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(guò)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(wèn)題情感態(tài)度與價(jià)值觀培養(yǎng)學(xué)生綜合分析問(wèn)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(wèn)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(kāi)始從正極板運(yùn)動(dòng)到負(fù)極板 設(shè)問(wèn)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(wèn)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(wèn)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(guò)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(kāi)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(méi)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(guò)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(wèn)題導(dǎo)引 處理帶電粒子在電場(chǎng)中加速運(yùn)動(dòng)問(wèn)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(guò)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(kāi)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(wèn)題 問(wèn)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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(qián)應(yīng)帶正電B 極板X(qián) 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(qián)偏轉(zhuǎn) 極板X(qián)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(kāi)電場(chǎng) 求電場(chǎng)強(qiáng)度的大小和粒子離開(kāi)電場(chǎng)時(shí)的動(dòng)能 2 若粒子從bc邊離開(kāi)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(wèn)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