2019_2020版高中物理第一章静电场9带电粒子在电场中的运动教案新人教版

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1、9　带电粒子在电场中的运动[学科素养与目标要求]　物理观念：1.了解带电粒子在电场中只受电场力作用时的运动情况.2.知道示波管的主要构造和工作原理．科学思维：能综合运用力学和电学的知识分析、解决带电粒子在电场中的两种典型运动模型．一、带电粒子的加速1．基本粒子的受力特点：对于质量很小的基本粒子，如电子、质子等，它们受到重力的作用一般远小于静电力，故可以忽略．2．带电粒子的加速：(1)运动分析：带电粒子从静止释放，将沿电场力方向在匀强电场中做匀加速运动．(2)末速度大小：根据qU＝mv2，得v＝.二、带电粒子的偏转如图1所示，质量为m、带电荷量为q的基本粒

2、子(忽略重力)，以初速度v0平行于两极板进入匀强电场，极板长为l，极板间距离为d，极板间电压为U.图1(1)运动性质：①沿初速度方向：速度为v0的匀速直线运动．②垂直v0的方向：初速度为零的匀加速直线运动．(2)运动规律：①偏移距离：因为t＝，a＝，所以偏移距离y＝at2＝.②偏转角度：因为vy＝at＝，所以tanθ＝＝.三、示波管的原理1．示波管主要由电子枪(由发射电子的灯丝、加速电极组成)、偏转电极(由一对X偏转电极和一对Y偏转电极组成)和荧光屏组成．2．扫描电压：XX′偏转电极接入的是由仪器自身产生的锯齿形电压．3．示波管工作原理：被加热的灯丝发射

3、出热电子，电子经加速电场加速后，以很大的速度进入偏转电场，如果在Y偏转电极上加一个信号电压，在X偏转电极上加一扫描电压，在荧光屏上就会出现按Y偏转电压规律变化的可视图象．1．判断下列说法的正误．(1)质量很小的粒子如电子、质子等，在电场中受到的重力可忽略不计．(√)(2)动能定理能分析匀强电场中的直线运动问题，不能分析非匀强电场中的直线运动问题．(×)(3)带电粒子在匀强电场中偏转时，加速度不变，粒子的运动是匀变速曲线运动．(√)(4)示波管电子枪的作用是产生高速飞行的电子束，偏转电极的作用是使电子束偏转，打在荧光屏不同位置．(√)2.如图2所示，M和N

4、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的速度应是．图2答案　解析　由动能定理得：qU＝mv2－mv，解得v＝.一、带电粒子的加速如图所示，平行板电容器两板间的距离为d，电势差为U.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＝4×1.67×10－27kg，电荷量是质子的2倍)．(2)α粒子的加速度是多大(结果

5、用字母表示)？在电场中做何种运动？(3)计算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)答案　(1)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粒子的加速度为a＝.在电场中做初速度为0的匀加速直线运动．(3)方法1　利用动能定理求解．由动能定理可知qU＝mv2v＝.方法2　利用牛顿运动定律结合运动学公式求解．设粒子到达负极板时所用时间为t，则d＝at2v＝ata＝联立解得v＝.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

6、、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．(2)利用动能定理：qU＝mv2－mv.若初速度为零，则qU＝mv2，对于匀变速运动和非匀变速运动都适用．例1　(2017·盐城市第三中学期中)如图3所示，在A板附近有一电子由静止开始向B板运动，则关于电子到达B板时的时间和速率，下列说法正确的是(　　)图3A．两板间距越大，则加速的时间越长，获得的速率越小B．两板间距越小，则加速的时间越短，获得的速率越小C．两

7、板间距越小，则加速的时间越短，获得的速率不变D．两板间距越小，则加速的时间不变，获得的速率不变答案　C解析　由于两极板之间的电压不变，所以极板之间的场强为E＝，电子的加速度为a＝＝，由此可见，两板间距离越小，加速度越大，电子在电场中一直做匀加速直线运动，由d＝at2＝，所以电子加速的时间为t＝d，由此可见，两板间距离越小，加速时间越短，对于全过程，由动能定理可知，qU＝mv2，所以电子到达B板时的速率与两板间距离无关，仅与加速电压U有关，故C正确，A、B、D错误．二、带电粒子的偏转如图4所示，质量为m、电荷量为＋q的粒子以初速度v0垂直于电场方向射入两极

8、板间，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，板间距离