2．判一判(1)基本粒子所受重力比電場力小得多，可以忽略不計。( )(2)帶電粒子在電場中運動時，電場力對粒子一定做正功。( )(3)電場力對帶電粒子做正功時，粒子的動能一定增大。( )3．想一想如圖所示，M和N是勻強電場中的兩個等勢面，相距為d，電勢差為U，一質(zhì)量為m(不計重力)、電荷量為－q的粒子，以速度v0通過等勢面M射入兩等勢面之間，則該粒子穿過等勢面N的速度是多少？
二、帶電粒子在電場中的偏轉(zhuǎn)　示波器1．填一填(1)運動特點。①垂直電場方向：不受力，做__________運動。②沿著電場方向：受恒定的電場力，做初速度為零的____________運動。(2)運動規(guī)律。
(3)示波器。①構(gòu)造。示波管是示波器的核心部件，主要由______、_________和_______組成，如圖所示。②原理。示波器的燈絲通電后給陰極加熱，使陰極發(fā)射_____，電子經(jīng)陽極和陰極間的電場加速聚焦后形成一很細的_______，電子射出打在管底的_______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)___偏轉(zhuǎn)板與___偏轉(zhuǎn)板上的電壓大小來控制。
2．判一判(1)帶電粒子在勻強電場中一定做勻變速運動。( )(2)帶電粒子垂直進入電場后偏轉(zhuǎn)過程中的動能是不斷增加的。( )(3)帶電粒子垂直進入電場后沿初速度方向做勻速直線運動，沿電場力方向做初速度為零的勻加速直線運動。( )3．想一想如圖所示，帶電粒子(不計重力)從兩極板中間垂直電場線方向進入電場，在電場中的運動時間與什么因素有關(guān)？
探究(一)　　帶電粒子的加速[問題驅(qū)動]如圖所示，平行板電容器兩板間的距離為d＝5 cm，電勢差為U＝20 V。一質(zhì)量為m、帶電荷量為q的α粒子，在電場力的作用下由靜止開始從正極板A向負極板B運動。(1)比較α粒子所受電場力和重力的大小，說明重力能否忽略不計(α粒子質(zhì)量是質(zhì)子質(zhì)量的4倍，即m＝4×1.67×10－27 kg，電荷量是質(zhì)子的2倍)。提示：α粒子所受電場力大、重力??；因重力遠小于電場力，故可以忽略重力。
(2)α粒子的加速度是多大(結(jié)果用字母表示)？在電場中做何種運動？
(3)計算α粒子到達負極板時的速度大小。(結(jié)果用字母表示，嘗試用不同的方法求解)
如圖所示，一個質(zhì)子以初速度v0＝5×106 m/s水平射入一個由兩塊帶電的平行金屬板組成的區(qū)域。兩板距離為20 cm，金屬板之間電場是勻強電場，電場強度為3×105 N/C。質(zhì)子質(zhì)量m＝1.67×10－27 kg，電荷量q＝1.60×10－19 C。求質(zhì)子由板上小孔射出時的速度大小。
答案：6×106 m/s
[遷移·發(fā)散]上述典例中，若質(zhì)子剛好不能從右側(cè)金屬板上小孔中射出，其他條件不變，則金屬板之間的電場強度為多大？方向如何？
[素養(yǎng)訓練]1．[多選]如圖所示，電子由靜止開始從A板向B板運動，當?shù)竭_B極板時速度為v，保持兩板間電壓不變，則 (　　)A．當增大兩板間距離時，v增大B．當減小兩板間距離時，v增大C．當改變兩板間距離時，v不變D．當增大兩板間距離時，電子在兩板間運動的時間也增大
2．[多選] 如圖所示，從F處釋放一個無初速度的電子向B板方向運動，則下列對電子運動的描述中正確的是(設電源電壓為U)(　　)A．電子到達B板時的動能是eUB．電子從B板到達C板動能變化量為零C．電子到達D板時動能是3eUD．電子在A板和D板之間做往復運動解析：由eU＝EkB可知，電子到達B板時的動能為eU，A正確；因B、C兩板間電勢差為0，故電子從B板到達C板的過程中動能變化量為零，B正確；電子由C到D的過程中電場力做負功，大小為eU，故電子到達D板時速度為零，然后又返回A板，以后重復之前的運動，C錯誤，D正確。答案：ABD　
探究(二)　　帶電粒子的偏轉(zhuǎn)[問題驅(qū)動]如圖所示，質(zhì)量為m、電荷量為q的帶正電粒子以初速度v0垂直于電場方向射入兩極板間，最終粒子能夠射出兩極板間的電場，兩平行板間存在方向豎直向下的勻強電場，已知板長為l，板間電壓為U，板間距為d，不計粒子的重力。(1)粒子的加速度大小是多少？方向如何？做什么性質(zhì)的運動？
(2)求粒子通過電場的時間及粒子離開電場時水平方向和豎直方向的速度，及合速度與初速度方向的夾角θ的正切值。
(3)求粒子沿電場方向的偏移量y。
一束電子流在經(jīng)U＝5 000 V的加速電壓加速后，在距兩極板等距離處垂直進入平行板間的勻強電場，如圖所示。若兩板間距d＝1.0 cm，板長l＝5.0 cm，那么要使電子能從平行板間飛出，兩個極板上最大能加多大電壓？
[遷移·發(fā)散]上述典例中，若使電子打到下極板中間，其他條件不變，則兩個極板上需要加多大的電壓？
帶電粒子在電場中運動問題的處理方法帶電粒子在電場中運動的問題實質(zhì)上是力學問題的延續(xù)，從受力角度看，帶電粒子與一般物體相比多受到一個電場力；從處理方法上看，仍可利用力學中的規(guī)律分析，如選用平衡條件、牛頓運動定律、動能定理、功能關(guān)系、能量守恒等。
[素養(yǎng)訓練]1．(2023·廣東1月學考)[多選]圖為示波管的原理簡圖，電子經(jīng)加速電場由靜止加速，以速度v從M點垂直于偏轉(zhuǎn)電場射入，最后從N點射出，則(　　) A．加速電場電壓增大，速度v也將增大B．電子在加速電場運動的過程中，電勢能不斷增加C．在偏轉(zhuǎn)電場中，M點的電勢比N點的電勢高D．在偏轉(zhuǎn)電場中，M點的電勢比N點的電勢低
2．如圖所示，真空中水平放置兩塊間距為d的無限大平行極板，兩極板間的電場是勻強電場，一質(zhì)量為m，帶電量為＋q的小油滴，從兩極板中央以水平速度v0射入后做勻速直線運動，試求：(1)兩極板分別帶何種電荷？兩極板間的電勢差是多少？(2)若保持兩平行極板間距d不變，僅將兩極板間的電勢差增大一倍，小油滴將打到哪個極板上？其落點距入射點的水平位移是多少？
一、培養(yǎng)創(chuàng)新意識和創(chuàng)新思維1．[選自人教版新教材課后習題]某種金屬板M受到一束紫外線照射時會不停地發(fā)射電子，射出的電子具有不同的方向，速度大小也不相同。在M旁放置一個金屬網(wǎng)N。如果用導線將M、N連起來，從M射出的電子落到N上便會沿導線返回M，從而形成電流。現(xiàn)在不把M、N直接相連，而按圖中那樣在M、N之間加電壓U，發(fā)現(xiàn)當U>12.5 V時電流表中就沒有電流。問：被這束紫外線照射出的電子，最大速度是多少？
答案：2.1×106 m/s
2．[選自人教版新教材課后習題]先后讓一束電子和一束氫核通過同一對平行板形成的偏轉(zhuǎn)電場，進入時速度方向與電場方向垂直。在下列兩種情況下，分別求出電子偏轉(zhuǎn)角的正切與氫核偏轉(zhuǎn)角的正切之比。(1)電子與氫核的初速度相同。(2)電子與氫核的初動能相同。
二、注重學以致用和思維建模3．[多選]有一種電荷控制式噴墨打印機，它的打印頭的結(jié)構(gòu)簡圖如圖所示。其中墨盒可以噴出極小的墨汁微粒，此微粒經(jīng)過帶電室?guī)想姾笠砸欢ǖ某跛俣却怪鄙淙肫D(zhuǎn)電場，再經(jīng)偏轉(zhuǎn)電場后打到紙上，顯示出字符。不考慮墨汁微粒的重力，為使打在紙上的字跡縮小(偏轉(zhuǎn)距離減小)，下列措施可行的是 (　　)A．減小墨汁微粒的質(zhì)量B．增大偏轉(zhuǎn)電場兩板間的距離C．減小偏轉(zhuǎn)電場的電壓D．減小墨汁微粒的噴出速度
4．如圖所示是高壓電場干燥中藥技術(shù)基本原理圖，在一個很大的導體板MN上鋪一薄層中藥材，針狀電極O和平板電極MN接高壓直流電源，其間產(chǎn)生較強的電場。水分子是極性分子，可以看成棒狀帶電體，一端帶正電，另一端帶等量負電。水分子在電場力的作用下會加速從中藥材中分離出去，被鼓風機吹出的水平微風裹挾著飛離電場區(qū)域。圖中虛線ABCD是某一水分子從A處由靜止開始的運動軌跡。下列說法正確的是 (　　)A．水分子運動中受到的電場力越來越小B．沿著曲線ABCD方向電勢越來越低C．水分子運動中電勢能越來越小D．水分子的軌跡ABCD是一條拋物線

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第二節(jié) 帶電粒子在電場中的運動

版本： 粵教版 (2019)

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