2017_2018学年高中物理第一章静电场9带电粒子在电场中的运动学案新人教版选修3_1

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1、9　带电粒子在电场中的运动[学习目标]　1.会从力和能量角度分析计算带电粒子在电场中的加速问题.2.能够用类平抛运动分析方法研究带电粒子在电场中的偏转问题.3.知道示波管的主要构造和工作原理.一、带电粒子的加速[导学探究]　如图1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、带正电荷为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.图1(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mα＝4×1.67×10－27kg，电量是质子的2倍).(2)α粒子的

2、加速度是多少？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(尝试用不同的方法).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＝，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.在带电粒子的运动过程中，电场力对它做的功是W＝qU设带电粒子到达负极板时的速率为v，则Ek＝mv2由动能定理可知mv2＝qUv＝.方法2　利用牛顿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＝.[知识梳理]1.带电粒子的分类及

3、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.(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.[即学即用]　判断下列说法的正误.(1)质量很小的粒子不受重力的作用.(×)(2)带电粒子在电场中只受电场力作用时，电场

4、力一定做正功.(×)(3)牛顿定律结合运动学公式能分析匀强电场中的直线运动问题，也能分析非匀强电场中的直线运动问题.(×)(4)动能定理能分析匀强电场中的直线运动问题，也能分析非匀强电场中的直线运动问题.(√)二、带电粒子的偏转[导学探究]　如图2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，板间距为d，不计粒子的重力.图2(1)粒子的加速度大小是多少？方向如何？做什么性质的运动？(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

5、直方向的速度，及合速度与初速度方向的夹角θ的正切值.(3)求粒子沿电场方向的偏移量y.答案　(1)粒子受电场力大小为F＝qE＝q，加速度为a＝＝，方向和初速度方向垂直且竖直向下.粒子在水平方向做匀速直线运动，在电场力方向做初速度为零的匀加速直线运动，其合运动类似于平抛运动.(2)如图所示t＝vx＝v0vy＝at＝tanθ＝＝(3)y＝at2＝.[知识梳理]　带电粒子在匀强电场中的偏转(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，加速度为a＝的匀加速直线运动.(2)运动规律①偏移距离：因

6、为t＝，a＝，所以偏移距离y＝at2＝.②偏转角度：因为vy＝at＝，所以tanθ＝＝.[即学即用]　判断下列说法的正误.(1)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.(√)(2)带电粒子在匀强电场中偏转时，可用平抛运动的知识分析.(√)(3)带电粒子在匀强电场中偏转时，若已知进入电场和离开电场两点间的电势差以及带电粒子的初速度，可用动能定理求解末速度大小.(√)三、示波管的原理图3[导学探究]　图3为示波管结构原理图.(1)示波管由哪几部分组成？各部分的作用是什么？(2)在电极X和X′加扫描电压

7、，目的是什么？在电极Y和Y′加信号电压，可以使电子向什么方向偏转？答案　(1)主要有电子枪、偏转电极、荧光屏三部分组成.电子枪的作用是发射电子并且加速电子，使电子获得较大的速度；偏转电极的作用是使电子发生偏转；荧光屏的作用是显示电子的偏转情况.(2)扫描电压的作用是使电子在水平方向偏转，Y方向的信号电压可以使电子向上或向下偏转.[知识梳理]　对示波管的认识(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偏转电极板和一对Y偏转电极板组成)和荧光屏组成.(2)扫描电压：XX′偏转电极接入的是由仪器自

8、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偏转极板上加一个信号电压，在X偏转极板上加一扫描电压，在荧光屏上就会出现按Y偏转电压规律变化的可视图象.[即学即用]　判断下列说法的正误.(1)示波管电子枪的作用是产