高中物理 第1章 靜電場(chǎng) 第9節(jié) 帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)課件 新人教版選修3-1.ppt

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第9節(jié)帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng) 教師參考 一 教學(xué)目標(biāo)知識(shí)與技能1 知道帶電粒子在電場(chǎng)中的加速運(yùn)動(dòng) 能夠計(jì)算粒子所獲速度的大小2 掌握帶電粒子在勻強(qiáng)電場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) 類平拋運(yùn)動(dòng) 3 知道示波管的主要構(gòu)造和工作原理過程與方法綜合運(yùn)用力學(xué)和電學(xué)的知識(shí)分析解決帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)問題情感態(tài)度與價(jià)值觀培養(yǎng)學(xué)生綜合分析問題的能力 體會(huì)物理知識(shí)的實(shí)際應(yīng)用二 教學(xué)重點(diǎn)難點(diǎn)教學(xué)重點(diǎn)帶電粒子在電場(chǎng)中的加速和偏轉(zhuǎn)規(guī)律教學(xué)難點(diǎn)帶電粒子在電場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)問題及應(yīng)用 三 重難點(diǎn)突破方略帶電粒子的加速的突破方略 情境設(shè)置 在真空中有一對(duì)平行金屬板 兩板間的電勢(shì)差為U 板間距為d 如圖所示 若一個(gè)質(zhì)量為m 帶正電荷q的粒子在靜電力的作用下由靜止開始從正極板運(yùn)動(dòng)到負(fù)極板 設(shè)問1 帶電粒子在電場(chǎng)中受哪些力作用 重力能否忽略不計(jì) 答案 受重力和靜電力 因重力遠(yuǎn)小于靜電力 故可以忽略重力 設(shè)問2 粒子在電場(chǎng)中做何種運(yùn)動(dòng) 你能用幾種方法計(jì)算粒子到達(dá)負(fù)極板時(shí)的速度 設(shè)問3 在非勻強(qiáng)電場(chǎng)中 上述兩種方法哪一種可行 答案 方法一可行 教師講授 在非勻強(qiáng)電場(chǎng)中 公式W qU同樣適用 自主學(xué)習(xí) 課堂探究 達(dá)標(biāo)測(cè)評(píng) 學(xué)科素養(yǎng) 自主學(xué)習(xí)課前預(yù)習(xí) 感悟新知 教師參考 情境鏈接一粒子加速器廣泛應(yīng)用于醫(yī)療 例如 醫(yī)用加速器是生物醫(yī)學(xué)上的一種用來(lái)對(duì)腫瘤進(jìn)行放射治療的粒子加速器裝置 目前國(guó)際上 在放射治療中使用最多的是電子直線加速器 只有在怎樣的場(chǎng)所中 電子才得以加速 電子獲得的動(dòng)能是由什么能量轉(zhuǎn)化而來(lái) 信息1 要使帶電粒子獲得能量 就要有加速電場(chǎng) 2 靜電力對(duì)電子做功 電子的電勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能 情境鏈接二示波器是一種用途十分廣泛的電子測(cè)量?jī)x器 利用示波器能觀察各種不同信號(hào)幅度隨時(shí)間變化的波形曲線 還可以用它測(cè)試各種不同的電學(xué)量 如電壓 電流 頻率 相位差 調(diào)幅度等 1 如圖所示 若將一個(gè)鋸齒形電壓加到一對(duì)水平偏轉(zhuǎn)電極上 光點(diǎn)在熒光屏上形成怎樣的圖形 2 如果分別將兩個(gè)直流電壓同時(shí)加到豎直和水平兩對(duì)偏轉(zhuǎn)板上 則熒光屏上的光點(diǎn)位置如何來(lái)確定 信息1 光點(diǎn)在熒光屏上形成水平的亮線 2 熒光屏上的光點(diǎn)位置就由兩個(gè)方向的位移共同決定 教材梳理 動(dòng)能定理 想一想教材第34頁(yè) 思考與討論 中 如果兩極板是其他形狀 中間的電場(chǎng)不再均勻 上面的結(jié)果是否仍然適用 為什么 二 帶電粒子的偏轉(zhuǎn)分析教材第34頁(yè) 帶電粒子的偏轉(zhuǎn) 部分 大致了解求偏移距離y和偏轉(zhuǎn)角度 的過程 1 進(jìn)入電場(chǎng)的方式 以初速度v0垂直于電場(chǎng)線方向進(jìn)入勻強(qiáng)電場(chǎng) 2 受力特點(diǎn) 靜電力大小恒定 且方向與初速度v0的方向垂直 3 運(yùn)動(dòng)規(guī)律 如圖所示 想一想教材第34頁(yè)的 例題2 中的電子做曲線運(yùn)動(dòng) 可以認(rèn)為電子同時(shí)參與了哪兩種分運(yùn)動(dòng) 答案 電子的運(yùn)動(dòng)可分解為垂直電場(chǎng)方向的初速度為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng)與平行電場(chǎng)方向的勻速直線運(yùn)動(dòng)這兩個(gè)分運(yùn)動(dòng) 三 示波管分析教材第35頁(yè)圖1 9 4 了解示波管的結(jié)構(gòu) 大致說(shuō)出示波管的原理 1 構(gòu)造 示波管主要由 偏轉(zhuǎn)電極和組成 電子槍 熒光屏 2 原理 燈絲被電源加熱后 發(fā)射電子 發(fā)射出來(lái)的電子經(jīng)加速電場(chǎng)加速后 以很大的速度進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場(chǎng) 如在電極YY 之間加一個(gè) 在XX 偏轉(zhuǎn)電極上加一 且掃描電壓與信號(hào)電壓周期相同 在熒光屏上就會(huì)出現(xiàn)按YY 偏轉(zhuǎn)電壓規(guī)律變化的可視圖像 信號(hào)電壓 議一議教材第36頁(yè) 思考與討論 中圖1 9 6的電壓加在XX 之間 而YY 之間不加電壓 則在示波管的熒光屏上會(huì)看到什么圖形 答案 由于YY 之間不加電壓 電子不會(huì)上下偏轉(zhuǎn) 在XX 之間加上圖1 9 6的電壓 電子從左向右偏轉(zhuǎn) 在熒光屏上會(huì)看到一條水平的亮線 掃描電壓 自主檢測(cè) 答案 1 2 3 4 1 思考判斷 1 基本粒子在電場(chǎng)中加速時(shí) 不計(jì)重力就是不計(jì)質(zhì)量 2 帶電粒子在勻強(qiáng)電場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)時(shí) 其速度和加速度都不斷變化 3 示波管電子槍的作用是產(chǎn)生高速飛行的電子束 偏轉(zhuǎn)電極的作用是使電子束發(fā)生偏轉(zhuǎn) 打在熒光屏的不同位置 4 示波管的熒光屏上顯示的是電子的運(yùn)動(dòng)軌跡 C 2 如圖所示 在A板附近有一電子由靜止開始向B板運(yùn)動(dòng) 則關(guān)于電子到達(dá)B板時(shí)的速率 下列解釋正確的是 A 兩板間距越大 加速的時(shí)間就越長(zhǎng) 則獲得的速率越大B 兩板間距越小 加速的時(shí)間就越長(zhǎng) 則獲得的速率越大C 獲得的速率大小與兩板間的距離無(wú)關(guān) 僅與加速電壓U有關(guān)D 兩板間距離越小 加速的時(shí)間就越短 則獲得的速率越小 3 如圖是示波管的原理圖 它由電子槍 偏轉(zhuǎn)電極 XX 和YY 熒光屏組成 管內(nèi)抽成真空 給電子槍通電后 如果在偏轉(zhuǎn)電極XX 和YY 上都沒有加電壓 電子束將打在熒光屏的中心O點(diǎn) 答案 1 2 YX 1 帶電粒子在區(qū)域是加速的 在區(qū)域是偏轉(zhuǎn)的 2 若UYY 0 UXX 0 則粒子向板偏移 若UYY 0 UXX 0 則粒子向板偏移 4 如圖所示 帶電粒子以初速度v0沿垂直于電場(chǎng)方向進(jìn)入勻強(qiáng)電場(chǎng)中做類平拋運(yùn)動(dòng) U d L m q v0已知 請(qǐng)完成下列填空 1 穿過極板時(shí)間t 2 射出電場(chǎng)的末速度v 3 射出電場(chǎng)時(shí)偏向距y 對(duì)于不同的帶電粒子若以相同的速度射入 則y與成正比 若以相同的動(dòng)能射入 則y與成正比 課堂探究核心導(dǎo)學(xué) 要點(diǎn)探究 要點(diǎn)一 帶電粒子的加速 問題導(dǎo)引 處理帶電粒子在電場(chǎng)中加速運(yùn)動(dòng)問題主要有哪兩種基本思路 答案 1 力和運(yùn)動(dòng)的關(guān)系 牛頓第二定律及運(yùn)動(dòng)學(xué)公式 2 功和能的關(guān)系 動(dòng)能定理等 前者適用于粒子在勻強(qiáng)電場(chǎng)做勻變速直線運(yùn)動(dòng)的情況 后者既適用于勻強(qiáng)電場(chǎng) 也適用于非勻強(qiáng)電場(chǎng) 教師備用 要點(diǎn)歸納 1 運(yùn)動(dòng)狀態(tài)分析 帶電粒子沿平行電場(chǎng)線的方向進(jìn)入勻強(qiáng)電場(chǎng) 受到的電場(chǎng)力與運(yùn)動(dòng)方向在同一直線上 做勻變速直線運(yùn)動(dòng) 2 物理過程分析方法 1 根據(jù)帶電粒子受的力 包含靜電力 用牛頓定律求出加速度 結(jié)合運(yùn)動(dòng)學(xué)公式確定帶電粒子的速度 位移等 2 由動(dòng)能定理 粒子動(dòng)能的變化量等于合外力做的功 電場(chǎng)可以是勻強(qiáng)電場(chǎng)或非勻強(qiáng)電場(chǎng) 思路探究 1 電子的加速度由什么力決定 例1 一個(gè)電子 質(zhì)量為9 1 10 31kg 電荷量為1 6 10 19C 以v0 4 0 107m s的初速度沿著勻強(qiáng)電場(chǎng)的電場(chǎng)線方向飛入勻強(qiáng)電場(chǎng) 已知電場(chǎng)強(qiáng)度大小E 2 0 105N C 不計(jì)重力 求 1 電子在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的加速度大小 2 電子進(jìn)入電場(chǎng)的最大距離 3 電子進(jìn)入電場(chǎng)最大距離的一半時(shí)的動(dòng)能 2 電子運(yùn)動(dòng)到最大距離處時(shí)速度為多大 求這個(gè)最大距離的最佳運(yùn)動(dòng)學(xué)公式用哪個(gè) 答案 電子運(yùn)動(dòng)到最大距離處的速度為零 用v2 2ax可求得最大距離x 答案 1 3 5 1016m s2 2 2 28 10 2m 3 3 6 10 16J 誤區(qū)警示帶電體重力的處理方法 1 基本粒子 如電子 質(zhì)子 粒子 正負(fù)離子等 除有說(shuō)明或明確的暗示以外 在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)均不考慮重力 但并不忽略質(zhì)量 2 宏觀帶電體 如塵埃 液滴 小球等除有說(shuō)明或明確的暗示以外 一般要考慮重力 教師備用 例1 1 如圖所示 一個(gè)電子質(zhì)量為m 電荷量為e 以初速度v0沿著勻強(qiáng)電場(chǎng)的電場(chǎng)線方向飛入勻強(qiáng)電場(chǎng) 已知?jiǎng)驈?qiáng)電場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)大小為E 不計(jì)重力 求 1 電子進(jìn)入電場(chǎng)的最大距離 2 電子進(jìn)入電場(chǎng)最大距離的一半時(shí)的動(dòng)能 例1 2 如圖所示 在點(diǎn)電荷 Q激發(fā)的電場(chǎng)中有A B兩點(diǎn) 將質(zhì)子 符號(hào)H 質(zhì)量數(shù)為1 電荷數(shù)為1 和 粒子 符號(hào) 質(zhì)量數(shù)為4 電荷數(shù)為2 分別從A點(diǎn)由靜止釋放到達(dá)B點(diǎn)時(shí) 它們的速度大小之比為多少 針對(duì)訓(xùn)練1 如圖 在P板附近有一電子由靜止開始向Q板運(yùn)動(dòng) 已知兩極板間電勢(shì)差為U 板間距為d 電子質(zhì)量為m 電荷量為e 則關(guān)于電子在兩板間的運(yùn)動(dòng)情況 下列敘述正確的是 A 若將板間距d增大一倍 則電子到達(dá)Q板的速率保持不變B 若將板間距d增大一倍 則電子到達(dá)Q板的速率也增大一倍C 若將兩極板間電勢(shì)差U增大一倍 則電子到達(dá)Q板的時(shí)間保持不變D 若將兩極板間電勢(shì)差U增大一倍 則電子到達(dá)Q板的時(shí)間減為一半 A 要點(diǎn)二 帶電粒子在加速電場(chǎng) 偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)中的綜合問題 問題導(dǎo)引 不同的帶電粒子經(jīng)同一加速電場(chǎng)加速后再經(jīng)同一偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)偏轉(zhuǎn) 能否被分成不同的粒子束 2 無(wú)論粒子的m q如何 只要經(jīng)過同一電場(chǎng)加速 再垂直進(jìn)入同一偏轉(zhuǎn)電場(chǎng) 它們飛出的偏移量和偏轉(zhuǎn)角 都是相同的 所以同性粒子運(yùn)動(dòng)軌跡完全重合 例2 如圖所示為一真空示波管 電子從燈絲K出發(fā) 初速度不計(jì) 經(jīng)燈絲與A板間的加速電壓U1加速 從A板中心孔沿中心線KO射出 然后從兩塊平行金屬板M N的中間位置進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)中 偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)可視為勻強(qiáng)電場(chǎng) 電子進(jìn)入M N間電場(chǎng)時(shí)的速度與電場(chǎng)方向垂直 電子經(jīng)過電場(chǎng)后打在熒光屏上的P點(diǎn) 已知加速電壓為U1 M N兩板間的電壓為U2 兩板間的距離為d 板長(zhǎng)為L(zhǎng)1 板右端到熒光屏的距離為L(zhǎng)2 電子的質(zhì)量為m 電荷量為e 求 1 電子穿過A板時(shí)的速度大小 2 電子從偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)射出時(shí)的側(cè)移量 3 P點(diǎn)到O點(diǎn)的距離 思維導(dǎo)圖 規(guī)律方法帶電粒子在勻強(qiáng)電場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)的幾個(gè)推論 3 若以相同的初動(dòng)能Ek0進(jìn)入同一個(gè)偏轉(zhuǎn)電場(chǎng) 只要q相同 不論m是否相同 則偏轉(zhuǎn)距離y和偏轉(zhuǎn)角 相同 教師備用 變式 在例2中的示波管 由于加速電壓U1過低 電子不能飛出偏轉(zhuǎn)電場(chǎng) 導(dǎo)致熒光屏不能出現(xiàn)亮斑 求出現(xiàn)這種情況時(shí) 加速電壓U1的范圍 例2 1 2016廣州執(zhí)信 廣雅 二中 六中四校聯(lián)考 如圖所示 虛線MN左側(cè)有一場(chǎng)強(qiáng)為E1 E的勻強(qiáng)電場(chǎng) 在兩條平行的虛線MN和PQ之間存在著寬為L(zhǎng) 電場(chǎng)強(qiáng)度為E2 2E的勻強(qiáng)電場(chǎng) 在虛線PQ右側(cè)相距為L(zhǎng)處有一與電場(chǎng)E2平行的屏 現(xiàn)將一電子 電荷量為e 質(zhì)量為m 無(wú)初速度地放入電場(chǎng)E1中的A點(diǎn) A點(diǎn)離兩場(chǎng)邊界距離為L(zhǎng) 2 最后電子打在右側(cè)的屏上 AO連線與屏垂直 垂足為O 求 1 電子從釋放到剛射出電場(chǎng)E2時(shí)所用的時(shí)間 2 電子剛射出電場(chǎng)E2時(shí)的速度方向與AO連線夾角 的正切值tan 答案 2 2 3 電子打到屏上的點(diǎn)P 到點(diǎn)O的距離y 答案 3 3L 例2 2 一個(gè)初速度為零的電子通過電壓為U的電場(chǎng)加速后 從C點(diǎn)沿水平方向飛入電場(chǎng)強(qiáng)度為E的勻強(qiáng)電場(chǎng)中 到達(dá)該電場(chǎng)中另一點(diǎn)D時(shí) 電子的速度方向與電場(chǎng)強(qiáng)度方向的夾角正好是120 如圖所示 試求C D兩點(diǎn)沿電場(chǎng)強(qiáng)度方向的距離y 針對(duì)訓(xùn)練2 如圖所示 一個(gè)質(zhì)量為m 帶電荷量為q的粒子從兩平行板左側(cè)中點(diǎn)沿垂直場(chǎng)強(qiáng)方向射入 當(dāng)入射速度為v時(shí) 恰好穿過電場(chǎng)而不碰金屬板 要使粒子的入射速度變?yōu)関 2 仍能恰好穿過電場(chǎng) 則必須再使 A 粒子的電荷量變?yōu)樵瓉?lái)的1 4B 兩板間電壓減為原來(lái)的1 2C 兩板間距離增為原來(lái)的4倍D 兩板間距離減為原來(lái)的1 2 A 達(dá)標(biāo)測(cè)評(píng)隨堂演練 檢測(cè)效果 C AC 2 多選 示波管是示波器的核心部件 它由電子槍 偏轉(zhuǎn)電極和熒光屏組成 如圖所示 若在熒光屏上P點(diǎn)出現(xiàn)亮斑 那么示波管中 A 極板X應(yīng)帶正電B 極板X 應(yīng)帶正電C 極板Y應(yīng)帶正電D 極板Y 應(yīng)帶正電 解析 電子帶負(fù)電 要使電子向極板Y偏轉(zhuǎn) 極板Y應(yīng)帶正電 要使電子向極板X偏轉(zhuǎn) 極板X應(yīng)帶正電 選項(xiàng)A C正確 B D錯(cuò)誤 A C 5 2016湖北襄陽(yáng)高二期末 如圖所示 邊長(zhǎng)為L(zhǎng)的正方形區(qū)域abcd內(nèi)存在著勻強(qiáng)電場(chǎng) 電荷量為q 動(dòng)能為Ek的帶正電粒子從a點(diǎn)沿ab方向進(jìn)入電場(chǎng) 不計(jì)粒子的重力 1 若粒子從c點(diǎn)離開電場(chǎng) 求電場(chǎng)強(qiáng)度的大小和粒子離開電場(chǎng)時(shí)的動(dòng)能 2 若粒子從bc邊離開電場(chǎng)時(shí)動(dòng)能為2Ek 則電場(chǎng)強(qiáng)度為多大 學(xué)科素養(yǎng)技能點(diǎn)撥 規(guī)范解題 類平拋運(yùn)動(dòng)問題 以例試法 如圖所示 A B為兩塊足夠大的相距為d的平行金屬板 接在電壓為U的電源上 在A板的中央P點(diǎn)放置一個(gè)電子發(fā)射源 可以向各個(gè)方向釋放電子 設(shè)電子的質(zhì)量為m 電荷量為e 射出的初速度為v 求電子打在B板上的區(qū)域面積 不計(jì)電子的重力 方法點(diǎn)撥 1 平行于A板射出的電子在電場(chǎng)中做類平拋運(yùn)動(dòng) 垂直于電場(chǎng)方向的分運(yùn)動(dòng)為勻速直線運(yùn)動(dòng) 平行于電場(chǎng)方向的分運(yùn)動(dòng)為勻加速直線運(yùn)動(dòng) 2 所有電子打在B板上的區(qū)域?yàn)閳A形 從P點(diǎn)出發(fā)垂直打在B板的點(diǎn)為圓心 平行于A板射出的電子打在B板時(shí)離圓心最遠(yuǎn) 即學(xué)即用 2016會(huì)寧縣一中期中 如圖所示 在兩條平行的虛線內(nèi)存在著寬度為L(zhǎng) 場(chǎng)強(qiáng)為E的勻強(qiáng)電場(chǎng) 在與右側(cè)虛線相距L處有一與電場(chǎng)平行的屏 現(xiàn)有一電荷量為 q 質(zhì)量為m的帶電粒子 重力不計(jì) 以垂直于電場(chǎng)線方向的初速度v0射入電場(chǎng)中 v0方向的延長(zhǎng)線與屏的交點(diǎn)為O 試求 1 粒子從射入到打到屏上所用的時(shí)間 2 粒子剛射出電場(chǎng)時(shí)的速度方向與初速度方向間夾角的正切值tan 3 粒子打到屏上的點(diǎn)P到O點(diǎn)的距離s 教師參考 課堂小結(jié) 謝謝觀賞