現(xiàn)代文閱讀Ⅰ把握共性之“新”打通應(yīng)考之“脈”第二章靜電場的應(yīng)用第二節(jié)帶電粒子在電場中的運(yùn)動[學(xué)習(xí)目標(biāo)]

1．掌握帶電粒子在電場中的加速、偏轉(zhuǎn)規(guī)律，并會分析其加速度、速度和位移等物理量的變化規(guī)律．2．掌握帶電粒子在電場中加速、偏轉(zhuǎn)時的能量轉(zhuǎn)化規(guī)律．3．了解示波器的原理，感悟物理學(xué)在實(shí)際生活中的應(yīng)用，知道科學(xué)理論與實(shí)驗(yàn)相互促進(jìn)的意義．必備知識·自主預(yù)習(xí)儲備

2．加速器(1)原理：為了使帶電粒子獲得較高的能量，最直接的做法是讓帶電粒子在_________的作用下不斷加速．(2)方法：早期制成的加速器是利用_________的電場來加速帶電粒子的，為了進(jìn)一步提高帶電粒子的能量，科學(xué)家制成了_______________．(3)加速器的應(yīng)用：廣泛應(yīng)用于_________、______、______等各個領(lǐng)域．電場力高電壓直線加速器工農(nóng)業(yè)醫(yī)療科研提醒

對于質(zhì)量很小的基本粒子，如電子、質(zhì)子等，雖然它們也會受到萬有引力(重力)的作用，但萬有引力(重力)一般遠(yuǎn)小于電場力，可以忽略．知識點(diǎn)二帶電粒子在電場中的偏轉(zhuǎn)及示波器1．運(yùn)動特點(diǎn)：帶電粒子進(jìn)入電場后，忽略重力，粒子只受_________，方向平行電場方向．帶電粒子垂直進(jìn)入勻強(qiáng)電場的運(yùn)動情況類似于______運(yùn)動．電場力平拋2．示波器(1)構(gòu)造：示波管是示波器的核心部件，外部是一個抽成真空的玻璃殼，內(nèi)部主要由_________(發(fā)射電子的燈絲、加速電極組成)、偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)(由一對X偏轉(zhuǎn)板和一對Y偏轉(zhuǎn)板組成)和_________組成，如圖所示．電子槍熒光屏(2)原理：示波器的燈絲通電后給陰極加熱，使陰極發(fā)射電子．電子經(jīng)陽極和陰極間的電場加速聚焦后形成一很細(xì)的電子束，電子射出打在管底的熒光屏上，形成一個小亮斑．亮斑在熒光屏上的位置可以通過調(diào)節(jié)Y偏轉(zhuǎn)板與X偏轉(zhuǎn)板上的電壓大小來控制．體驗(yàn)1．思考辨析(正確的畫“√”，錯誤的畫“×”)(1)質(zhì)量很小的粒子如電子、質(zhì)子等，在電場中受到的重力可以忽略不計． (

)(2)帶電粒子在勻強(qiáng)電場中偏轉(zhuǎn)時，加速度不變，粒子的運(yùn)動是勻變速曲線運(yùn)動． (

)(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)板的作用是使電子束偏轉(zhuǎn)，打在熒光屏上的不同位置． (

)√√√

關(guān)鍵能力·情境探究達(dá)成帶電粒子在電場中受電場力作用，我們可以利用電場來控制粒子，使它加速或偏轉(zhuǎn)．如圖所示是示波器的核心部件——示波管．請思考：示波管中電子的運(yùn)動可分為幾個階段？各階段的運(yùn)動遵循什么規(guī)律？提示：示波管中電子的運(yùn)動一般可分為三個階段．第一階段為加速，遵循動能定理；第二階段為偏轉(zhuǎn)，遵循類平拋運(yùn)動規(guī)律；第三個階段為從偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)出來后，做勻速直線運(yùn)動到達(dá)屏幕．考點(diǎn)1帶電粒子的加速1．帶電粒子的分類及受力特點(diǎn)(1)電子、質(zhì)子、α粒子、離子等基本粒子，一般都不計粒子的重力．(2)質(zhì)量較大的微粒：帶電小球、帶電油滴、帶電顆粒等，除有說明或有明確的暗示外，處理問題時一般都計重力．

【典例1】如圖所示，在P板附近有一電子由靜止開始向Q板運(yùn)動．已知兩極板間電勢差為U，板間距為d，電子質(zhì)量為m、帶電荷量為e．則關(guān)于電子在兩板間的運(yùn)動情況，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．若將兩極板間電勢差U增大一倍，則電子到達(dá)Q板的時間保持不變D．若將兩極板間電勢差U增大一倍，則電子到達(dá)Q板的時間減為原來的一半√思路點(diǎn)撥：解答本題時應(yīng)把握以下兩點(diǎn)：(1)帶電粒子被加速，利用動能定理可求到達(dá)另一極板的速率．(2)帶電粒子在勻強(qiáng)電場中做勻加速直線運(yùn)動，利用運(yùn)動學(xué)公式可求運(yùn)動的時間．

√√√

1．運(yùn)動分析及規(guī)律應(yīng)用粒子在兩板間做類平拋運(yùn)動：(1)在v0方向：做勻速直線運(yùn)動．(2)在電場力方向：做初速度為零的勻加速直線運(yùn)動．考點(diǎn)2帶電粒子的偏轉(zhuǎn)如圖所示，質(zhì)量為m、電荷量為＋q的粒子以初速度v0垂直于電場方向射入兩極板間，兩平行板間存在方向豎直向下的勻強(qiáng)電場，已知板長為l，板間電壓為U，板間距離為d，不計粒子的重力．

【典例2】如圖所示為兩組平行金屬板，一組豎直放置，一組水平放置，今有一質(zhì)量為m的電子(電荷量為e)靜止在豎直放置的平行金屬板的A點(diǎn)，經(jīng)電壓U0加速后通過B點(diǎn)進(jìn)入兩間距為d、電壓為U的水平放置的平行金屬板間，若電子從兩塊水平平行板的正中間射入，且最后電子剛好能從右側(cè)的兩塊平行金屬板穿出，A、B分別為兩塊豎直板的中點(diǎn)，不計電子重力，求：(1)電子通過B點(diǎn)時的速度大?。?2)右側(cè)平行金屬板的長度；(3)電子穿出右側(cè)平行金屬板時的動能．思路點(diǎn)撥：(1)加速電場中可用動能定理求末速度．(2)偏轉(zhuǎn)電場中電子做類平拋運(yùn)動，可利用分解思想結(jié)合動力學(xué)知識和功能關(guān)系求解．

規(guī)律方法

建立帶電粒子在勻強(qiáng)電場中偏轉(zhuǎn)的類平拋運(yùn)動模型，會用運(yùn)動的合成和分解的知識分析帶電粒子的偏轉(zhuǎn)問題，提高綜合分析能力，體現(xiàn)“科學(xué)思維”的學(xué)科素養(yǎng)．

√提示：電子、質(zhì)子、α粒子等．2．寫出帶電粒子在電場中直線加速的計算式．回歸本節(jié)知識，自我完成以下問題：1．哪些帶電粒子在電場中運(yùn)動時可不計重力？

3．試寫出帶電粒子在勻強(qiáng)電場中的偏轉(zhuǎn)規(guī)律．(設(shè)初速度與電場強(qiáng)度方向垂直)

題組一帶電粒子的加速1．(多選)如圖所示，與xOy坐標(biāo)系平面平行的勻強(qiáng)電場(未畫出)中有一個電荷量為q的正粒子，從坐標(biāo)原點(diǎn)O處沿與x軸正方向成45°角的虛線勻速運(yùn)動．已知粒子在運(yùn)動過程中始終受到一個大小為F、方向沿x軸正向的恒定外力的作用，不計粒子的重力．則下列說法正確的是(

)題號135246879101112課時分層作業(yè)(七)帶電粒子在電場中的運(yùn)動13題號13524687910111213

√√2．當(dāng)今醫(yī)學(xué)上對某些腫瘤采用質(zhì)子療法進(jìn)行治療，該療法用一定能量的質(zhì)子束照射腫瘤殺死癌細(xì)胞．現(xiàn)用一直線加速器來加速質(zhì)子，使其從靜止開始被加速到1.0×107m/s．已知加速電場的場強(qiáng)為1.3×105N/C，質(zhì)子的質(zhì)量為1.67×10-27kg，電荷量為1.6×10-19C，則下列說法正確的是(

)A．加速過程中質(zhì)子電勢能增加B．質(zhì)子所受到的電場力約為2×10-15NC．質(zhì)子加速需要的時間約為8×10-6sD．加速器加速的直線長度約為4m題號135246879101112√題號135246879101112133．粒子直線加速器在科學(xué)研究中發(fā)揮著巨大的作用，簡化如圖所示：沿軸線分布O(薄金屬環(huán))及A、B、C、D、E共5個金屬圓筒(又稱漂移管)，薄金屬環(huán)和相鄰漂移管分別接在高壓電源MN的兩端，O接M端．質(zhì)子飄入(初速度為0)金屬環(huán)O軸心沿軸線進(jìn)入加速器，質(zhì)子在金屬圓筒內(nèi)做勻速運(yùn)動且時間均為T，在金屬圓筒之間的狹縫被電場加速，加速時電壓U大小相同．質(zhì)子電量為e，質(zhì)量為m，不計質(zhì)子經(jīng)過狹縫的時間，則(

)題號135246879101112題號135246879101112題號13524687910111213

√題號135246879101112題號135246879101112題號13524687910111213題號135246879101112題號135246879101112題號13524687910111213

題組二帶電粒子的偏轉(zhuǎn)4．(多選)示波管的構(gòu)造如圖所示．如果在熒光屏上P點(diǎn)出現(xiàn)亮斑，那么示波管中的(

)A．極板X應(yīng)帶正電

B．極板X′應(yīng)帶正電C．極板Y應(yīng)帶正電

D．極板Y′應(yīng)帶正電題號135246879101112√題號135246879101112題號13524687910111213√題號135246879101112題號135246879101112題號13524687910111213AC

[根據(jù)亮斑的位置，電子偏向XY區(qū)間，說明電子受到電場力作用發(fā)生了偏轉(zhuǎn)，因此極板X、極板Y均應(yīng)帶正電，故A、C正確．]5．兩個共軸的半圓柱形電極間的縫隙中，存在一沿半徑方向的電場，如圖所示．帶正電的粒子流由電場區(qū)域的一端M射入電場，沿圖中所示的半圓形軌道通過電場并從另一端N射出，由此可知(不計粒子重力)(

)A．若入射粒子的電荷量相等，則出射粒子的質(zhì)量一定相等B．若入射粒子的電荷量相等，則出射粒子的速度一定相等C．若入射粒子的電荷量與質(zhì)量之比相等，則出射粒子的速度一定相等D．若入射粒子的電荷量與質(zhì)量之比相等，則出射粒子的動能一定相等題號135246879101112√題號135246879101112題號13524687910111213題號135246879101112題號135246879101112題號13524687910111213

6．如圖所示，電子在電勢差為U1的電場中由靜止開始加速運(yùn)動后，垂直射入電勢差為U2的偏轉(zhuǎn)電場，整個裝置處于真空中，在滿足電子能射出偏轉(zhuǎn)電場的條件下，下列情形中一定能使電子偏移量變大的是(

)A．U1變大、U2變大

B．U1變小、U2變大C．U1變大、U2變小

D．U1變小、U2變小題號135246879101112√題號135246879101112題號13524687910111213題號135246879101112題號135246879101112題號13524687910111213

7．(多選)三個質(zhì)量相同、帶電荷量分別為＋q、－q和0的液滴a、b、c，從豎直放置的兩極板中間上方O點(diǎn)處由靜止釋放，最后從兩極板間穿過，軌跡如圖所示，則在穿過極板的過程中(

)A．靜電力對液滴a、b做的功相同B．三者動能的增量相同C．液滴a與液滴b電勢能的變化量相等D．重力對液滴c做的功最多題號135246879101112√題號135246879101112題號13524687910111213√題號135246879101112題號135246879101112題號13524687910111213AC

[因?yàn)橐旱蝍、b的電荷量大小相等，則兩液滴所受的靜電力大小相等，由靜止釋放，穿過兩板的時間相等，則偏轉(zhuǎn)位移大小相等，靜電力做功相等，故A正確；靜電力對a、b兩液滴做功相等，重力做功相等，則a、b動能的增量相等，對于液滴c，只有重力做功，液滴c動能的增量小于液滴a、b動能的增量，故B錯誤；對于液滴a和液滴b，靜電力均做正功，靜電力所做的功等于電勢能的變化量，故C正確；三者在穿過極板的過程中豎直方向的位移相等，三者質(zhì)量相同，所以重力做功相等，故D錯誤．]8．如圖甲為示波管的原理圖．如果在電極YY′之間所加的電壓按圖乙所示的規(guī)律變化，在電極XX′之間所加的電壓按圖丙所示的規(guī)律變化，則在熒光屏上會看到的圖形是(

)題號135246879101112題號135246879101112題號13524687910111213甲題號135246879101112題號135246879101112題號13524687910111213乙

丙A

B

C

D√題號135246879101112題號135246879101112題號13524687910111213B

[由于電極XX′之間所加的是掃描電壓，電極YY′之間所加的電壓為信號電壓，信號電壓與掃描電壓周期相同．在t＝0時刻，UY＝0，電子在YY′之間沒有偏轉(zhuǎn)，UX為負(fù)向最大電壓，電子只在XX′之間偏轉(zhuǎn)，并且向左有最大偏轉(zhuǎn)，故A、C錯誤；在0～t1之間，UY＞0，UX＜0，電子在XX′之間由左向右水平移動，同時在YY′之間由正中間先向上運(yùn)動再向下運(yùn)動，所以熒光屏上會看到B選項(xiàng)所示的圖形，故B正確．]9．長為L的平行金屬板水平放置，兩極板帶等量的異種電荷，板間形成勻強(qiáng)電場，一個帶電荷量為＋q、質(zhì)量為m的帶電粒子，以初速度v0緊貼上極板垂直于電場線方向進(jìn)入該電場，剛好從下極板邊緣射出，射出時速度恰與水平方向成30°角，如圖所示，不計粒子重力，求：(1)粒子離開電場時速度的大小；(2)勻強(qiáng)電場的場強(qiáng)大?。?3)兩板間的距離．題號135246879101112題號135246879101112題號13524687910111213題號135246879101112題號135246879101112題號13524687910111213

題號135246879101112題號135246879101112題號13524687910111213

10．(多選)如圖甲所示，A、B是一對平行的金屬板，在兩板間加上一周期為T的交變電壓U，A板的電勢φA＝0，B板的電勢φB隨時間的變化規(guī)律如圖乙所示．現(xiàn)有一電子從A板上的小孔進(jìn)入兩板間的電場區(qū)內(nèi)，設(shè)電子的初速度和重力的影響可忽略．則(

)題號135246879101112題號135246879101112題號13524687910111213甲

乙

題號135246879101112題號135246879101112題號13524687910111213√√題號135246879101112題號135246879101112題號13524687910111213AB

[根據(jù)電子進(jìn)入電場后的受力和運(yùn)動情況，作出如圖所示的圖像．題號135246879101112題號135246879101112題號13524687910111213題號135246879101112題號135246879101112題號13524687910111213

題號135246879101112題號135246879101112題號1352468791011121311．(多選)如圖所示，空間存在水平向右的勻強(qiáng)電場，長L＝0.12m的絕緣輕桿上端連接在O點(diǎn)．有一質(zhì)量m＝0.3kg、電荷量q＝＋0.5C的帶電金屬小球套在絕緣輕桿上，球與桿間的動摩擦因數(shù)μ＝0.75．當(dāng)桿豎直固定放置時，小球恰好能勻速下滑．當(dāng)輕桿與豎直方向的夾角為θ時，小球在下滑過程中與桿之間的摩擦力恰好為0．重力加速度大小g取10m/s2，sin37°＝0.6．下列說法正確的是(

)A．勻強(qiáng)電場的電場強(qiáng)度大小為8N/CB．勻強(qiáng)電場的電場強(qiáng)度大小為6N/CC．θ＝37°D．若保持θ角不變，將小球從O點(diǎn)由靜止釋放，小球離開桿時的速度大小為2m/s√√題號135246879101112題號135246879101112題號13524687910111213

題號135246879101112題號135246879101112題號1352468791011121312．熾熱的金屬絲可以發(fā)射電子，在熾熱的金屬絲和豎直金屬板間加電壓U1，從熾熱的金屬絲發(fā)射出的電子在真空中被加速后，從金屬板的小孔穿出，再從水平放置的兩平行金屬板的中間水平射入兩板間的勻強(qiáng)電場中，如圖所示，電子恰能沿一板的邊緣飛出，且飛出時速度方向與水平方向成60°角，不計電子重力，電子離開金屬絲的初速度可視為零，已知電子的質(zhì)量為m，電荷量為e．求：(1)電子穿出金屬板小孔時的速度大?。?2)加在水平兩極板間的電壓．

題號135246879101112題號1352468791011121313．如圖所示，兩平行金屬板A、B長L＝8cm，兩板間距離d＝8cm，A板比B板電勢高300V，一不計重力的