 。(2)在匀强电场中也可利用牛顿定律结合运动学公式分析。
二、带电粒子在电场中的偏转1.受力特点:带电粒子进入电场后,忽略重力,粒子只受_______,方向平行电场方向向下。运动情况类似于_____运动。2.运动性质:(1)沿初速度方向:速度为__的_________运动, 穿越两极板的时间t= 。(2)垂直v0的方向:初速度为___的匀加速直线运动,加速度a= 。
3.运动规律:(1)偏移距离:因为 所以偏移距离 。(2)偏转角度:因为 所以 。4.结论:由 ,可知x= 。粒子射出电场时速度方向的反向延长线过水平位移的中点,即粒子就像是从极板间 处射出的一样。
三、示波管的原理【情境思考】带电粒子在电场中受静电力作用,我们可以利用电场来控制粒子,使它加速或偏转。如图所示是示波器的核心部件——示波管。请思考:示波管中电子的运动可分为几个阶段?各阶段的运动遵循什么规律?
提示:示波管中电子的运动一般可分为三个阶段;第一阶段为加速,遵循动能定理;第二阶段为偏转,遵循类平抛运动规律;第三个阶段为从偏转电极出来后,做匀速直线运动到达屏幕。
1.构造:示波管是示波器的核心部件,外部是一个抽成真空的玻璃壳,内部主要由_______(发射电子的灯丝、加速电极组成)、偏转电极(由一对X偏转电极板和一对Y偏转电极板组成)和_______组成,如图所示。
2.原理:(1)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。(2)灯丝被电源加热后,出现热电子发射,发射出来的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偏转极板上加一_________,在X偏转极板上加一_________,在荧光屏上就会出现按Y偏转电压规律变化的可视图像。
【易错辨析】(1)质量很小的粒子不受重力的作用。( )(2)带电粒子在电场中只受静电力作用时,静电力一定做正功。( )(3)动能定理能分析匀强电场中的直线运动问题,也能分析非匀强电场中的直线运动问题。( )(4)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。( )
(5)带电粒子在匀强电场中偏转时,可用平抛运动的知识分析。( )(6)带电粒子在匀强电场中偏转时,若已知进入电场和离开电场两点间的电势差以及带电粒子的初速度,可用动能定理求解末速度大小。( )(7)如果在偏转电极YY′和XX′上不加电压,电子束不偏转,打在荧光屏中心。( )
知识点一　带电粒子在电场中的加速1.关于带电粒子在电场中的重力(1)基本粒子:如电子、质子、α粒子等,除有说明或有明确的暗示以外,此类粒子一般不考虑重力(但并不忽略质量)。(2)带电微粒:如液滴、油滴、尘埃、小球等,除有说明或有明确的暗示以外,一般都不能忽略重力。
2.带电粒子的加速:当带电粒子以很小的速度进入电场中,在静电力作用下做加速运动,示波器、电视显像管中的电子枪都是利用电场对带电粒子加速的。
3.处理方法:可以从动力学和功能关系两个角度进行分析,其比较如表所示。
【问题探究】如图所示,直线上有O、a、b、c四点,a、b间的距离与b、c间的距离相等,在O点处有固定点电荷。已知b点电势高于c点电势。若一带负电荷的粒子仅在静电力作用下先从c点运动到b点,再从b点运动到a点。试分析:(1)粒子的运动情况;
(2)从c点到b点,从b点到a点两段过程中,静电力对粒子做功的关系。提示:(1)根据点电荷电场及电势分布特点可知,b点电势高于c点电势,则O点固定的是正电荷。粒子从c点运动到b点,再从b点运动到a点,静电力对粒子一直做正功,粒子速度一直增大。(2)静电力做功W=qU,因为Ubc0)的粒子以速度v0从MN连线上的P点水平向右射入大小为E、方向竖直向下的匀强电场中。已知MN与水平方向成45°,粒子的重力可以忽略,则粒子到达MN连线上的某点时(　　)A.所用时间为 B. 速度大小为3v0C.与P点的距离为 D. 速度方向与竖直方向的夹角为30°
【解析】选C。粒子在电场中做类平抛运动,水平方向x=v0t,竖直方向y= t2,由tan45°= ,可得t= ,故A错误;由于vy= t=2v0,故粒子速度大小为v= ,故B错误;由几何关系可知,到P点的距离为L= ,故C正确;设速度方向与竖直方向的夹角为α,则有tanα= ,α不等于30°,故D错误。
4.两个平行的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.电势能逐渐减小C.动能逐渐增加D.做匀变速直线运动
【解析】选D。带电粒子在平行极板之间受到两个力的作用,一是重力mg,方向竖直向下;二是静电力F=Eq,方向垂直于极板向上。因二力均为恒力,已知带电粒子做直线运动,所以此二力的合力一定在粒子运动的直线轨迹上,根据牛顿第二定律可知,该粒子做匀减速直线运动,选项D正确,A、C错误;从粒子运动的方向和静电力的方向可判断出,静电力对粒子做负功,粒子的电势能增加,选项B错误。故选D。
5.图甲为示波管的原理图。如果在电极YY′之间所加的电压按图乙所示的规律变化,在电极XX′之间所加的电压按图丙所示的规律变化,则在荧光屏上看到的图形是(　　)
【解析】选B。由于电极XX′之间所加的是扫描电压,电极YY′之间所加的电压为信号电压,所以荧光屏上会看到B选项所示的图形。
6.如图所示,在竖直面(纸面)内有匀强电场,带电荷量为q(q>0)、质量为m的小球受水平向右、大小为 mg的恒力F,从M匀速运动到N。已知MN长为d,与力F的夹角为60°,重力加速度为g,则(　　)A.场强大小为 B.M、N间的电势差为0C.从M到N,电场力做功为- mgdD.若仅将力F方向顺时针转30°,小球将从M向N做匀变速直线运动
【解析】选B。对小球受力分析,如图所示
根据平衡知识可知qE= ,解得E= ,故A错误;设电场力方向与水平力F方向的夹角为θ,由图可知sin(180°-θ)= ,解得θ=150°,所以可得电场强度方向与MN垂直,所以M、N两点电势相等,M、N间的电势差为0,故B正确;由于M、N间的电势差为0,所以从M到N,电场力做功为零,故C错误;因电场力qE和重力mg的合力与F等大反向,则若仅将力F方向顺时针转30°,小球受的合力方向与MN的方向不共线,则小球将做匀变速曲线运动,故D错误;故选B。
【加固训练】如图所示,质量为m,电荷量为e的电子,从A点以速度v0垂直于电场方向射入一个电场强度为E的匀强电场中(电场方向没有标出),从B点射出电场时的速度方向与电场线成120°角,电子重力不计。则(　　)A.电子在电场中做变加速曲线运动B.A、B两点间的电势差UAB>0C.电子从A运动到B的时间t= D.电子在B点的速度大小v= v0
【解析】选C。电子仅受电场力,且电场力是恒力,则电子加速度一定,做匀变速曲线运动,故A错误;电子在电场中受电场力作用,根据牛顿第二定律可得:eE=ma ①将电子在B点的速度分解可知(如图)
,故D错误;②电子由A到B,由动能定理可知:-eUAB= ③由②、③式得UAB= ,所以 。答案:(1)y= 　(2)
【选择性测试】(15分钟·40分)9.(6分)(多选)(2020·宜宾高二检测)如图所示,一充电后与电源断开的平行板电容器的两极板水平放置,板长为L,板间距离为d,距板右端L处有一竖直屏M。一带电荷量为q、质量为m的质点以初速度v0沿中线射入两板间,最后垂直打在M上,已知重力加速度为g,下列结论正确的是(　　)
A.两极板间电场强度大小为 B.两极板间电压为 C.整个过程中质点的重力势能增加 D.若仅增大两极板间距,该质点仍能垂直打在M上
【解析】选B、D。据题分析可知,小球在平行金属板间轨迹应向上偏转,做类平抛运动,飞出电场后,小球的轨迹向下偏转,才能最后垂直打在M屏上,前后过程质点的运动轨迹有对称性,如图
可见两次偏转的加速度大小相等,根据牛顿第二定律得:qE-mg=mg得到:E= ,由U=Ed可知板间电压为:U= ,故A错误,B正确;小球在电场中向上偏转的距离为:y= at2而a=g,t= ,解得:y= ,故小球打在屏上的位置与P点的距离为:s=2y= ,重力势能的增加量为:Ep=mgs= ,故C错误。仅增大两板间的距离,因两板上电量不变,根据E= 而C= ,解得:E= ,可知板间场强不变,小球在电场中受力情况不变,则运动情况不变,故仍垂直打在屏上,故D正确。故选B、D。
10.(6分)(多选)喷墨打印机的简化模型如图所示,重力可忽略的墨汁微滴,经带电室带负电后,以速度v垂直匀强电场飞入极板间,最终打在纸上。则微滴在极板间电场中(　　)A.向正极板偏转　B.电势能逐渐增大C.运动轨迹是抛物线D.运动轨迹与电荷量无关
【解析】选A、C。由于微滴带负电,电场方向向下,因此微滴受到的静电力方向向上,微滴向正极板偏转,A项正确;偏转过程中静电力做正功,根据静电力做功与电势能变化的关系,电势能减小,B项错误;微滴在垂直于电场方向做匀速直线运动,位移x=vt,沿电场反方向做初速度为零的匀加速直线运动,位移y= ,此式为抛物线方程,C项正确;从式中可以看出,运动轨迹与电荷量q有关,D项错误。
11.(6分)如图所示,质量相同的两个带电粒子P、Q以相同的速度沿垂直于电场方向射入两平行极板间的匀强电场中,P从两极板正中央射入,Q从下极板边缘处射入,它们最后打在上极板的同一点(重力不计),则从开始射入到打到上极板的过程中(　　)A.它们运动的时间tQ>tPB.它们运动的加速度aQ