§1.9带电粒子在电场中的运动学案.doc

§1.9 带电粒子在电场中的运动一、带电粒子的加速 [问题情境] 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．直线加速器就是在真空金属管中加上高频交变电场使带电粒子获得高能的装置(如图1所示)，它能帮助人们更深入地认识微观世界．你知道它的加速原理吗？ 图1 1．带电粒子在电场中受哪些力作用？重力可以忽略吗？ 2．带电粒子进入电场后一定沿直线加速吗？沿直线加速(或减速)需要什么条件？ 3．有哪些方法可以处理带电粒子的加速问题？ [要点提炼] 1．带电粒子：质量很小的带电体，如电子、质子、α粒子、离子等，处理问题时它们的重力通常忽略不计(因重力远小于电场力) 2．带电微粒：质量较大的带电体，如液滴、油滴、尘埃、小球等，处理问题时重力不能忽略． 3．粒子仅在静电力作用下运动，所以静电力做的功等于________，即W＝qU＝mv2得v＝__________. 二、带电粒子的偏转 [问题情境] 2．它的运动规律与什么运动相似？ 3．推导粒子离开电场时沿垂直于极板方向的偏移量和偏转的角度． 学+科+网Z+X+X+K] [要点提炼] 1．处理方法：应用运动的合成与分解知识分析处理，一般将匀变速曲线运动分解为：沿初速度方向的____________和沿电场力方向的初速度为________的匀加速直线运动． 2．基本关系： 3．导出关系：(1)粒子离开电场时的侧移位移为：y＝ (2)粒子离开电场时的偏转角tan θ＝＝ 三、示波器原理 [问题情境] 1．示波管主要由哪几部分构成？ 2．电子枪和偏转电极分别利用了本节哪一部分的知识？ 3．回答课本“思考与讨论”部分的问题．【例1　如图2所示，在点电荷＋Q激发的电场中有A、B两点，将质子和α粒子分别从A点由静止释放到达B点时，它们的速度大小之比为多少？点拨　(1)要知道质子和α粒子是怎样的粒子，qH＝e，qα＝2e，mH＝m，mα＝4m；(2)该电场为非匀强电场，带电粒子在A、B间的运动为变加速运动，不可能通过力和加速度的途径解出该题，但注意到电场力做功W＝qU这一关系对匀强电场和非匀强电场都适用，因此从能量的角度入手，由动能定理来解该题很方便． 变式训练1　如图3所示，电子由静止开始从A板向B板运动，到达B板的速度为v，保持两板间的电压不变，则(　　) 图3 A．当增大两板间的距离时，速度v增大 B．当减小两板间的距离时，速度v减小 C．当减小两板间的距离时，速度v不变 D．当减小两板间的距离时，电子在两板间运动的时间增大 例2　一束电子流在经U＝5 000 V的加速电场加速后，在距两极板等距处垂直进入平行板间的匀强电场，如图4所示．若两板间距d＝1.0 cm，板长l＝5.0 cm，那么，要使电子能从平行板间飞出，两个极板上最多能加多大电压？[来源:学科网] 图4 变式训练2　试证明：(1)粒子从偏转电场射出时，其速度v的反向延长线过水平位移的中点． 【】 1．下列粒子从静止状态经过电压为U的电场加速后，速度最大的是(　　)　　　　　　　　　　　　　　　　　A．质子(H) B．氘核(H)[来源:Zxxk.Com] C．α粒子(He) D．钠离子(Na＋) 2. 如图5所示，两平行金属板相距为d，电势差为U，一电子质量为m，电荷量为e，从O点沿垂直于极板的方向射出，最远到达A点，然后返回，如图所示，＝h，此电子具有的初动能是(　　) 图5 A. B．edUh C. D. 3．有一束正离子，以相同速率从同一位置进入带电平行板电容器的匀强电场中，所有离子的运动轨迹一样，说明所有离子(　　) A．具有相同的质量 B．具有相同的电荷量[来源:Zxxk.Com] C．具有相同的比荷 D．属于同一元素的同位素 4. 长为L的平行金属板电容器，两板间形成匀强电场，一个带电荷量为＋q，质量为m的带电粒子，以初速度v0紧贴上极板沿垂直于电场线方向射入匀强电场中，刚好从下极板边缘射出，且射出时速度方向恰好与下板成30°角，如图6所示，求匀强电场的场强大小和两极板间的距离． 图6