人教版高中物理選修3-1第一章第9節(jié)帶電粒子在電場中的運(yùn)動學(xué)案教師版

1、人教版高中物理選修3-1第一章第9節(jié)帶電粒子在電場中的運(yùn)動學(xué)案教師版學(xué)員姓名： 年 級：高二 輔導(dǎo)科目：物理課時(shí)數(shù)： 學(xué)科教師： 授課日期2020授課時(shí)段組長簽字授課類型TCT星級教學(xué)目的1.了解帶電粒子在電場中的運(yùn)動特點(diǎn)(重點(diǎn))2.會運(yùn)用靜電力、電場強(qiáng)度的概念，根據(jù)牛頓運(yùn)動定律及運(yùn)動學(xué)公式研究帶電粒子在電場中的運(yùn)動(難點(diǎn))3.會運(yùn)用靜電力做功、電勢、電勢差的概念，根據(jù)功能關(guān)系研究帶電粒子在電場中的運(yùn)動(難點(diǎn))4.了解示波管的構(gòu)造和基本原理.重點(diǎn)難點(diǎn)1、會運(yùn)用靜電力、電場強(qiáng)度的概念，根據(jù)牛頓運(yùn)動定律及運(yùn)動學(xué)公式研究帶電粒子在電場中的運(yùn)動(難點(diǎn))教學(xué)內(nèi)容T同步課堂導(dǎo)入帶電粒子在電場是如何運(yùn)動的？

2、知識模塊1、帶電粒子的加速1基本粒子的受力特點(diǎn)：對于質(zhì)量很小的基本粒子，如電子、質(zhì)子等，雖然它們也會受到萬有引力(重力)的作用，但萬有引力(重力)一般遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于靜電力，可以忽略不計(jì)2帶電粒子加速問題的處理方法：(1)利用動能定理分析初速度為零的帶電粒子，經(jīng)過電勢差為U的電場加速后，qUmv2，則v.(2)在勻強(qiáng)電場中也可利用牛頓定律結(jié)合運(yùn)動學(xué)公式分析1基本帶電粒子在電場中不受重力(×)2帶電粒子僅在電場力作用下運(yùn)動時(shí)，動能一定增加(×)3帶電粒子在電容器兩板間加速時(shí)，若電壓不變，增大板間距離時(shí)，并不改變粒子末速度大小，但改變運(yùn)動時(shí)間()動能定理是分析帶電粒子在電場中加速常用的

3、方法，試想該方法適用于非勻強(qiáng)電場嗎？【答案】適用，由于WqU既適用于勻強(qiáng)電場又適用于非勻強(qiáng)電場，故qUmv2mv適用于任何電場如圖1­9­1所示，平行板電容器兩板間電壓為U.板間距離為d.一質(zhì)量為m，帶電量為q的正離子在左板附近由靜止釋放圖1­9­1探討1：正離子在兩板間做什么規(guī)律的運(yùn)動？加速度多大？【答案】正離子在兩板間做初速度為零的勻加速直線運(yùn)動加速度a.探討2：正離子到達(dá)負(fù)極板時(shí)的速度多大？【答案】由qUmv2可得v.1電場中的帶電粒子的分類(1)帶電的基本粒子：如電子、質(zhì)子、粒子、正離子、負(fù)離子等，這些粒子所受重力和電場力相比要小得多，除非有特別

4、的說明或明確的標(biāo)示，一般都不考慮重力(但并不能忽略質(zhì)量)(2)帶電微粒：如帶電小球、液滴、塵埃等，除非有特別的說明或明確的標(biāo)示，一般都要考慮重力某些帶電體是否考慮重力，要根據(jù)題目說明或運(yùn)動狀態(tài)來判定2解決帶電粒子在電場中加速時(shí)的基本思路經(jīng)典例題1 如圖1­9­2所示，在P板附近有一電子由靜止開始向Q板運(yùn)動已知兩極板間電勢差為U，板間距為d.電子質(zhì)量為m，電荷量為e.則關(guān)于電子在兩板間的運(yùn)動情況，下列敘述正確的是() 圖1­9­2A若將板間距d增大一倍，則電子到達(dá)Q板的速率保持不變B若將板間距d增大一倍，則電子到達(dá)Q板的速率也增大一倍C若將兩極板間電勢差U

5、增大一倍，則電子到達(dá)Q板的時(shí)間保持不變D若將兩極板間電勢差U增大一倍，則電子到達(dá)Q板的時(shí)間減為一半【答案】A2在如圖1­9­3所示平行板電容器A、B兩板上加上如圖1­9­4所示的交變電壓，開始B板的電勢比A板高，這時(shí)兩板中間原來靜止的電子在電場力作用下開始運(yùn)動，設(shè)電子在運(yùn)動中不與極板發(fā)生碰撞，則下述說法正確的是(不計(jì)電子重力)()圖1­9­3圖1­9­4A電子先向A板運(yùn)動，然后向B板運(yùn)動，再返回A板做周期性來回運(yùn)動B電子一直向A板運(yùn)動C電子一直向B板運(yùn)動D電子先向B板運(yùn)動，然后向A板運(yùn)動，再返回B板做周期性來回運(yùn)動

6、【答案】C 歸納和總結(jié)分析帶電粒子加速運(yùn)動問題的兩點(diǎn)提醒(1)對于勻強(qiáng)電場雖然用動力學(xué)觀點(diǎn)和功能觀點(diǎn)均可求解，但運(yùn)用功能觀點(diǎn)列式更簡單，故應(yīng)優(yōu)先選用功能觀點(diǎn)(2)若電場為非勻強(qiáng)電場，帶電粒子做變加速直線運(yùn)動，不能通過牛頓運(yùn)動定律途徑求解注意WqU對一切電場適用，因此從能量的觀點(diǎn)入手，由動能定理來求解C專題知識模塊2、帶電粒子在電場中的偏轉(zhuǎn) 示波管的原理1運(yùn)動狀態(tài)分析帶電粒子以速度v0垂直于電場線方向飛入勻強(qiáng)電場時(shí)，受到恒定的與初速度方向成90°角的電場力作用而做勻變速曲線運(yùn)動2偏轉(zhuǎn)問題的處理方法電荷量為q的帶電粒子在電場中做類平拋運(yùn)動，將帶電粒子的運(yùn)動沿初速度方向和電場線方向進(jìn)行分解

7、(類似于平拋運(yùn)動的處理方法)如圖1­9­5所示，設(shè)帶電粒子沿中線進(jìn)入板間，忽略電容器的邊緣效應(yīng)圖1­9­5(1)沿初速度方向的分運(yùn)動為勻速直線運(yùn)動，滿足Lv0t.(2)沿電場線方向的分運(yùn)動為初速度為零的勻加速直線運(yùn)動3示波管的原理(1)示波管的構(gòu)造：由三部分構(gòu)成：電子槍、偏轉(zhuǎn)電極、熒光屏，如圖1­9­6所示示波管的原理圖圖1­9­6(2)示波管的原理：XX電極使電子束做橫向(面向熒光屏而言)的水平掃描，YY電極使電子束隨信號電壓的變化在縱向做豎直方向的掃描，這樣就在熒光屏上出現(xiàn)了隨時(shí)間而展開的信號電壓的波形顯然，這

8、個(gè)波形是電子束同時(shí)參與兩個(gè)相互垂直的分運(yùn)動合成的結(jié)果1帶電粒子在勻強(qiáng)電場中偏轉(zhuǎn)時(shí)，其速度和加速度均不變(×)2帶電粒子在勻強(qiáng)電場中無論是直線加速還是偏轉(zhuǎn)，均做勻變速運(yùn)動()3示波管電子槍的作用是產(chǎn)生高速飛行的電子束，偏轉(zhuǎn)電極的作用是使電子束發(fā)生偏轉(zhuǎn)，打在熒光屏的不同位置()1帶電粒子在電場中做類平拋的條件是什么？【答案】(1)偏轉(zhuǎn)電場為勻強(qiáng)電場(2)帶電粒子必須以初速度v0垂直于電場線方向進(jìn)入電場2當(dāng)示波管的偏轉(zhuǎn)電極沒有加電壓時(shí)，電子束將打在熒光屏什么位置？【答案】偏轉(zhuǎn)電極不加電壓，電子束沿直線運(yùn)動、打在熒光屏中心，形成一個(gè)亮斑如圖1­9­7所示，兩平行金屬板間存

9、在豎直向下的勻強(qiáng)電場，一質(zhì)量為m、帶電量為q的粒子以速度v0垂直于電場方向射入兩極之間已知，兩板間距為d，板長度為l，兩板間電壓為U.不計(jì)粒子的重力圖1­9­7探討1：粒子在兩板間做什么性質(zhì)的運(yùn)動？在板間運(yùn)動的加速度和運(yùn)動時(shí)間是多少？【答案】粒子在兩板間做類平拋運(yùn)動，加速度a，運(yùn)動時(shí)間t.探討2：粒子離開電場時(shí)沿電場方向的速度和偏移量y各是多少？【答案】vatyat2.1基本規(guī)律圖1­9­8(1)初速度方向(2)電場線方向(3)離開電場時(shí)的偏轉(zhuǎn)角：tan (4)離開電場時(shí)位移與初速度方向的夾角：tan .2五個(gè)常用推論(1)tan 2tan .(2)粒子

10、從偏轉(zhuǎn)電場中射出時(shí)，其速度反向延長線與初速度方向延長線交于沿初速度方向分位移的中點(diǎn)(3)以相同的初速度進(jìn)入同一個(gè)偏轉(zhuǎn)電場的帶電粒子，不論m、q是否相同，只要相同，即荷質(zhì)比相同，則偏轉(zhuǎn)距離y和偏轉(zhuǎn)角相同(4)若以相同的初動能Ek0進(jìn)入同一個(gè)偏轉(zhuǎn)電場，只要q相同，不論m是否相同，則偏轉(zhuǎn)距離y和偏轉(zhuǎn)角相同(5)不同的帶電粒子經(jīng)同一加速電場加速后(即加速電壓相同)，進(jìn)入同一偏轉(zhuǎn)電場，則偏轉(zhuǎn)距離y和偏轉(zhuǎn)角相同.經(jīng)典例題3如圖1­9­9所示，電子在電勢差為U1的加速電場中由靜止開始運(yùn)動，然后射入電勢差為U2的兩塊平行極板間的電場中，射入方向跟極板平行，整個(gè)裝置處在真空中，重力可忽略，在

11、滿足電子能射出平行板區(qū)的條件下，下述四種情況中，一定能使電子的偏轉(zhuǎn)角變大的是()圖1­9­9AU1變大、U2變大BU1變小、U2變大CU1變大、U2變小DU1變小、U2變小【答案】B4一個(gè)質(zhì)量為m、電荷量為q的帶電粒子以平行于兩極板的速度v0進(jìn)入勻強(qiáng)電場，如圖1­9­10所示，如果兩極板間電壓為U，兩極板間的距離為d、板長為L.設(shè)粒子束不會擊中極板，求粒子從進(jìn)入電場到飛出極板時(shí)電勢能的變化量(粒子的重力忽略不計(jì))圖1­9­10【答案】水平方向勻速，則運(yùn)動時(shí)間t豎直方向加速，則側(cè)移yat2且a由得y ，則電場力做功WqE·yq

12、··歸納和總結(jié)由功能原理得電勢能減少了. 帶電粒子在電場中運(yùn)動問題的處理方法T能力帶電粒子在電場中運(yùn)動的問題實(shí)質(zhì)上是力學(xué)問題的延續(xù)，從受力角度看帶電粒子與一般物體相比多受到一個(gè)電場力；從處理方法上看仍可利用力學(xué)中的規(guī)律分析：如選用平衡條件、牛頓定律，動能定理、功能關(guān)系，能量守恒等課后作業(yè)1關(guān)于帶電粒子(不計(jì)重力)在勻強(qiáng)電場中的運(yùn)動情況，下列說法正確的是()A一定是勻變速運(yùn)動B不可能做勻減速運(yùn)動C一定做曲線運(yùn)動D可能做勻變速直線運(yùn)動，不可能做勻變速曲線運(yùn)動 【答案】A2(多選)示波管是示波器的核心部件，它由電子槍、偏轉(zhuǎn)電極和熒光屏組成，如圖1­9­11所示

13、如果在熒光屏上P點(diǎn)出現(xiàn)亮斑，那么示波管中的() 圖1­9­11A極板X應(yīng)帶正電 B極板X應(yīng)帶正電 C極板Y應(yīng)帶正電 D極板Y應(yīng)帶正電 【答案】AC3兩平行金屬板相距為d，電勢差為U，一電子質(zhì)量為m，電荷量為e，從O點(diǎn)沿垂直于極板的方向射出，最遠(yuǎn)到達(dá)A點(diǎn)，然后返回，如圖1­9­12所示，OAh，此電子具有的初動能是() 圖1­9­12A.BedUhC.D. 【答案】D4一個(gè)帶正電的油滴從如圖1­9­13所示的勻強(qiáng)電場上方A點(diǎn)自由下落，油滴落入勻強(qiáng)電場后，能較準(zhǔn)確地描述油滴運(yùn)動軌跡的是下圖中的()圖1­9&#

14、173;13 【答案】B5.如圖1­9­14所示，質(zhì)量相等的兩個(gè)帶電液滴1和2從水平方向的勻強(qiáng)電場中O點(diǎn)自由釋放后，分別抵達(dá)B、C兩點(diǎn)，若ABBC，則它們帶電荷量之比q1q2等于() 圖1­9­14A12B21C1D.1 【答案】B6如圖1­9­15所示，有一帶電粒子貼著A板沿水平方向射入勻強(qiáng)電場，當(dāng)偏轉(zhuǎn)電壓為U1時(shí)，帶電粒子沿軌跡從兩板正中間飛出；當(dāng)偏轉(zhuǎn)電壓為U2時(shí)，帶電粒子沿軌跡落到B板中間；設(shè)粒子兩次射入電場的水平速度相同，則兩次偏轉(zhuǎn)電壓之比為()圖1­9­15AU1U218BU1U214CU1U212DU1

15、U211 【答案】A7如圖1­9­16所示為某粒子分析器的簡化結(jié)構(gòu)金屬板P、Q相互平行，兩板通過直流電源、開關(guān)相連，其中Q板接地一束帶電粒子，從a處以一定的初速度平行于金屬板P、Q射入兩板之間的真空區(qū)域，經(jīng)偏轉(zhuǎn)后打在Q板上如圖所示的位置在其他條件不變的情況下，要使該粒子束能從Q板上b孔射出(不計(jì)粒子重力和粒子間的相互影響)，下列操作中可能實(shí)現(xiàn)的是() 圖1­9­16A保持開關(guān)S閉合，適當(dāng)上移P極板B保持開關(guān)S閉合，適當(dāng)左移P極板C先斷開開關(guān)S，再適當(dāng)上移P極板D先斷開開關(guān)S，再適當(dāng)左移P極板 【答案】A8如圖1­9­17甲所示，在間距

16、足夠大的平行金屬板A、B之間有一電子，在A、B之間加上如圖乙所示規(guī)律變化的電壓，在t0時(shí)刻電子靜止且A板電勢比B板電勢高，則()圖1­9­17A電子在A、B兩板間做往復(fù)運(yùn)動B在足夠長的時(shí)間內(nèi)，電子一定會碰上A板C當(dāng)t時(shí)，電子將回到出發(fā)點(diǎn)D當(dāng)t時(shí)，電子的位移最大 【答案】B9如圖1­9­18為示波管中電子槍的原理示意圖，示波管內(nèi)被抽成真空，A為發(fā)射熱電子的陰極，K為接在高電勢點(diǎn)的加速陽極，A、K間電壓為U.電子離開陰極時(shí)的速度可以忽略電子經(jīng)加速后從K的小孔中射出的速度大小為v.下面的說法中正確的是() 圖1­9­18A如果A、K間距離減

17、半而電壓仍為U不變，則電子離開K時(shí)的速度變?yōu)?vB如果A、K間距離減半而電壓仍為U不變，則電子離開K時(shí)的速度變?yōu)镃如果A、K間距離保持不變而電壓減半，則電子離開K時(shí)的速度變?yōu)镈如果A、K間距離保持不變而電壓減半，則電子離開K時(shí)的速度變?yōu)関 【答案】D10如圖1­9­19所示，平行板電容器兩極板的間距為d，極板與水平面成45°角，上極板帶正電一電荷量為q(q0)的粒子在電容器中靠近下極板處，以初動能Ek0豎直向上射出不計(jì)重力，極板尺寸足夠大若粒子能打到上極板，則兩極板間電場強(qiáng)度的最大值為() 圖1­9­19A.B.C.D. 【答案】B11.如圖1

18、­9­20所示，兩塊豎直放置的平行金屬板A、B，板間距離d0.04 m，兩板間的電壓U400 V，板間有一勻強(qiáng)電場在A、B兩板上端連線中點(diǎn)的正上方h1.25 m的P點(diǎn)處有一帶正電的小球，已知小球的質(zhì)量m5×106 kg，電荷量q5×1010 C設(shè)A、B板的長度無限，g取10 m/s2.求：帶正電小球從P點(diǎn)開始由靜止下落，經(jīng)多長時(shí)間和金屬板相碰圖1­9­20【答案】設(shè)小球從P到進(jìn)入電場需時(shí)間t1，由hgt得：t10.5 s設(shè)小球進(jìn)入電場后運(yùn)動時(shí)間為t2，則：qEmaE則小球水平方向的加速度為：a水平方向做勻加速運(yùn)動，則有：at聯(lián)立解得：t20.2 s故總時(shí)間為：tt1t2(0.50.2) s0.7 s. 12水平放置的兩塊平行金屬板板長l5.0 cm，兩板間距d1.0 cm，兩板間電壓為90 V，且上板為正極板，一個(gè)電子沿水平方向以速度v02.0×107 m/s，從兩板中間射入，如圖1­9­21所示，不計(jì)電子的重力，電子的質(zhì)量為m9.0×1031 kg、電荷量為e1.6×1019 C，求：圖1­9­21(1)電子偏離金屬板的側(cè)位移是多少？(2)電子飛出電場時(shí)的速