辽宁省大连铁路中学高中物理《1.9带电粒子在电场中的运动》学案2 新人教版选修31.doc

辽宁省大连铁路中学高二物理选修3-11.9带电粒子在电场中的运动学案2一、 预习目标1、理解带电粒子在电场中的运动规律，并能分析解决加速和偏转方向的问题2、知道示波管的构造和基本原理。二、 预习内容及学法指导1、牛顿第二定律的表达式是 2、动能定理的表达式是 3、（1）平抛运动的特点： 4、带电粒子的加速：v=.5、带电粒子的偏转y=at2=tan=1、动力学分析：带电粒子做匀变速曲线运动 (类平抛运动)2、运动的分析方法(看成类平抛运动)： 沿初速度方向做速度为v0的匀速直线运动沿电场力方向做初速度为零的匀加速直线运动6、示波管的原理认真阅读教材，观察教材插图，体会分析带电粒子在电场中运动的方法；理解示波管的工作原理。三、提出疑惑疑惑点疑惑内容【学习目标】1、理解带电粒子在电场中的运动规律，并能分析解决加速和偏转方向的问题2、知道示波管的构造和基本原理。重点：带电粒子在电场中的加速和偏转规律 难点：带电粒子在电场中的偏转问题及应用。【预习检测】1、带电粒子沿与电场线平行方向进入匀强电场，做加速直线运动，求带电粒子的速度。2、如右图所示，设电荷带电荷量为q，平行板长为l，两板间距为d，电势差为u，初速为v0试求：（1）带电粒子在电场中运动的时间. （2）粒子在射出电场时竖直方向上的偏转距离.（3）粒子在离开电场时的偏转角度.【学习过程】知识一、带电粒子的受力特点1、对于基本粒子，如电子、质子、粒子、正负离子等，除有说明或明确的暗示以外，在电场中运动时均不考虑重力。（但并不忽略质量）2、对于宏观带电体，如液滴、小球、尘埃等，除有说明或明确的暗示以外，必须考虑重力。二、带电粒子的加速 1、动力学分析：带电粒子沿与电场线平行方向进入电场，受到的电场力与运动方向在同一直线上，做加(减)速直线运动，如果是匀强电场，则做匀加(减)速运动先求出带电粒子的加速度：a = 再根据 vt2-v02 = 2ad可求得当带电粒子从静止开始被加速时获得的速度为：vt=2、功能关系分析：粒子只受电场力作用，动能变化量等于电势能的变化量此式适用于一切电场当v0=0时，带电粒子到达另一板的速度大小。由w=qu及动能定理：w=ek = mv2-0 得：qu = mv2 到达另一板时的速度为：v = .三、带电粒子的偏转1、动力学分析：带电粒子以速度v0垂直于电场线方向飞入两带电平行板产生的匀强电场中，受到恒定的与初速度方向成900角的电场力作用而做匀变速曲线运动 (类平抛运动)2、运动的分析方法(看成类平抛运动)： 沿初速度方向做速度为v0的匀速直线运动沿电场力方向做初速度为零的匀加速直线运动如右图所示，设电荷带电荷量为q，平行板长为l，两板间距为d，电势差为u，初速为v0试求：（1）带电粒子在电场中运动的时间. （2）粒子运动的加速度.（3）粒子受力情况分析.（4）粒子在射出电场时竖直方向上的偏转距离.（5）粒子在离开电场时竖直方向的分速度.（6）粒子在离开电场时的速度大小.（7）粒子在离开电场时的偏转角度.解：由于带电粒子在电场中运动受力仅有电场力（与初速度垂直且恒定），不考虑重力，故带电粒子做类平抛运动。粒子在电场中的运动时间 t= 加速度 a=qu/md竖直方向的偏转距离： y=at2=粒子离开电场时竖直方向的速度为 v1=at=速度为： v=粒子离开电场时的偏转角度为：tan=四、示波管的原理（1）示波器：用来观察电信号随时间变化的电子仪器。其核心部分是示波管（2）示波管的构造：由电子枪、偏转电极和荧光屏组成（如图）。（3）原理：利用了电子的惯性小、荧光物质的荧光特性和人的视觉暂留等，灵敏、直观地显示出电信号随间变化的图线。 例题如图，平行板间电压为u，板间距离为d，板长为l1。一带电粒子质量为m，电荷量为q，以初速度v0垂直于场强方向射入电场中，离开电场中沿直线打在光屏上。光屏到平行板近端的距离为l2。不计粒子重力。求（1）粒子在电场中运动的时间。（2）图中的偏转距离y 。（3）速度的偏转角 的正切值。（4）光屏上对应偏距y（选做）。变式：如例题图，两质子分别以速度 v 和 2v 垂直场强方向射入同一匀强电场中，则两质子 在电场中运动时间之比为_ 离开电场时沿场强方向偏移的距离之比为_合作探究：若带电粒子以初速度为v0平行进入电场中被加速，推导最终的速度表达式。设初速为v0，末速为v，则据动能定理得qu=mv2-mv02 所以 v= 拓展提升：若带电粒子的初速v0是在电场的电势差u1下加速而来的（从零开始），那么例题2中的结果又如何呢?（y，） y= =arctan 与q、m无关。【规律与方法总结】1、研究带电粒子在电场中运动的两条主要线索（1）力和运动的关系牛顿第二定律根据带电粒子受到的电场力，用牛顿第二定律找出加速度，结合运动学公式确定带电粒子的速度、位移等这条线索通常适用于恒力作用下做匀变速运动的情况（2）功和能的关系动能定理根据电场力对带电粒子所做的功，引起带电粒子的能量发生变化，利用动能定理或从全过程中能量的转化，研究带电粒子的速度变化，经历的位移等这条线索同样也适用于不均匀的电场2、研究带电粒子在电场中运动的两类重要的思维技巧（1）类比与等效电场力和重力都是恒力，在电场力作用下的运动可与重力作用下的运动类比例如，垂直射入平行板电场中的带电粒子的运动可类比于平抛，带电单摆在竖直方向匀强电场中的运动可等效于重力场强度g值的变化等（2）整体法(全过程法)电场力的功与重力的功一样，都只与始末位置有关，与路径无关它们分别引起电荷电势能的变化和重力势能的变化，从电荷运动的全过程中功能关系出发(尤其从静止出发末速度为零的问题)往往能迅速找到解题入口或简化计算【当堂检测】 1一带电粒子在电场中只受电场力作用时，它不可能出现的运动状态是()a匀速直线运动b匀加速直线运动c匀变速曲线运动 d匀速圆周运动2如图所示，质子(h)和粒子(he)，以相同的初动能垂直射入偏转电场(粒子不