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鲁科版 (2019)必修 第三册第2章 电势能与电势差第4节 带电粒子在电场中的运动教案配套课件ppt
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这是一份鲁科版 (2019)必修 第三册第2章 电势能与电势差第4节 带电粒子在电场中的运动教案配套课件ppt，共17页。
1.示波器的核心部件是示波管:由电子枪、竖直偏转板、水平偏转板和荧光屏组成,管内抽成 真空。
2.当竖直偏转板、水平偏转板都未加电压时,电子束从电子枪发出后沿直线传播,在荧光屏上 产生一个亮斑。如图所示: 3.如果竖直偏转板加电压,水平偏转板不加电压,电子束经过竖直偏转板时受到竖直方向电场 力的作用而发生偏转,致使打在荧光屏上的亮斑在竖直方向发生偏移。如图所示:
4.如果水平偏转板加电压,竖直偏转板不加电压,打在荧光屏上的亮斑在水平方向发生偏移。如图所示: 5.如果水平偏转板加电压,竖直偏转板也加电压,打在荧光屏上的亮斑在竖直方向发生偏移, 也在水平方向发生偏移。亮斑的运动就是竖直和水平两个方向运动的合运动。通常,加在竖 直偏转板上的电压是要研究的信号电压,它随时间而变化。如果信号电压是周期性的,且与 加在水平偏转板的扫描电压周期满足一定的关系,在荧光屏上就会显示出信号电压随时间有 规律变化的图像。如图所示:
1.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。( )2.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 屏的不同位置。 ( )3.带电粒子在非匀强电场中加速时,就不能应用动能定理qU= mv2。 ( )
知识辨析 判断正误，正确的画“ √” ，错误的画“ ✕” 。
✕ 由于W=qU既适用于匀强电场又适用于非匀强电场,故在非匀强电场中带电粒子的加速仍可使用qU= mv2。
情境探究 如图所示,在真空中有一对平行金属板,由于接在电池组上而带电,两板间的电势差 为U。若一个质量为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向负 极板运动,板间距为d。
问题1 带电粒子在电场中受哪些力作用?重力能否忽略不计?提示 受重力和电场力;因重力远小于电场力,故可以忽略重力。
问题2 粒子在电场中做何种运动?提示 做初速度为0、加速度a= 的匀加速直线运动。
问题3 粒子到达负极板时的速度为多大?提示 方法1 在带电粒子的运动过程中,电场力对它做的功W=qU设带电粒子到达负极板时的速率为v,其动能可以写为Ek= mv2由动能定理可知 mv2=qU可解得v= 方法2 设粒子到达负极板时所用时间为t,则d= at2,v=at,a= ,联立解得v= 。
讲解分析1.带电粒子的分类(1)基本粒子如电子、质子、α粒子、离子等,除有特别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(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,受到的电场力与运动方向在 同一直线上,做匀加(减)速直线运动。(只受电场力)(2)用功能观点分析:粒子动能的变化量等于电场力做的功(电场可以是匀强电场或非匀强电
场)。(只受电场力)若粒子的初速度为零,则: mv2=qU,得v= 。若粒子的初速度不为零,则: mv2- m =qU,得v= 。
讲解分析1.基本关系 如图所示,质量为m、电荷量为q的带电粒子以初速度v0垂直电场线进入匀强电场,加速 度a= = 。
2.运动状态分析带电粒子以速度v0垂直于电场线方向飞入匀强电场时,受到恒定的与初速度方向成90°角的 静电力作用而做匀变速曲线运动。3.对带电粒子在匀强电场中偏转问题的分析(1)带电粒子沿初速度方向做匀速直线运动,粒子在电场中的运动时间t= 。(2)带电粒子沿静电力方向做初速度为零的匀加速直线运动,由牛顿第二定律得加速度a= = 。(3)带电粒子在电场中沿静电力方向偏移的距离y= at2= · · = U。
(4)带电粒子离开电场时沿静电力方向的速度vy=at= ,设带电粒子离开电场时的速度偏转角度为θ,则tan θ= = U。
典例 如图所示,质子、氘核和α粒子【1】都沿平行板电容器两板中心线OO'方向垂直于电场线 射入板间的匀强电场【2】,射出后都打在同一个与OO'垂直的荧光屏上,使荧光屏上出现亮 点。若它们是在同一位置由同一个电场从静止加速【3】后射入此偏转电场的,则关于在荧光 屏上将出现亮点的个数【4】,下列说法中正确的是 ( )A.3个 B.1个
C.2个 D.以上三种都有可能
信息提取 【1】质子、氘核和α粒子均不需要考虑重力作用。【2】三粒子在匀强电场中做类平抛运动。【3】加速时加速电压相同,电场力做功与电荷量成正比,决定着所获得的动能。【4】分析各粒子射出偏转电场的位置及速度偏转角,从而确定亮点的个数。
思路分析 粒子的运动包括三个阶段:第一阶段:粒子在加速电场中做加速运动,根据动能定理【5】可求出粒子离开加速电场时的速 度大小。第二阶段:粒子在偏转电场中做类平抛运动,根据牛顿第二定律【6】求加速度,根据匀变速直线 运动的位移公式【7】和运动的合成与分解【8】求出粒子离开偏转电场时沿电场线方向的位移 及粒子的速度偏转角的正切值。第三阶段:离开偏转电场后,粒子做匀速直线运动,直到打在荧光屏上。
解析 设板长为L,板间距为d。根据动能定理得qU1= m (由【5】得到)粒子在偏转电场中做类平抛运动,加速度为a= (由【6】得到)运动时间为t= 偏转距离为y= at2(由【7】得到)联立以上各式可得
1.示波器的核心部件是示波管:由电子枪、竖直偏转板、水平偏转板和荧光屏组成,管内抽成 真空。
2.当竖直偏转板、水平偏转板都未加电压时,电子束从电子枪发出后沿直线传播,在荧光屏上 产生一个亮斑。如图所示: 3.如果竖直偏转板加电压,水平偏转板不加电压,电子束经过竖直偏转板时受到竖直方向电场 力的作用而发生偏转,致使打在荧光屏上的亮斑在竖直方向发生偏移。如图所示:
4.如果水平偏转板加电压,竖直偏转板不加电压,打在荧光屏上的亮斑在水平方向发生偏移。如图所示: 5.如果水平偏转板加电压,竖直偏转板也加电压,打在荧光屏上的亮斑在竖直方向发生偏移, 也在水平方向发生偏移。亮斑的运动就是竖直和水平两个方向运动的合运动。通常,加在竖 直偏转板上的电压是要研究的信号电压,它随时间而变化。如果信号电压是周期性的,且与 加在水平偏转板的扫描电压周期满足一定的关系,在荧光屏上就会显示出信号电压随时间有 规律变化的图像。如图所示:
1.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。( )2.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 屏的不同位置。 ( )3.带电粒子在非匀强电场中加速时,就不能应用动能定理qU= mv2。 ( )
知识辨析 判断正误，正确的画“ √” ，错误的画“ ✕” 。
✕ 由于W=qU既适用于匀强电场又适用于非匀强电场,故在非匀强电场中带电粒子的加速仍可使用qU= mv2。
情境探究 如图所示,在真空中有一对平行金属板,由于接在电池组上而带电,两板间的电势差 为U。若一个质量为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向负 极板运动,板间距为d。
问题1 带电粒子在电场中受哪些力作用?重力能否忽略不计?提示 受重力和电场力;因重力远小于电场力,故可以忽略重力。
问题2 粒子在电场中做何种运动?提示 做初速度为0、加速度a= 的匀加速直线运动。
问题3 粒子到达负极板时的速度为多大?提示 方法1 在带电粒子的运动过程中,电场力对它做的功W=qU设带电粒子到达负极板时的速率为v,其动能可以写为Ek= mv2由动能定理可知 mv2=qU可解得v= 方法2 设粒子到达负极板时所用时间为t,则d= at2,v=at,a= ,联立解得v= 。
讲解分析1.带电粒子的分类(1)基本粒子如电子、质子、α粒子、离子等,除有特别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(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,受到的电场力与运动方向在 同一直线上,做匀加(减)速直线运动。(只受电场力)(2)用功能观点分析:粒子动能的变化量等于电场力做的功(电场可以是匀强电场或非匀强电
场)。(只受电场力)若粒子的初速度为零,则: mv2=qU,得v= 。若粒子的初速度不为零,则: mv2- m =qU,得v= 。
讲解分析1.基本关系 如图所示,质量为m、电荷量为q的带电粒子以初速度v0垂直电场线进入匀强电场,加速 度a= = 。
2.运动状态分析带电粒子以速度v0垂直于电场线方向飞入匀强电场时,受到恒定的与初速度方向成90°角的 静电力作用而做匀变速曲线运动。3.对带电粒子在匀强电场中偏转问题的分析(1)带电粒子沿初速度方向做匀速直线运动,粒子在电场中的运动时间t= 。(2)带电粒子沿静电力方向做初速度为零的匀加速直线运动,由牛顿第二定律得加速度a= = 。(3)带电粒子在电场中沿静电力方向偏移的距离y= at2= · · = U。
(4)带电粒子离开电场时沿静电力方向的速度vy=at= ,设带电粒子离开电场时的速度偏转角度为θ,则tan θ= = U。
典例 如图所示,质子、氘核和α粒子【1】都沿平行板电容器两板中心线OO'方向垂直于电场线 射入板间的匀强电场【2】,射出后都打在同一个与OO'垂直的荧光屏上,使荧光屏上出现亮 点。若它们是在同一位置由同一个电场从静止加速【3】后射入此偏转电场的,则关于在荧光 屏上将出现亮点的个数【4】,下列说法中正确的是 ( )A.3个 B.1个
C.2个 D.以上三种都有可能
信息提取 【1】质子、氘核和α粒子均不需要考虑重力作用。【2】三粒子在匀强电场中做类平抛运动。【3】加速时加速电压相同,电场力做功与电荷量成正比,决定着所获得的动能。【4】分析各粒子射出偏转电场的位置及速度偏转角,从而确定亮点的个数。
思路分析 粒子的运动包括三个阶段:第一阶段:粒子在加速电场中做加速运动,根据动能定理【5】可求出粒子离开加速电场时的速 度大小。第二阶段:粒子在偏转电场中做类平抛运动,根据牛顿第二定律【6】求加速度,根据匀变速直线 运动的位移公式【7】和运动的合成与分解【8】求出粒子离开偏转电场时沿电场线方向的位移 及粒子的速度偏转角的正切值。第三阶段:离开偏转电场后,粒子做匀速直线运动,直到打在荧光屏上。
解析 设板长为L,板间距为d。根据动能定理得qU1= m (由【5】得到)粒子在偏转电场中做类平抛运动,加速度为a= (由【6】得到)运动时间为t= 偏转距离为y= at2(由【7】得到)联立以上各式可得
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