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高中物理人教版 (2019)必修 第三册第十章 静电场中的能量5 带电粒子在电场中的运动说课ppt课件
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这是一份高中物理人教版 (2019)必修 第三册第十章 静电场中的能量5 带电粒子在电场中的运动说课ppt课件，共40页。PPT课件主要包含了电场强度，牛顿第二定律，匀强电场，抛物线，静电力等内容，欢迎下载使用。
1．填一填(1)运动状态利用电场使带电粒子加速时，带电粒子的速度方向与 的方向相同或相反。(2)两种分析思路①利用 结合匀变速直线运动公式分析，适用于解决的问题属于 ，且涉及运动时间等描述运动过程的物理量。②利用静电力做功结合 定理来分析，适用于问题只涉及位移、速率等动能定理公式中的物理量或非匀强电场的情景。
2．判断(1)基本粒子所受重力比电场力小得多，可以忽略不计。 ( )(2)带电粒子在电场中运动时，电场力对粒子一定做正功。 ( )(3)电场力对带电粒子做正功时，粒子的动能一定增大。 ( )
3．想一想如图10.5-1所示，M和N是匀强电场中的两个等势面，相距为d，电势差为U，一质量为m(不计重力)、电荷量为－q的粒子，以速度v0通过等势面M射入两等势面之间，则该粒子穿过等势面N的速度是多少？
1．填一填(1) 偏转条件：带电粒子受到的静电力方向跟速度方向 同一直线。(2)运动轨迹：在匀强电场中，带电粒子的初速度方向跟电场方向垂直时，运动轨迹是一条 ，类似 运动的轨迹。分析思路：跟分析平抛运动是一样的，不同的仅仅是平抛运动物体所受的是 ，带电粒子所受的是 。
2．判断(1)带电粒子在匀强电场中一定做匀变速运动。 ( )(2)带电粒子垂直进入电场后偏转过程中的动能是不断增加的。 ( )(3)带电粒子垂直进入电场后沿初速度方向做匀速直线运动，沿静电力方向做初速度为零的匀加速直线运动。 ( )
3．想一想如图10.5-2所示，带电粒子(不计重力)从两极板中间垂直电场线方向进入电场，在电场中的运动时间与什么因素有关？图10.5-2
[问题驱动]如图10.5-3所示，平行板电容器两板间的距离为d＝5 cm，电势差为U＝20 V。一质量为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A向负极板B运动。
(1)比较α粒子所受电场力和重力的大小，说明重力能否忽略不计(α粒子质量是质子质量的4倍，即m＝4×1.67×10－27 kg，电荷量是质子的2倍)。提示：α粒子所受电场力大、重力小；因重力远小于电场力，故可以忽略重力。(2)α粒子的加速度是多大(结果用字母表示)？在电场中做何种运动？
(3)计算α粒子到达负极板时的速度大小。(结果用字母表示，尝试用不同的方法求解)
【重难释解】1．带电粒子的分类及受力特点(1)电子、质子、α粒子、离子等基本粒子，一般都不考虑重力。(2)质量较大的微粒：带电小球、带电油滴、带电颗粒等，除有说明或有明确的暗示外，处理问题时一般都不能忽略重力。2．分析带电粒子在电场力作用下加速运动的两种方法(1)利用牛顿第二定律F＝ma和运动学公式，只能用来分析带电粒子的匀变速运动。
[迁移·发散]上述典例中，若质子刚好不能从右侧金属板上小孔中射出，其他条件不变，则金属板之间的电场强度为多大？方向如何？
【素养训练】1.(多选)如图10.5-5所示，电子由静止开始从A板向B板运动，当到达B极板时速度为v，保持两板间电压不变，则 ( )A．当增大两板间距离时，v增大 B．当减小两板间距离时，v增大C．当改变两板间距离时，v不变D．当增大两板间距离时，电子在两板间运动的时间也增大
2．(多选) 如图10.5-6所示，从F处释放一个无初速度的电子向B板方向运动，则下列对电子运动的描述中正确的是(设电源电压为U) ( )A．电子到达B板时的动能是eUB．电子从B板到达C板动能变化量为零C．电子到达D板时动能是3eU D．电子在A板和D板之间做往复运动
解析：由eU＝EkB可知，电子到达B板时的动能为eU，A正确；因B、C两板间电势差为0，故电子从B板到达C板的过程中动能变化量为零，B正确；电子由C到D的过程中电场力做负功，大小为eU，故电子到达D板时速度为零，然后又返回A板，以后重复之前的运动，C错误，D正确。答案：ABD
[问题驱动]如图10.5-7所示，质量为m、电荷量为q的带正电粒子以初速度v0垂直于电场方向射入两极板间，最终粒子能够射出两极板间的电场，两平行板间存在方向竖直向下的匀强电场，已知板长为l，板间电压为U，板间距为d，不计粒子的重力。图10.5-7
(2)求粒子通过电场的时间及粒子离开电场时水平方向和竖直方向的速度，及合速度与初速度方向的夹角θ的正切值。
[迁移·发散]上述典例中，若使电子打到下极板中间，其他条件不变，则两个极板上需要加多大的电压？
带电粒子在电场中运动问题的处理方法带电粒子在电场中运动的问题实质上是力学问题的延续，从受力角度看，带电粒子与一般物体相比多受到一个电场力；从处理方法上看，仍可利用力学中的规律分析，如选用平衡条件、牛顿运动定律、动能定理、功能关系、能量守恒等。
【素养训练】3．如图10.5-10所示，从炽热的金属丝逸出的电子(速度可视为零)，经加速电场加速后从两极板中间垂直射入偏转电场。电子的重力不计。在满足电子能射出偏转电场的条件下，下述四种情况中，一定能使电子的偏转角变大的是 ( )图10.5-10
A．仅将偏转电场极性对调B．仅增大偏转电极间的距离C．仅增大偏转电极间的电压D．仅减小偏转电极间的电压
4．(2020·浙江7月选考)如图10.5-11所示，一质量为m、电荷量为q(q>0)的粒子以速度v0从MN连线上的P点水平向右射入大小为E、方向竖直向下的匀强电场中。已知MN与水平方向成45°角，粒子的重力可以忽略，则粒子到达MN连线上的某点时 ( ) 图10.5-11
一、培养创新意识和创新思维1．1897年汤姆孙发现电子后，许多科学家为测量电子的电荷量做了大量的探索。1907～1913密立根用带电油滴进行实验，发现油滴所带的电荷量是某一数值e的整数倍，于是称该数值为基本电荷。如图10.5-12所示，两块完全相同的金属极板水平放置，板间的距离为d，当质量为m的微小带电油滴在两板间运动时，它所受空气阻力的大小与速度大小成正比。两板间不加电压时，观察到油滴竖直向下做匀速运动，通过某一段距离所用时间为t1；当两板间加电压U(上极板的电势高)时，可以观察到同一油滴竖直向上做匀速运动，且在时间t2内运动的距离与在时间t1内运动的距离相等。忽略空气浮力，重力加速度为g。下列说法正确的是 ( )
二、注重学以致用和思维建模2．(多选)有一种电荷控制式喷墨打印机，它的打印头的结构简图如图10.5-13所示。其中墨盒可以喷出极小的墨汁微粒，此微粒经过带电室带上电后以一定的初速度垂直射入偏转电场，再经偏转电场后打到纸上，显示出字符。不考虑墨汁微粒的重力，为使打在纸上的字迹缩小(偏转距离减小)，下列措施可行的是 ( )图10.5-13
A．减小墨汁微粒的质量B．增大偏转电场两板间的距离C．减小偏转电场的电压D．减小墨汁微粒的喷出速度
3．(2021·洛阳调研)如图10.5-14所示是高压电场干燥中药技术基本原理图，在一个很大的导体板MN上铺一薄层中药材，针状电极O和平板电极MN接高压直流电源，其间产生较强的电场。水分子是极性分子，可以看成棒状带电体，一端带正电，另一端带等量负电。水分子在电场力的作用下会加速从中药材中分离出去，被鼓风机吹出的水平微风裹挟着飞离电场区域。图中虚线ABCD是某一水分子从A处由静止开始的运动轨迹。下列说法正确的是 ( )图10.5-14
A．水分子运动中受到的电场力越来越小B．沿着曲线ABCD方向电势越来越低C．水分子运动中电势能越来越小D．水分子的轨迹ABCD是一条抛物线解析：根据电场线疏密可以判断电场强弱，所以D点电场线最密，电场强度最强，所以D点受电场力最大，电场力越来越大，A错误；沿电场线方向电势越来越低，所以A点电势最低，沿着曲线ABCD方向电势越来越高，B错误；水分子从静止开始运动，电场力做正功，电势能减小，C正确；因为电场线不是匀强电场，所以水分子受力方向一直在变，所以不是类平抛运动，轨迹不是抛物线，D错误。答案：C
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1．填一填(1)运动状态利用电场使带电粒子加速时，带电粒子的速度方向与 的方向相同或相反。(2)两种分析思路①利用 结合匀变速直线运动公式分析，适用于解决的问题属于 ，且涉及运动时间等描述运动过程的物理量。②利用静电力做功结合 定理来分析，适用于问题只涉及位移、速率等动能定理公式中的物理量或非匀强电场的情景。
2．判断(1)基本粒子所受重力比电场力小得多，可以忽略不计。 ( )(2)带电粒子在电场中运动时，电场力对粒子一定做正功。 ( )(3)电场力对带电粒子做正功时，粒子的动能一定增大。 ( )
3．想一想如图10.5-1所示，M和N是匀强电场中的两个等势面，相距为d，电势差为U，一质量为m(不计重力)、电荷量为－q的粒子，以速度v0通过等势面M射入两等势面之间，则该粒子穿过等势面N的速度是多少？
1．填一填(1) 偏转条件：带电粒子受到的静电力方向跟速度方向 同一直线。(2)运动轨迹：在匀强电场中，带电粒子的初速度方向跟电场方向垂直时，运动轨迹是一条 ，类似 运动的轨迹。分析思路：跟分析平抛运动是一样的，不同的仅仅是平抛运动物体所受的是 ，带电粒子所受的是 。
2．判断(1)带电粒子在匀强电场中一定做匀变速运动。 ( )(2)带电粒子垂直进入电场后偏转过程中的动能是不断增加的。 ( )(3)带电粒子垂直进入电场后沿初速度方向做匀速直线运动，沿静电力方向做初速度为零的匀加速直线运动。 ( )
3．想一想如图10.5-2所示，带电粒子(不计重力)从两极板中间垂直电场线方向进入电场，在电场中的运动时间与什么因素有关？图10.5-2
[问题驱动]如图10.5-3所示，平行板电容器两板间的距离为d＝5 cm，电势差为U＝20 V。一质量为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A向负极板B运动。
(1)比较α粒子所受电场力和重力的大小，说明重力能否忽略不计(α粒子质量是质子质量的4倍，即m＝4×1.67×10－27 kg，电荷量是质子的2倍)。提示：α粒子所受电场力大、重力小；因重力远小于电场力，故可以忽略重力。(2)α粒子的加速度是多大(结果用字母表示)？在电场中做何种运动？
(3)计算α粒子到达负极板时的速度大小。(结果用字母表示，尝试用不同的方法求解)
【重难释解】1．带电粒子的分类及受力特点(1)电子、质子、α粒子、离子等基本粒子，一般都不考虑重力。(2)质量较大的微粒：带电小球、带电油滴、带电颗粒等，除有说明或有明确的暗示外，处理问题时一般都不能忽略重力。2．分析带电粒子在电场力作用下加速运动的两种方法(1)利用牛顿第二定律F＝ma和运动学公式，只能用来分析带电粒子的匀变速运动。
[迁移·发散]上述典例中，若质子刚好不能从右侧金属板上小孔中射出，其他条件不变，则金属板之间的电场强度为多大？方向如何？
【素养训练】1.(多选)如图10.5-5所示，电子由静止开始从A板向B板运动，当到达B极板时速度为v，保持两板间电压不变，则 ( )A．当增大两板间距离时，v增大 B．当减小两板间距离时，v增大C．当改变两板间距离时，v不变D．当增大两板间距离时，电子在两板间运动的时间也增大
2．(多选) 如图10.5-6所示，从F处释放一个无初速度的电子向B板方向运动，则下列对电子运动的描述中正确的是(设电源电压为U) ( )A．电子到达B板时的动能是eUB．电子从B板到达C板动能变化量为零C．电子到达D板时动能是3eU D．电子在A板和D板之间做往复运动
解析：由eU＝EkB可知，电子到达B板时的动能为eU，A正确；因B、C两板间电势差为0，故电子从B板到达C板的过程中动能变化量为零，B正确；电子由C到D的过程中电场力做负功，大小为eU，故电子到达D板时速度为零，然后又返回A板，以后重复之前的运动，C错误，D正确。答案：ABD
[问题驱动]如图10.5-7所示，质量为m、电荷量为q的带正电粒子以初速度v0垂直于电场方向射入两极板间，最终粒子能够射出两极板间的电场，两平行板间存在方向竖直向下的匀强电场，已知板长为l，板间电压为U，板间距为d，不计粒子的重力。图10.5-7
(2)求粒子通过电场的时间及粒子离开电场时水平方向和竖直方向的速度，及合速度与初速度方向的夹角θ的正切值。
[迁移·发散]上述典例中，若使电子打到下极板中间，其他条件不变，则两个极板上需要加多大的电压？
带电粒子在电场中运动问题的处理方法带电粒子在电场中运动的问题实质上是力学问题的延续，从受力角度看，带电粒子与一般物体相比多受到一个电场力；从处理方法上看，仍可利用力学中的规律分析，如选用平衡条件、牛顿运动定律、动能定理、功能关系、能量守恒等。
【素养训练】3．如图10.5-10所示，从炽热的金属丝逸出的电子(速度可视为零)，经加速电场加速后从两极板中间垂直射入偏转电场。电子的重力不计。在满足电子能射出偏转电场的条件下，下述四种情况中，一定能使电子的偏转角变大的是 ( )图10.5-10
A．仅将偏转电场极性对调B．仅增大偏转电极间的距离C．仅增大偏转电极间的电压D．仅减小偏转电极间的电压
4．(2020·浙江7月选考)如图10.5-11所示，一质量为m、电荷量为q(q>0)的粒子以速度v0从MN连线上的P点水平向右射入大小为E、方向竖直向下的匀强电场中。已知MN与水平方向成45°角，粒子的重力可以忽略，则粒子到达MN连线上的某点时 ( ) 图10.5-11
一、培养创新意识和创新思维1．1897年汤姆孙发现电子后，许多科学家为测量电子的电荷量做了大量的探索。1907～1913密立根用带电油滴进行实验，发现油滴所带的电荷量是某一数值e的整数倍，于是称该数值为基本电荷。如图10.5-12所示，两块完全相同的金属极板水平放置，板间的距离为d，当质量为m的微小带电油滴在两板间运动时，它所受空气阻力的大小与速度大小成正比。两板间不加电压时，观察到油滴竖直向下做匀速运动，通过某一段距离所用时间为t1；当两板间加电压U(上极板的电势高)时，可以观察到同一油滴竖直向上做匀速运动，且在时间t2内运动的距离与在时间t1内运动的距离相等。忽略空气浮力，重力加速度为g。下列说法正确的是 ( )
二、注重学以致用和思维建模2．(多选)有一种电荷控制式喷墨打印机，它的打印头的结构简图如图10.5-13所示。其中墨盒可以喷出极小的墨汁微粒，此微粒经过带电室带上电后以一定的初速度垂直射入偏转电场，再经偏转电场后打到纸上，显示出字符。不考虑墨汁微粒的重力，为使打在纸上的字迹缩小(偏转距离减小)，下列措施可行的是 ( )图10.5-13
A．减小墨汁微粒的质量B．增大偏转电场两板间的距离C．减小偏转电场的电压D．减小墨汁微粒的喷出速度
3．(2021·洛阳调研)如图10.5-14所示是高压电场干燥中药技术基本原理图，在一个很大的导体板MN上铺一薄层中药材，针状电极O和平板电极MN接高压直流电源，其间产生较强的电场。水分子是极性分子，可以看成棒状带电体，一端带正电，另一端带等量负电。水分子在电场力的作用下会加速从中药材中分离出去，被鼓风机吹出的水平微风裹挟着飞离电场区域。图中虚线ABCD是某一水分子从A处由静止开始的运动轨迹。下列说法正确的是 ( )图10.5-14
A．水分子运动中受到的电场力越来越小B．沿着曲线ABCD方向电势越来越低C．水分子运动中电势能越来越小D．水分子的轨迹ABCD是一条抛物线解析：根据电场线疏密可以判断电场强弱，所以D点电场线最密，电场强度最强，所以D点受电场力最大，电场力越来越大，A错误；沿电场线方向电势越来越低，所以A点电势最低，沿着曲线ABCD方向电势越来越高，B错误；水分子从静止开始运动，电场力做正功，电势能减小，C正确；因为电场线不是匀强电场，所以水分子受力方向一直在变，所以不是类平抛运动，轨迹不是抛物线，D错误。答案：C
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