高中物理人教版選修3-1 第一章 第9節 帶電粒子在電場中的運動 學案

1.9帶電粒子在電場中的運動

【考綱要求】

帶電粒子在電場中的運動，n級要求。

示波管，I級要求。

【自主學習】

1：我們學過的物體在衡力作用下的運動形式有哪？

2：些帶電粒子在電場中的加速規律和常用的處理方法是什么？

3：電粒子在電場中的偏轉中，它的運動和受力有什么特點？與我們前面學

習的什么運動類似？

4：如何處理帶電粒子在電場中的偏轉？

5：示波管的工作原理是什么？

【考點突破】

典型例題1：

讓原來靜止的氫核，笊核J（的混合物經同一電場加速過程中或加速線束后,

它們具有（）

A.相同的速度B.相同的動能

C.相同的加速度D.以上都不對

解析：B一是知道三種粒子的電量和質量；二是要用動能定理來解決帶電粒

子的加速問題。

反饋訓練1：

如圖所示，水平放置的A、B兩平行金屬板相距為d,現有質量為m,電量為q

的小球，從距A板高h處自由下落，通過小孔C進入電場，但沒能到達B板，求AB

間電勢差的最小值.

h

c!―A

d

----------------1-B

典型例題2：

.如圖所示，在兩條平行的虛線內存在著寬度為L、場強為E的勻強電場，在

與右側虛線相距L處有一與電場平行的屏.現有一電荷量為+q、

質量為m的帶電粒子(重力不計)，以垂直于電場線方向的初速度

vo射入電場中，vo方向的延長線與屏的交點為0.試求：

(1)粒子從射入到打到屏上所用的時間；

(2)粒子剛射出電場時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P到0點的距離s.

解：(1)根據題意，粒子在垂直于電場線的方向上做勻速直線運動，所以粒

2L

子從射入到打到屏上所用的時間"”

(2)設粒子射出電場時沿平行電場線方向的速度為Vy根據牛頓第二定律，粒

〃=與

子在電場中的加速度為:

L_qEL

所以匕二J%一叫所以粒子剛射出電場時的速度方向與初速度方向間夾

匕.qEL

tana===--y

角的正切值為%優%~

al?qEI：

y——~~~~

(3)設粒子在電場中的偏轉距離為y,則2mv^

又/=)，+〃ana解得：A理

2叫

反饋訓練2:

豎直放置的平行金屬板A、B連接一恒定電壓，兩個電荷M和N以相同的速

率分別從極板A邊緣和兩板中間沿豎直方向進入板間電場，恰好.

從極板B邊緣射出電場，如圖所示，不考慮電荷的重力和它們之間

的相互作用，下列說法正確的是()

A.兩電荷的電荷量可能相等

B.兩電荷在電場中運動的時間相等

C.兩電荷在電場中運動的加速度相等

D.兩電荷離開電場時的動能相等

典型例題3：

一束電子流在經U=5000V的加速電壓加速后，在距|I1J

兩極板等距處垂直進入平行板間的勻強電場，如圖所示，-2\

若兩板間距d=1.0cm,板長l=5.0cm,那么，要使電子I

能從平行板間飛出，兩個極板上最多能加多大電壓？M?

解析：在加速電壓一定時，偏轉電壓u'越大，電子I-'—I

在極板間的偏距就越大.當偏轉電壓大到使電子剛好擦著極板的邊緣飛出，此

時的偏轉電壓，即為題目要求的最大電壓.

加速過程，由動能定理得：eU=gmv8①

進入偏轉電場，電子在平行于板面的方向上做勻速

在垂直于板面的方向做勻加速直線運動，加速度：

FeU'Q

a——1(3)

mdm

偏距y=；af2④

4

能匕出的條件為yW?解①?⑤式得:

,2Ud22X5000X(1.0X10-2)2

U或Y=-(5.0X10-2)2"4.0X1029V

即，要使電子能飛出，所加電壓最大為400V.

反饋訓練3：

如圖所示，從燈絲發出的電子經加速電場加速后，

進入偏轉電場，若加速電壓為Ui,偏轉電壓為U2,要使

電子在電場中的偏轉量y增大為原來的2倍，下列方

法中正確的是（）

A.使Ui減小到原來的1/2

B.使U2增大為原來的2倍

C使偏轉極板的長度增大為原來的2倍

D.使偏轉極板間的距離減小為原來的1/2

【考點鞏固】

1.一帶電粒子在電場中只受電場力作用時，它不可能出現的運動狀態是

A.勻速直線運動B.勻加速直線運動

C.勻變速曲線運動D.勻速圓周運動

2.如圖所示，M、N是真空中的兩塊平行金屬板，質量為m、電荷量為q的

帶電粒子，以初速度V。由小孔進入電場，當M、N間電壓為U時,

粒子恰好能到達N板，如果要使這個帶電粒子到達M、N板間距

的口后返回，下列措施中能滿足要求的是（不計帶電粒子的L

重

力）（）

A.使初速度減為原來的;"

B.使M、N間電壓加倍

C.使M、N間電壓提高到原來的4倍

D.使初速度和M、N間電壓都減為原來的;

3.一電子以初速度vo沿垂直場強方向射入兩平行金屬板間的勻強電場中,

現減小兩板間的電壓，則電子穿越兩平行板所需的時間（）

A.隨電壓的減小而減小

B.隨電壓的減小而增大

C.與電壓無關

D.隨兩板間距離的增大而減小

4.帶電粒子經加速電場加速后垂直進入兩平行金屬板間的偏轉電場，要使

它離開偏轉電場時偏轉角增大，可采用的方法有（）

A.增加帶電粒子的電荷量B.增加帶電粒子的質量

C.增大加速電壓D.增大偏轉電壓

5.一束帶有等量電荷量的不同離子從同一點垂直電場線進入同一勻強偏轉

電場，飛離電場后打在熒光屏上的同一點，貝M）

A.離子進入電場的初速度相同

B.離子進入電場的初動量相同

C.離子進入電場的初動能相同

D.離子在電場中的運動時間相同

6.如圖所示，氣、笊、瓶的原子核自初速為零經同一電場加速后，又經同

一勻強電場偏轉，最后打在熒光屏上，那么（）

A.經過加速電場過程，電場力對僦核做的功最多||二卜I

B.經過偏轉電場過程，電場力對三種核做的功一樣多—二音二二

C.三種原子核打在屏上時的速度一樣大幅！

D.三種原子核都打在屏上的同一位置上

7.一個電子以4.0X107m/s的初速度沿電場線方向射入電場強度為2.5X104

N/C的勻強電場中，問：這個電子在電場中能前進多遠？用的時間是多少？這段

距離上的電勢差是多少V.?（電子質量m=0.91X1O-30kg）

8.如圖所示，A為粒子源，F為熒光屏.在A和極板B間的加速電壓為Ui,

在兩水平放置的平行導體板C、D間加有偏轉電壓U2.現分別有質子和a粒子（氫

核）由靜止從A發出，經加速后以水平速度進入C、D間，最后打到F板上.不

計粒子的重力，它們能打到F的同一位置上

fc

++++++

AUz.

5D

L9帶電粒子在電場中的運動

反饋訓練1：由動能定理得一也以耳+力)一川…2°,得

呻；-2g(h+H)l

4B=-----------------------------

2q

反饋訓練2:AB

反饋訓練3答案：ABD

【考點鞏固】

1答案A

2答案BD

3答案C

1UZ

4答案D解析同一加速電場、同一偏轉電場，偏轉角為tan0=^777,U'

—UU

為偏轉電壓，D正確.

5答案C解析由題意知，不同粒子的偏轉距離相同，y=|at2=^(y)2

=黑，故選項C正確?

6答案解析同一加速電場、同一偏轉電場，三種粒子帶電荷量相同，在同

一加速電場中電場力對它們做的功都相同，在同一偏轉電場中電場力對它們做

的功也相同，A錯，B對：由于質量不同，所以打在屏上的速度不同，C錯：再

Pu'iu'

根據偏轉距離公式或偏轉角公式丫=五宿"，tan(p=3宿■知，與帶電粒子無關，D

7答案().182m9.1Xl(r9s4.55X103V

解析電子在電