帶電粒子在電場中的運動導(dǎo)學(xué)案-高二上學(xué)期物理人教版（2019）必修第三冊

第十章靜電場中的能量5帶電粒子在電場中的運動學(xué)習(xí)目標(biāo)：1、了解陰極射線管的構(gòu)造；能夠運用電勢差和電場強度的關(guān)系解決帶電粒子在電場中的加速和偏轉(zhuǎn)．2、通過對帶電粒子在電場中的加速和偏轉(zhuǎn)的探究，培養(yǎng)學(xué)生的分析、解決問題的能力．重、難點:帶電粒子在電場中的運動課前相關(guān)知識回顧運動軌跡、性質(zhì)及條件的復(fù)習(xí)二、平拋運動知識1、平拋運動（1）運動特點：a、只受；b、初速度與重力；平拋運動是一個曲線運動；在任意相等時間內(nèi)速度變化。（2）平拋運動的處理方法：平拋運動可分解為水平方向的和豎直方向的。水平方向和豎直方向的兩個分運動既具有獨立性，又具有等時性．（3）平拋運動的規(guī)律：水平方向ax=，vx=，x=。豎直方向ay=，vy=，y=。2、類平拋運動1．初始條件：有初速度v02．受力特點：物體受到的恒力與v0。3．運動特點：沿v0方向作，在垂直v0方向作初速度為零的。三.對于像如電子（e,)、質(zhì)子、α粒子(氦核）、離子等帶電微粒在電場中運動時，我們怎樣處理它們的受力？課內(nèi)探究案探究點一：帶電粒子在電場中的加速問題1、如圖所示，在真空中有一對平行金屬板，板間距離為d，兩板間加以電壓U．兩板間有一個帶正電荷量為q的帶電粒子(不計重力)，它在電場力的作用下，由靜止開始從正極板向負(fù)極板運動，到達負(fù)極板時的速度有多大？思考1：如兩極板間不是勻強電場該用何種方法求解？為什么？若粒子初速度不為0呢？例1.熾熱的金屬絲可以發(fā)射電子。兩邊加以電壓U=2500V，電子初速度為0，求電子穿出時的速度。針對檢測：1、下列粒子從初速度為零的狀態(tài)，經(jīng)過電壓為U的電場后，那種粒子的速度最大？A.質(zhì)子B.氘核C.α粒子D.鈉離子2.如圖所示，M、N是在真空中豎直放置的兩塊平行金屬板，質(zhì)量為m、電量為+q的帶電粒子，以極小的初速度由小孔進入電場，當(dāng)M、N間電壓為U時，粒子到達N板的速度為v，如果要使這個帶電粒子到達N板的速度為2v，則下述方法能滿足要求的是（）

A.使M、N間電壓增加為2U

B.使M、N間電壓增加為4U

C.使M、N間電壓不變，距離減半

D.使M、N間電壓不變，距離加倍3.如圖所示，在P板附近有一電子由靜止開始向Q板運動，則關(guān)于電子在兩板間的運動情況，下列敘述正確的是()A.兩板間距越大，加速度越小B.兩板間距離越小，則電子到達Q板時的速度就越大C.電子到達Q板時的速度與板間距離無關(guān)，僅與加速電壓有關(guān)D.電子的加速度和末速度都與板間距離無關(guān)思考2：1.若帶正電粒子以v0從負(fù)板向正板運動，粒子運動情況如何？2.若粒子以初速度v0沿垂直場強方向進入電場，離子的運動情況如何？探究點二：帶電粒子在電場中的偏轉(zhuǎn)例2：如圖所示，在真空中水平放置一對金屬板Y和Y’板長L，板間距離為d．在兩板間加以電壓U，兩板間的勻強電場的場強為E=U/d．現(xiàn)有一電荷量為q的帶負(fù)電的粒子(不計重力)，以水平速度v0射入電場中.求該粒子射出電場時沿垂直于板面方向的偏移距離y和偏轉(zhuǎn)的角度θ?？偨Y(jié)：帶電粒子在電場中的偏轉(zhuǎn)（）（1）條件（2）處理方法（3）規(guī)律（4）推論提升：若粒子先過加速和再過偏轉(zhuǎn)電場，則粒子的偏轉(zhuǎn)距離和偏轉(zhuǎn)角分別是？（如圖）課后檢測1、質(zhì)子(質(zhì)量為m、電量為e)和二價氦離子(質(zhì)量為4m、電量為2e)以相同的初動能，垂直射入同一偏轉(zhuǎn)電場中，離開電場后，它們的偏轉(zhuǎn)角的正切之比為，側(cè)移之比為。2：如圖所示，有三個質(zhì)量相等分別帶正電、負(fù)電和不帶電的小球，從平行板電場中的P點以相同的初速度垂直于E進入電場，它們分別落到A、B、C三點，則可判斷（）A.三個小球在電場中運動加速度關(guān)系是aA＞aB＞aCB.三個小球到達正極時的動能關(guān)系是EKA＞EKB＞EKCC.三個小球在電場中運動時間相等D.落到A點的小球帶正電，落到B點的小球不帶電3.如圖，電子在電勢差為U1的加速電場中，由靜止開始加速，然后射入電勢差為U2的兩塊平行極板間的電場中，入射方向跟極板平行。整個裝置處在真空中，重力可忽略。在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θ變大的是（）A.U1變大、U2變大B.U1變小、U2變C.U1變大、U2變小D.U1變小、U2變小4、如圖所示，水平放置的平行金屬板的板長＝4cm，板間勻強電場的場強E＝104N/C，一束電子以初速度v0＝2×107m/s沿兩板中線垂直電場進入板間，從板的中間到豎立的熒光屏的距離L＝20cm，求電子打在熒光屏上的光點A偏離熒光屏中心的距離Y？（電子的比荷）5、氫核（H）和氦核（He）垂直射入同一勻強電場，求分別在下列情況下離開電場時它們的偏轉(zhuǎn)位移之比：（1）初速相同；（2）初動能相同；（3）先經(jīng)過同一加速電場后進入偏轉(zhuǎn)電場。拓展練習(xí)6、如圖所示，有一電子(電量為e、質(zhì)量為m)經(jīng)電壓U0加速后，沿平行金屬板A、B中心線進入兩板，A、B板間距為d、長度為L，A、B板間電壓為U，屏CD足夠大，距離A、B板右邊緣2L，AB板的中心線過屏CD的中心且與屏CD垂直。試求電子束打在屏上的位置到屏中心間的距離。第二課時學(xué)習(xí)目標(biāo)：1、進一步掌握帶電粒子在電場中的運動的解題方法．2、理解示波管工作原理，能分析所加信號電壓與顯示屏上的圖像關(guān)系課前復(fù)習(xí)：1、帶電粒子在電場中加速的處理方法：勻強電場非勻強電場手：帶電粒子在電場中的偏轉(zhuǎn)：（垂直進入勻強電場）（畫出示意圖）運動性質(zhì)處理方法怎么求帶電粒子在電場中運動的時間偏轉(zhuǎn)距離偏轉(zhuǎn)角推論課內(nèi)探究一、示波管的原理（閱讀課本P25-26）1、構(gòu)造示波管是示波器的核心部件，外部是是一個抽成真空的玻璃殼，內(nèi)部主要由（發(fā)射電子的燈絲、加速電極組成）、（由一對X偏轉(zhuǎn)電極板和一對Y偏轉(zhuǎn)電極板組成）和組成，如圖所示2．原理(1)電子在電場中的加速：脫離陰極的電子，在作用下加速，陰極和陽極之間的電壓越高，電子獲得的速度．(2)電子在勻強電場中的偏轉(zhuǎn)：電子進人偏轉(zhuǎn)極板之間時，在初速度v0方向上做運動，電場力與電子的初速度v0方向垂直，此時電子做運動．(3)電子飛出平行金屬板后的運動：當(dāng)電子飛出偏轉(zhuǎn)電場后，不再受的作用，因此它保持偏轉(zhuǎn)角度，做運動．探究1：如果在電極XXˊ之間不加電壓，而在YYˊ之間加不變電壓，使Y的電勢比Yˊ高，電子將打在熒光屏的什么位置？探究2;如果在電極XXˊ之間不加電壓，而在YYˊ之間加不變電壓，使Yˊ的電勢比Y高，電子將打在熒光屏的什么位置？探究3:如果在XXˊ之間不加電壓，而在YYˊ之間加按圖示的規(guī)律變化的電壓，在熒光屏?xí)吹降氖裁礃拥膱D形？探究4:如果在電極YYˊ之間不加電壓，而在XXˊ之間加不變電壓，使X的電勢比Xˊ高，電子將打在熒光屏的什么位置？探究5:如果在電極YYˊ之間不加電壓，而在XXˊ之間加不變電壓，使Xˊ的電勢比X高，電子將打在熒光屏的什么位置？探究6:若XXˊ所加的電壓為特定的周期性變化電壓，則亮斑在水平方向來回運動一一掃描，如果掃描電壓變化很快，在熒光屏?xí)吹降氖裁礃拥膱D形?探究7:如果在YYˊ之間加如圖所示的交變電壓，同時在XXˊ之間加鋸齒形掃描電壓，在熒光屏上會看到什么圖形？討論：要在屏上得到穩(wěn)定的(一個或多個）正弦圖象,信號電壓和掃描電壓的周期應(yīng)滿足什么關(guān)系?課堂檢測;.如圖是示波管的原理圖.它由電子槍、偏轉(zhuǎn)電極(XX′和YY′)、熒光屏組成,管內(nèi)抽成真空.給電子槍通電后,如果在偏轉(zhuǎn)電極XX′和YY′上都沒有加電壓,電子束將打在熒光屏的中心O點.1)帶電粒子在區(qū)域是加速的,在區(qū)域是偏轉(zhuǎn)的.

(2)若UYY′>0,UXX′=0,則粒子向板偏移,若UYY′=0,UXX′>0,則粒子向板偏移.

2、(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,如圖所示.若在熒光屏上P點出現(xiàn)亮斑,那么示波管中()A.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)帶正電課后檢測1．對公式的適用條件，下列說法中正確的是（）A．只適用于勻強電場中，v0＝0的帶電粒子被加速B．只適用于勻強電場中，粒子運動方向與場強方向平行的情況C．只適用于勻強電場中，粒子運動方向與場強方向垂直的情況D．適用于任何電場中，v0＝0的帶電粒子被加速圖1—8－72．如圖1—8—7所示，兩極板與電源相連接，電子從負(fù)極板邊緣垂直電場方向射入勻強電場，且恰好從正極板邊緣飛出，現(xiàn)在使電子入射速度變?yōu)樵瓉淼膬杀?，而電子仍從原位置射入，且仍從正極板邊緣飛出，則兩極板的間距應(yīng)變?yōu)樵瓉淼模ǎ﹫D1—8－7A．2倍B．4倍C．0.5倍D．0.25倍圖1—8－83．電子從負(fù)極板的邊緣垂直進入勻強電場，恰好從正極板邊緣飛出，如圖1—8—8所示，現(xiàn)在保持兩極板間的電壓不變，使兩極板間的距離變?yōu)樵瓉淼?倍，電子的入射方向及位臀不變，且要電子仍從正極板邊緣飛出，則電子入射的初速度大小應(yīng)為原來的（）圖1—8－8A．B．C．D．2圖1—8—124．如圖1—8—12所示，一個電子(質(zhì)量為m)電荷量為e，以初速度v0沿著勻強電場的電場線方向飛入勻強電場，已知勻強電場的場強大小為E，不計重力，問：圖1—8—12(1)電子在電場中運動的加速度．(2)電子進入電場的最大距離．(3)電子進入電場最大距離的一半時的動能．5如圖所示為一真空示波管,電子從燈絲K出發(fā)(初速度不計),經(jīng)燈絲與A板間的加速電壓U1加速,從A板中心孔沿中心線KO射出,然后從兩塊平行金屬板M,N的中間位置進入偏轉(zhuǎn)電場中,偏轉(zhuǎn)電場可視為勻強電場,電子進入M,N間電場時的速度與電場方向垂直,電子經(jīng)過電場后打在