10.5带电粒子在电场中的运动 导学案-（2019）新人教版高中物理必修第三册.rar

10.5 带电粒子在电场中的运动【学习目标学习目标】1理解带电粒子在匀强电场中的运动规律，只受电场力时，带电粒子做匀变速运动 2学会从牛顿运动定律和动能定理（或能量转化）两个角度来解决问题3掌握解决带电粒子的加速和偏转两种问题的思路和方法4了解示波管的构造和工作基本原理【开启新探索开启新探索】电场有力的性质，对放入其中的电荷有力的作用；电场又有能的性质，放入其中的电荷具有电势能；人们应用电场这两种性质，改变并控制电荷的运动状态、能量，使运动的带电粒子在众多领域得以应用，如生产、生活、医疗、科研等等。那么，电场是如何改变并控制电荷的运动状态、能量呢？【质疑提升质疑提升 1】带电粒子的加速1如图所示，在真空中有一对平行金属板，两板间电势差为 U。若一个质量为 m、带正电量为 q 的粒子，在静电力的作用下由静止开始从正极板向负极板做加速运动，忽略粒子重力。（1）你有哪些方法求解粒子到达负极板时的速度？（2）如果在匀强电场中，求粒子到达另一极板所需时间，选用哪种方法？（3）如果是非平行金属板，非匀强电场，求粒子到达负极板时的速度，选用哪种方法？2阅读课本 P44，思考、说明“直线粒子加速器”的加速原理。3结合带电粒子在加速器中的运动情景，分析金属圆筒的长度和它的序号之间的定量关系，并求出第 n个金属圆筒的长度应该是多少？ 【学以致用学以致用 1】1如图所示，P 和 Q 为两平行金属板，板间电压恒为 U，在 P 板附近有一电子由静止开始向 Q 板运动。关于电子（电量为 e、质量为 m）的运动，下列说法正确的是（ ）A电子到达 Q 板时的速率，随两板间距离的增大而增大B两板间距离越小，加速度越小C两板间距离越大，运动时间越短D从 Q 板向 P 板运动，电子能到达 P 板的最小动能 eU【质疑提升质疑提升 2】2】带电粒子的偏转带电粒子的偏转1如图初速度 v0=3.0107m/s 的电子沿垂直电场线方向由 O 点射入真空中两带电平行板之间。板长为 L=6.0cm，两板间距离 d=2cm，两板间电压 U=200V，已知电子的比荷为 1.81011C/kg，电子从 A 点穿出电场.求：电子在电场中将如何运动？电子在电场中运动的加速度? 电子在电场内运动了多长时间？ 电子射出电场时相对初速度方向偏转的角度?电子射出电场时沿垂直于板面方向偏移的距离是多少？若出射速度的反向延长线与入射速度延长线交与 B 点，证明： 2LOB 类平抛 1.81015m/s2 210-9s tan=0.06 0.36cm 2. 先后让一束电子和一束氢核通过同一对平行板形成的偏转电场，进入时速度方向与电场方向垂直。在下列两种情况下，分别求出电子偏转角的正切与氢核偏转角的正切之比。 （1）电子与氢核的初速度相同。 （2）电子与氢核的初动能相同。 mH/me 1:13. 电子从静止出发被 U1=1 000 V 的电压加速,然后沿着与电场垂直的方向进入另一个电场强度为 E=5 000 N/C 的匀强偏转电场。已知偏转电极长L=6 cm，求电子离开偏转电场时的速度及其与进入偏转电场时的速度方向之间的夹角。 tan=0.15【素养提升专练素养提升专练】1. 下列带电粒子均从静止开始在电场力作用下做加速运动，经过相同的电势差 U 后，哪个粒子获得的速度最大（ ）A质子 H B氘核 H 1121C粒子 He D钠离子 Na+422一静止电子开始经电压为 U1的加速电场加速后，又垂直于电场线进入电压为 U2的两平行金属板间的偏转电场，射出偏转电场时沿电场线方向偏移量为 y，要使 y 增大，则应（ ）AU1、U2都增大 BU1、U2都减小 CU1减小、U2增大 DU1增大、U2减小3如图所示，A、B 为竖直放置的电容器两极板 M、N 上的小孔，A、B 在同一水平线上，电源电压恒为U，电子以初速度 v0 沿着 AB 连线水平射入电容器，已知电子质量为 m、电量为，求：e（1）如果电子能够从 B 孔射出，出射速度为多大？（2）如果电子恰好到达 B 孔，现保持开关闭合，M 板位置不变，将 N 板向右水平移动一小段距离，电子能否到达 B 孔？（3）如果电子恰好到达 B 孔，断开开关，M 板位置不变，将 N 板向右水平移动一小段距离，电子能否到达 B 孔？ 能 不能meUv2204如图所示，A、B 两块带异号电荷的平行金属板间形成匀强电场，一电子以 v0的速度垂直于场强方向沿中心线由 O 点射入电场，从电场右侧边缘 C 点飞出时的速度方向与 v0方向成 30的夹角。已知电子电荷 e，电子质量 m，求：（1）电子在 C 点时的动能是多少？（2）O、C 两点间的电势差大小是多少？ 2032mv2061mve5如图真空中炽热的金属丝发射的电子经过电压为 U1=1000V 加速电场后接着从 A 板的小孔处垂直电场线飞入两极板间距 d=6cm，电压 U2=300V 的竖直方向的偏转电场，设电子刚刚离开金属丝时速度为零，偏转电极长度 L=6cm。求：电子离开偏转电场时的速度与进入偏转电场时的速度方向之间的夹角？3/206. 真空中有一对相距为 d 的平行金属板，两板电势差为 U。二价的氧离子由静止开始加速，从一个极板到达另一个极板时，动能是多大？这个问题有几种解法？哪种解法比较简便（已知电子电量为 e）？meU47. 某些肿瘤可以用“质子疗法”进行治疗。在这种疗法中，质子先被加速到具有较高的能量，然后被引向轰击肿瘤，杀死其中的恶性细胞。若质子的加速长度为 L，要使质子由静止被加速到 v，加速匀强电场的电场强度应是多少(已知质子的质量为 m、电量为 e)？edmvE228. 让一价氢离子、一价氦离子和二价氦离子的混合物由静止开始经过同一加速电场加速，然后在同一偏转电场里偏转，它们是否会分离为三股粒子束？请通过计算说明。 不会9. 某种金属板 M 受到一束紫外线照射时会不停地发射电子，射出的电子具有不同的方向，速度大小也不相同。在 M 旁放置一个金属网 N。如果用导线将M、N 连起来，从 M 射出的电子落到 N 上便会沿导线返回 M，从而形成电流。现在不把 M、N 直接相连，而在 M、N 之间加电压 U，发现当 U12.5 V 时电流表中就没有电流。问：被这束紫外线照射出的电子，最大速度 vm的表达式？( 电子的比荷为 e/m) meU210.5 带电粒子在电场中的运动【学习目标学习目标】1理解带电粒子在匀强电场中的运动规律，只受电场力时，带电粒子做匀变速运动 2学会从牛顿运动定律和动能定理（或能量转化）两个角度来解决问题3掌握解决带电粒子的加速和偏转两种问题的思路和方法4了解示波管的构造和工作基本原理【开启新探索开启新探索】电场有力的性质，对放入其中的电荷有力的作用；电场又有能的性质，放入其中的电荷具有电势能；人们应用电场这两种性质，改变并控制电荷的运动状态、能量，使运动的带电粒子在众多领域得以应用，如生产、生活、医疗、科研等等。那么，电场是如何改变并控制电荷的运动状态、能量呢？【质疑提升质疑提升 1】带电粒子的加速1如图所示，在真空中有一对平行金属板，两板间电势差为 U。若一个质量为 m、带正电量为 q 的粒子，在静电力的作用下由静止开始从正极板向负极板做加速运动，忽略粒子重力。（1）你有哪些方法求解粒子到达负极板时的速度？（2）如果在匀强电场中，求粒子到达另一极板所需时间，选用哪种方法？（3）如果是非平行金属板，非匀强电场，求粒子到达负极板时的速度，选用哪种方法？2阅读课本 P44，思考、说明“直线粒子加速器”的加速原理。3结合带电粒子在加速器中的运动情景，分析金属圆筒的长度和它的序号之间的定量关系，并求出第 n个金属圆筒的长度应该是多少？ 【学以致用学以致用 1】1如图所示，P 和 Q 为两平行金属板，板间电压恒为 U，在 P 板附近有一电子由静止开始向 Q 板运动。关于电子（电量为 e、质量为 m）的运动，下列说法正确的是（ ）A电子到达 Q 板时的速率，随两板间距离的增大而增大B两板间距离越小，加速度越小C两板间距离越大，运动时间越短D从 Q 板向 P 板运动，电子能到达 P 板的最小动能 eU【质疑提升质疑提升 2】2】带电粒子的偏转带电粒子的偏转1如图初速度 v0=3.0107m/s 的电子沿垂直电场线方向由 O 点射入真空中两带电平行板之间。板长为 L=6.0cm，两板间距离 d=2cm，两板间电压 U=200V，已知电子的比荷为 1.81011C/kg，电子从 A 点穿出电场.求：电子在电场中将如何运动？电子在电场中运动的加速度? 电子在电场内运动了多长时间？ 电子射出电场时相对初速度方向偏转的角度?电子射出电场时沿垂直于板面方向偏移的距离是多少？若出射速度的反向延长线与入射速度延长线交与 B 点，证明： 2LOB 2. 先后让一束电子和一束氢核通过同一对平行板形成的偏转电场，进入时速度方向与电场方向垂直。在下列两种情况下，分别求出电子偏转角的正切与氢核偏转角的正切之比。 （1）电子与氢核的初速度相同。 （2）电子与氢核的初动能相同。 3. 电子从静止出发被 U1=1 000 V 的电压加速,然后沿着与电场垂直的方向进入另一个电场强度为 E=5 000 N/C 的匀强偏转电场。已知偏转电极长L=6 cm，求电子离开偏转电场时的速度及其与进入偏转电场时的速度方向之间的夹角。 【素养提升专练素养提升专练】1. 下列带电粒子均从静止开始在电场力作用下做加速运动，经过相同的电势差 U 后，哪个粒子获得的速度最大（ ）A质子 H B氘核 H 1121C粒子 He D钠离子 Na+422一静止电子开始经电压为 U1的加速电场加速后，又垂直于电场线进入电压为 U2的两平行金属板间的偏转电场，射出偏转电场时沿电场线方向偏移量为 y，要使 y 增大，则应（ ）AU1、U2都增大 BU1、U2都减小 CU1减小、U2增大 DU1增大、U2减小3如图所示，A、B 为竖直放置的电容器两极板 M、N 上的小孔，A、B 在同一水平线上，电源电压恒为U，电子以初速度 v0 沿着 AB 连线水平射入电容器，已知电子质量为 m、电量为，求：e（1）如果电子能够从 B 孔射出，出射速度为多大？（2）如果电子恰好到达 B 孔，现保持开关闭合，M 板位置不变，将 N 板向右水平移动一小段距离，电子能否到达 B 孔？（3）如果电子恰好到达 B 孔，断开开关，M 板位置不变，将 N 板向右水平移动一小段距离，电子能否到达 B 孔？4如图所示，A、B 两块带异号电荷的平行金属板间形成匀强电场，一电子以 v0的速度垂直于场强方向沿中心线由 O 点射入电场，从电场右侧边缘 C 点飞出时的速度方向与 v0方向成 30的夹角。已知电子电荷 e，电子质量 m，求：（1）电子在 C 点时的动能是多少？（2）O、C 两点间的电势差大小是多少？ 5如图真空中炽热的金属丝发射的电子经过电压为 U1=1000V 加速电场后接着从 A 板的小孔处垂直电场线飞入两极板间距 d=6cm，电压 U2=300V 的竖直方向的偏转电场，设电子刚刚离开金属丝时速度为零，偏转电极长度 L=6cm。求：电子离开偏转电场时的速度与进入偏转电场时的速度方向之间的夹角？6. 真空中有一对相距为 d 的平行金属板，两板电势差为 U。二价的氧离子由静止开始加速，从一个极板到达另一个极板时，动能是多大？这个问题有几种解法？哪种解法比较简便（已知电子电量为 e）？7. 某些肿瘤可以用“质子疗法”进行治疗。在这种疗法中，质子先被加速到具有较高的能量，然后被引向轰击肿瘤，杀死其中的恶性细胞。若质子的加速长度为 L，要使质子由静止被加速到 v，加速匀强电场的电场强度应是多少(已知质子的质量为 m、电量为 e)？8. 让一价氢离子、一价氦离子和二价氦离子的混合物由静止开始经过同一加速电场加速，然后在同一偏转电场里偏转，它们是否会分离为三股粒子束？请通过计算说明。 9. 某种金属板 M 受到一束紫外线照射时会不停地发射电子，射出的电子具有不同的方向，速度大小也不相同。在 M 旁放置一个金属网 N。如果用导线将M、N 连起来，从 M 射出的电子落到 N 上便会沿导线返回 M，从而形成电流。现在不把 M、N 直接相连，而在 M、N 之间加电压 U，发现当 U12.5 V 时电流表中就没有电流。问：被这束紫外线照射出的电子，最大速度 vm的表达式？( 电子的比荷为 e/m)