高中物理 第一章 静电场 1.9 带电粒子在电场中的运动学案新人教版选修3-1

1、1.9 带电粒子在电场中的运动【学习目标】1.学习运用静电力、电场强度等概念研究带电粒子在电场中运动时的加速度、速度、位移等变化规律。2.学习运用静电力做功、电势、电势差、等势面等概念研究带电粒子在电场中运动时的能量转化规律。3.了解示波管的工作原理,体会电场知识在科技中的运用。【知识导学】1.带电粒子在电场中的加速真空中有一对平行板,A板接电源的正极,B板接电源的负极,两极板间形成匀强电场。在两板间若要加速一个电子,获得最大的速度,该电子应从B 极板释放。若极板间电势差为U,电子质量为m、电荷量为q,加速后的最大速度为 。 2.带电粒子在匀强电场中的偏转(1)进入电场的方式:以初速度v0垂直

2、于电场线进入匀强电场。(2)受力特点:静电力大小不变,且方向与初速度v0的方向垂直。(3)运动特点:做匀变速曲线运动,与力学中的平抛运动类似,故称作类平抛运动。(4)运动规律:运动3.示波管(1)示波器的核心部件是示波管,示波管是真空管,主要由三部分组成,这三部分分别是电子枪、偏转电极、荧光屏。(2)工作原理:通过灯丝发射的电子在电子枪阴极和阳极间受静电力的作用被加速,形成电子束,进入偏转电极YY、XX。电子束在YY、XX中受到静电力的作用,发生偏转 ,打到荧光屏上形成亮斑。 【三“点”探究】 主题1:带电粒子在电场中的加速阅读教材中“带电粒子的加速”部分的内容,回答下列问题。(1)教材中对图

3、1.9-1(计算粒子到达另一个极板时的速度)情形是从功能转化角度运用动能定理分析的,你能否利用牛顿第二定律从动力学角度进行分析?(2)如果带电粒子不是由静止开始,而是以初速度v0从正极板向负极板运动,到达负极板时的速率是多少?如果沿着不同的路线,到达负极板时的速率相等吗? 主题2:类平抛运动阅读教材中 “带电粒子的偏转”和例题2中的内容,回答下列问题。(1)例题2中带电粒子在电场中受到的静电力是恒力吗?为什么?粒子受到的静电力的方向与其初速度的方向是什么关系?(2)把带电粒子在偏转电极中的运动与研究平抛运动的方法进行类比。为什么我们常把垂直射入匀强电场的带电粒子的运动叫作类平抛运动,它与平抛运

4、动有哪些相似之处?又有哪些不同之处? 主题3:带电粒子在电场中的偏转(1)在例题2中电子射出极板后将做什么运动?是否仍然可以用分运动的合成来研究其在电场外的运动?(2)在例题2中,电子穿出极板的时间为t=,如果增大极板间电势差U,电子是否可能飞不出极板?如果飞不出极板,电子将落在哪里?电子运动的时间由哪些量决定? 主题4:示波管的原理阅读教材中“示波管的原理”的内容,回答下列问题。(1)如果建立如图坐标系把荧光屏分为四个象限,那么要电子打在第、象限,应该分别在YY、XX上加什么样的电压?(2)如果XX上不加电压,仅在YY上加变化的电压,那么荧光屏上的亮斑将会在什么位置移动?如果同时在XX上加上

5、锯齿形扫描电压,将会起到什么效果?【知识运用】1.下列粒子从初速度为零的状态经过电压为U的电场加速后,粒子速度最大的是( )。A.质子 B.氘核 C.氦核 D.钠离子Na+ 2.图示是示波管的原理图,下列说法正确的是( )。A.示波管内要抽成真空B.电子枪两极间可接交流电压C.在偏转电极XX加上偏转电压会使电子在水平方向发生偏转D.通过荧光屏上出现的亮斑才能显现电子的位置3.一带电粒子在电场中只受静电力作用时,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4.如图所示,一质量为4.010-15 kg、电荷量为2.010-9 C 的带正电

6、质点,以4.0104 m/s的速度垂直于电场方向从a点进入匀强电场区域,并从b点离开电场区域。离开电场时的速度为5.0104 m/s,由此可知,电场中a、b两点间的电势差a-b= V;带电质点离开电场时的速度在电场方向上的分量为 m/s。(不考虑重力作用【拓展提升】 拓展一、带电粒子在电场中的加速1.如图所示,在点电荷+Q的电场中有A、B两点,将质子和粒子分别从A点由静止释放,到达B点时,它们的速度大小之比为多少?(粒子是指失去电子的氦核) 拓展二、带电粒子在匀强电场中偏转问题的分析2.如图所示,在两条平行的虚线内存在着宽度为L、电场强度为E的匀强电场,在与右侧虚线相距也为L处有一与电场平行的屏。现有一电荷量为+q、质量为m的带电粒子(重力不计),以垂直于电场线方向的初速度v0射入电场中,v0方向的延长线与