2012高中物理 1.9带电粒子在电场中的运动3学案 新人教版选修3-1

用心 爱心 专心1 1 91 9 带电粒子在电场中的运动带电粒子在电场中的运动 学案学案 学习目标学习目标 1 1 了解带电粒子在电场中的运动 只受电场力 带电粒子做匀变速运动 2 2 重点掌握初速度与场强方向垂直的带电粒子在电场中的运动 类平抛运动 3 知道示波管的主要构造和工作原理 重点重点 带电粒子在电场中的加速和偏转规律 难点难点 带电粒子在电场中的偏转问题及应用 知识梳理知识梳理 1 研究带电粒子在电场中运动的两条主要线索 带电粒子在电场中的运动 是一个综合电场力 电势能的力学问题 研究的方法与质 点动力学相同 它同样遵循运动的合成与分解 力的独立作用原理 牛顿运动定律 动能 定理 功能原理等力学规律 研究时 主要可以按以下两条线索展开 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 电荷间的相互作用是成对出现的 把电荷系统的整体作为研究对象 就可以不必考虑 其间的相互作用 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 例题精讲例题精讲 例 1 如图所示 带正电的粒子以一定的初速度 v0沿两板的中线进入水平放置的平行金 属板内 恰好沿下板的边缘飞出 已知板长为 L 平行板间距离为 d 板间电压为 U 带电 用心 爱心 专心2 粒子的电荷量为 q 粒子通过平行板的时间为 t 则 不计粒子的重力 A 在前 时间内 电场力对粒子做的功为 t 2 Uq 4 B 在后 时间内 电场力对粒子做的功为 t 2 3Uq 8 C 在粒子下落前 和后 的过程中 电场力做功之比为 1 2 d 4 d 4 D 在粒子下落前 和后 的过程中 电场力做功之比为 1 1 d 4 d 4 解析 粒子在电场中做类平抛运动的加速度为 a t 时间内加速度方向上的位移 Eq m Uq dm y at2 前 加速度方向上的位移 y1 a 后 加速度方向上的位移 y2 y y1 d 由 1 2 d 2 t 2 1 2 t2 4 d 8 t 2 3 8 公式 W Fl可知前 后 前 后 电场力做的功分别为 t 2 t 2 d 4 d 4 W1 qU W2 qU W3 qU W4 qU 1 8 3 8 1 4 1 4 答案 BD 例 2 如图所示 在一块足够大的铅板 A 的右侧固定着一小块放射源 P P 向各个方向 放射出电子 速率为 107 m s 在 A 板右方距 A 为 2 cm处放置一个与 A 平行的金属板 B 在 B A 之间加上直流电压 板间的匀强电场场强 10 E 3 644 N C 方向水平向左 已知电 子质量 10 m 9 1 31 kg 电荷量 10 e 1 6 19C 求电子打在 B 板上的范围 解析 电子离开放射源后做匀变速运动 初速度垂直板的电子直接沿电场线运动到 B 板的 O 点 其他电子打在以 O 点为中心的周围某一位置 设初速度与板平行的电子打 在 B 板上的 N 点 且距 O 点最远 电子竖直方向上的分运动 v0t ON 水平方向上的分运动 d t2 1 2 eE m 将 v0 107 m s 10 e 1 6 19C 10 m 9 1 31kg 10 E 3 644 N C 10 d 2 2m代入 求得10 2 5 2 m 2 5 cm ON 用心 爱心 专心3 即电子打在 B 板上的范围是以 O 为圆心 以 2 5 cm为半径的圆面 答案 以 O 为圆心 以 2 5 cm为半径的圆面 反思反思 收收 获获 疑疑 问问 当堂练习当堂练习 1 如图所示 从 F 处释放一个无初速度的电子向 B 板方向运动 指出下列对电子运动的 描述中错误的是 设电源电动势为 2V A 电子到达 B 板时的动能是 2eV B 电子从 B 板到达 C 板动能变化量为零 C 电子到达 D 板时动能是 6 eV D 电子在 A 板和 D 板之间做往复运动 答案答案 C 2 真空中的某装置如图所示 其中平行金属板 A B 之间有加速电场 C D 之间有偏转 电场 M 为荧光屏 今有质子 11H 氘核21H 和 粒子 42He 均由 A 板从静止开始被加速电场 加速后垂直于电场方向进入偏转电场 最后打在荧光屏上 已知质子 氘核和 粒子的质量 之比为 1 2 4 电荷量之比为 1 1 2 则下列判断中正确的是 A 三种粒子从 B 板运动到荧光屏经历的时间相同 B 三种粒子打到荧光屏上的位置相同 C 偏转电场的电场力对三种粒子做功之比为 1 2 2 D 偏转电场的电场力对三种粒子做功之比为 1 2 4 答案答案 B 3 如图所示 水平放置的 A B 两平行金属板相距为 h 上板 A 带