高中物理选修31学案9带电粒子在电场中的运动

1、课题学习目标1. 通过预习了解带电粒子在电场中的只受电场力，带电粒子做匀变速。2. 通过讨论和分析重点掌握初速度与场强方向垂直的带电粒子在电场中的 (类平抛)。3 通过阅读知道示波管的主要构造和工作原理。学习重、难点重点：带电粒子在电场中的和偏转规律难点：带电粒子在电场中的偏转问题及应用。学法指导通过简化过程分步骤解决问题。课前预习电粒子的1带电粒子：对于质量很小的带电粒子，如、质子等，虽然它们也会受到万有引力(重力)的作用，但来说静电力，可以忽略 2带电粒子被：在电场 E 中，被的粒子电荷量为 q，质量为m，从静止开始的距离为 d，后的速度为 v，这些物理量间的满足：qEd1mv2.在非电场

2、中，若粒子的位置的电2势差为 U，动能定理表达为：.情况下带电粒子被后的速2qU度可表示成：vm .二、带电粒子的偏转带电粒子的电荷量为 q，质量为 m，以初速度 v0 垂直电场线射入两极板间的电场板长为 l、板间距为 d，两极板间的电势差为 U.1. 粒子在 v0 的做直线，穿越两极板的时间为： .2. 粒子在垂直于 v0 的做初速度的速直线：qU度为：a .dm粒子离开电场时在电场偏离原射入方向的距离称为距离， 用 y 表示， 离开电场时速度方向跟射入时的初速度方向的夹角称为 ，用 表示偏移距离为：y 1at2，偏转角：tan v .2 v 0三、示波管的原理1. 示波管的构造：示波管是一

3、个真空管，主要由三部分组成，分别是： 、两对和2. 示波管的基本原理：在电场中被，在偏转电场中被 预习评价1下列粒子从静止状态经过电压为 U 的电场后，速度最大的是( )A质子(1H)B氘核(2H)11C 粒子(4He)D钠离子(Na)22. 如图 5 所示，两平行金属板相距为 d，电势差为 U，一质量为 m， 电荷量为 e，从 O 点沿垂直于极板的方向射出，最远到达 A 点，然后返回， OA h，此具有的初动能是()图 5edheUeUhA. UBedUhC.D. dhd3有一束正离子，以相同速率从同一位置进入带电平行板电容器的电场中，所有离子的轨迹一样，说明所有离子()A具有相同的质量 B

4、具有相同的电荷量 C具有相同的比荷 D属于同一元素的同位素4. 长为L 的平行金属板电容器，两板间形成 电场，一个带电荷量为 q，质量为 m 的带电粒子，以初速度 v0 紧贴上极板沿垂直于电场线方向射入 电场中，刚好从下极板边缘射出，且射出时速度方向恰好与下板成30角，如图 6 所示，求 电场的场强大小和两极板间的距离图 6课堂学习流程设计用案人自我创新【课程导学】电粒子的问题情境 带电粒子在电场中受静电力作用，我们可以利用电场来控制粒子，使它 或偏转直线 就是在真空金属管中加上高频交变电场使带电粒子获得高能的装置(如图 1 所示)，它能帮助人们更深入地认识微观世界你知道它的 原理吗？图 11

5、. 带电粒子在电场中受哪些力作用？重力可以忽略吗？2. 带电粒子进入电场后一定沿直线吗？沿直线(或)需要什么条件？3. 有哪些可以处理带电粒子的问题？要点提炼1带电粒子：质量很小的带电体，如、质子、 粒子、离子等， 处理问题时它们的重力通常忽略不计(因重力远小于电场力) 2带电微粒：质量较大的带电体，如液滴、油滴、尘埃、小球等，处理问题时重力不能忽略3粒子仅在静电力作用下，所以静电力做的功等于，即WqU 1mv2 得 v.2二、带电粒子的偏转问题情境1. 带电粒子以初速度 v0 垂直电场方向射入电场，不计重力作用， 它的受力有什么特点？2. 它的规律与什么相似？3. 推导粒子离开电场时沿垂直于

6、极板方向的偏移量和偏转的角度要点提炼1处理：应用的与分解知识分析处理，将匀变速曲线分解为：沿初速度方向的和沿电场力方向的初速度为的匀直线vxv0xv0t 初速度方向2基本：12vyat y at电场线方向2ql2U3导出：(1)粒子离开电场时的侧移位移为：y22mv0dvyqlU (2)粒子离开电场时的偏转角 tan 2v0mv0d三、示波器原理问题情境1. 示波管主要由哪几部分？2. 枪和偏转电极分别利用了本节哪一部分的知识？3. 回答课本“思考与讨论”部分的问题【范例精析】例 1 如图 2 所示，在点电荷Q 激发的电场中有 A、B 两点，将质子和 粒子分别从 A 点由静止 到达 B 点时，

7、它们的速度大小之比为多少？图 2质子和 粒子都是正离子，从 A 点将受电场力作用到 B 点，设 A、B 两点间的电势差为 U，由动能定理有：1m v2对质子： H H21q U，对 粒子： m v2 q U.H2 vHqHm142所以 . vqmH21121点拨 (1)要知道质子和 粒子是怎样的粒子，qHe，q2e，mHm，m4m；(2)该电场为非电场，带电粒子在 A、B 间的为变，不可能通过度的途径解出该题，但注意到电场力做功 WqU 这对电场和非电场都适用，因此从能量的角度入手，由动能定理来解该题很方便变式训练 1 如图 3 所示，由静止开始从 A 板向 B 板，到达 B板的速度为 v，保

8、持两板间的电压不变，则()图 3 A当增大两板间的距离时，速度 v 增大B当减小两板间的距离时，速度 v 减小C当减小两板间的距离时，速度 v 不变D当减小两板间的距离时，在两板间的时间增大C由动能定理得 eU 1mv2.当改变两板间的距离时，U 不变，v 就不2变，故 A、B 项错误，C 项正确；粒子做初速度为零的匀直线，d v d2dv ， ，即 t，当 d 减小时，在板间的时间变小，t 2 tv故 D 选项不正确例 2 一束流在经 U5 000 V 的电场后，在距两极板等距处垂直进入平行板间的电场，如图 4 所示若两板间距 d1.0 cm， 板长 l5.0 cm，那么，要使能从平行板间飞

9、出，两个极板上最多能加多大电压？图 4设极板间电压为 U时，能飞出平行板间的偏转电场1 2过程，由动能定理得：eU mv0.2进入偏转电场，在平行于板面的做匀速：lv0t. F eU在垂直于板面的方向做匀直线，度：a ， mdm1 2,偏转距离：y at 2d能飞出的条件为：y . 2解式得：2Ud225 000 1022U l2 51022V400 V.400 V变式训练 2 试证明：(1)粒子从偏转电场射出时，其速度 v 的反向延长线过水平位移的中点作粒子速度的反向延长线，设交于 O 点，O 点与电场边缘的距离yqUl2dmv2l0为 x，则 x2 ，即粒子从偏转电场射出时，其速tan 2

10、dmv0qUl 2度 v 的反向延长线过水平位移的中点，达标检测A 类1下列粒子从初速度为零的状态经过电压为 U 的电场后，粒子速度最大的是()A质子B氘核C 粒子D钠离子 Na2有一束正离子，以相同速率从同一位置进入带电平行板电容器的电场中，所有离子轨迹一样，说明所有离子()A具有相同质量 B具有相荷量C具有相同的比荷 D属于同一元素同位素3 电粒子在电场中只受静电力作用时，它不可能出现的 状态是( ) A匀速直线 B匀 直线C匀变速曲线 D匀速圆周4平行板间有 周期变化的电压不计重力的带电粒子静止在平行板 ，从t0 时刻开始将其 ， 过程无碰板情况下图中，能定性描述粒子 的速度图象正确的是

11、( )5经电压为 U1 的电场后以速度 v0 垂直进入偏转电场，离开电场时的偏转量是 h，两平行板间的距离为 d，电势差 U2，板长 L，为了提高示波管的灵敏度(每电压引起的偏转量 h/U2)可采取的是() A增大两板间电势差 U2B. 尽可能使板长 L 短些C. 尽可能使板间距离 d 小一些D. 使电压 U1 升高一些6，由静止开始从 A 板向 B 板，当到达 B 板时速度为 v，保持两板电压不变，则()A当增大两板间距离时，v 增大B当减小两板间距离时，v 减小C当改变两板间距离时，v 不变D当增大两板间距离时， 在两板间 的时间增大7.一平行板电容器中 电场，电场沿竖直方向两个比荷(即粒

12、子的电荷量与质量之比)不同的带正电的粒子 a 和 b，从电容器边缘的 P 点( )以相同的水平速度射入两平行板之间测得 a 和 b 与电容器极板的撞击点到入射点之间的水平距离之比为 12，若不计重力，则 a 和 b 的比荷之比是( )A12 B18 C21 D41B 类1，在距地面一定高度的位置以初速度 v0 向右水平抛出一个质量为 m，电荷量为 q 的带负电小球，小球的落地点与抛出点之间有一段相应的水平距离(水平射1程)若在空间加上一竖直方向的电场，使小球的水平射程变为原来的 ，求此电2场的场强大小和方向2，边长为 L 的正方形区域 abcd 内着电场电荷量为 q、动能为Ek 的带电粒子从 a 点沿 ab 方向进入电场，不计重力(1) 若粒子从 c 点离开电场，求电场强度的大小和粒子离开电场时的动能(2) 若粒子离开电场时动能为 Ek，则电场强度为多大？3 ，长 L0.20 m 的丝线的一端拴一质