2024-2025學(xué)年新教材高中物理第十章靜電場(chǎng)中的能量第五節(jié)帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)學(xué)案新人教版必修3

PAGE6-帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)學(xué)習(xí)目標(biāo)1.會(huì)利用動(dòng)力學(xué)的觀點(diǎn)解答帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)問(wèn)題。2.會(huì)分析帶電粒子在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的能量轉(zhuǎn)化狀況。3.駕馭帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)問(wèn)題的分析方法。4.了解示波管的構(gòu)造和基本原理。重點(diǎn)難點(diǎn)1.了解帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)。(重點(diǎn))2.會(huì)運(yùn)用靜電力、電場(chǎng)強(qiáng)度的概念，依據(jù)牛頓運(yùn)動(dòng)定律及運(yùn)動(dòng)學(xué)公式探討帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)。(難點(diǎn))3.會(huì)運(yùn)用靜電力做功、電勢(shì)、電勢(shì)差的概念，依據(jù)功能關(guān)系探討帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)。(難點(diǎn))自主探究一、帶電粒子的加速1．基本粒子的受力特點(diǎn)：對(duì)于質(zhì)量很小的基本粒子，如電子、質(zhì)子等，它們受到重力的作用一般遠(yuǎn)小于靜電力，故可以忽視。2．帶電粒子的加速(1)帶電粒子在電場(chǎng)加速(直線運(yùn)動(dòng))條件：只受電場(chǎng)力作用時(shí)，初速度為零或與電場(chǎng)力方向相同。(2)分析方法：動(dòng)能定理。(3)結(jié)論：初速度為零，帶電荷量為q，質(zhì)量為m的帶電粒子，經(jīng)過(guò)電勢(shì)差為U的電場(chǎng)加速后，獲得的速度為v＝eq\r(\f(2qU,m))。二、帶電粒子的偏轉(zhuǎn)質(zhì)量為m、帶電荷量為q的基本粒子(忽視重力)，以初速度v0平行于兩極板進(jìn)入勻強(qiáng)電場(chǎng)，極板長(zhǎng)為l，板間距離為d，板間電壓為U。1．運(yùn)動(dòng)性質(zhì)(1)沿初速度方向：速度為v0的勻速直線運(yùn)動(dòng)。(2)垂直v0的方向：初速度為零，加速度為a＝eq\f(qU,md)的勻加速直線運(yùn)動(dòng)。2．運(yùn)動(dòng)規(guī)律三、示波管的原理1．構(gòu)造：示波管主要由電子槍、偏轉(zhuǎn)電極(XX′和YY′)、熒光屏組成，管內(nèi)抽成真空。2．原理(1)給電子槍通電后，假如在偏轉(zhuǎn)電極XX′和YY′上都沒(méi)有加電壓，電子束將打在熒光屏的中心O點(diǎn)。(2)帶電粒子在Ⅰ區(qū)域是沿直線加速的，在Ⅱ區(qū)域是偏轉(zhuǎn)的。(3)若UYY′>0，UXX′＝0，則粒子向Y板偏移；若UYY′＝0，UXX′>0，則粒子向X板偏移。課堂小測(cè)(1)基本帶電粒子在電場(chǎng)中不受重力。 (×)(2)帶電粒子僅在電場(chǎng)力作用下運(yùn)動(dòng)時(shí)，動(dòng)能肯定增加。 (×)(3)帶電粒子在勻強(qiáng)電場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)時(shí)，其速度和加速度均不變。 (×)(4)帶電粒子在勻強(qiáng)電場(chǎng)中無(wú)論是直線加速還是偏轉(zhuǎn)，均做勻變速運(yùn)動(dòng)。 (√)(5)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。 (√)要點(diǎn)探究要點(diǎn)探究要點(diǎn)1電場(chǎng)中帶電粒子的分類(lèi)基本粒子帶電微粒示例電子、質(zhì)子、α粒子、正離子、負(fù)離子等帶電小球、液滴、塵埃等特點(diǎn)重力遠(yuǎn)小于靜電力，故不計(jì)重力所受重力不行忽視說(shuō)明某些帶電體是否考慮重力，要依據(jù)題目說(shuō)明或運(yùn)動(dòng)狀態(tài)來(lái)判定要點(diǎn)2帶電粒子在電場(chǎng)中做直線運(yùn)動(dòng)的兩種處理方法(1)力和運(yùn)動(dòng)的關(guān)系——牛頓其次定律依據(jù)帶電粒子受到的靜電力，用牛頓其次定律求出加速度，結(jié)合運(yùn)動(dòng)學(xué)公式確定帶電粒子運(yùn)動(dòng)的速度、時(shí)間和位移等。這種方法適用于恒力作用下做勻變速運(yùn)動(dòng)的狀況。(2)功能關(guān)系——?jiǎng)幽芏ɡ碛闪Ｗ觿?dòng)能的改變量等于靜電力做的功知：①若粒子的初速度為0，則有eq\f(1,2)mv2＝qU，v＝eq\r(\f(2qU,m))。②若粒子的初速度不為0，則有eq\f(1,2)mv2－eq\f(1,2)mveq\o\al(2,0)＝qU，v＝eq\r(veq\o\al(2,0)＋\f(2qU,m))。要點(diǎn)3帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)1．受力狀況：受重力與靜電力。2．處理方法：對(duì)于電場(chǎng)為勻強(qiáng)電場(chǎng)的狀況，因重力和靜電力都是恒力，所以可以看作一個(gè)力來(lái)分析求解。要點(diǎn)4帶電粒子在交變電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)1．受力狀況：粒子所受的靜電力是周期性改變的，即與速度方向在一段時(shí)間內(nèi)同向，在下一段時(shí)間內(nèi)反向。2．運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)：一會(huì)兒加速，一會(huì)兒減速；可能始終向前運(yùn)動(dòng)，也可能做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，由粒子最初進(jìn)入電場(chǎng)的時(shí)間確定。3．處理方法：應(yīng)用牛頓其次定律結(jié)合運(yùn)動(dòng)學(xué)公式求解。隨堂訓(xùn)練1.如圖所示，三塊平行放置的帶電金屬薄板A、B、C中心各有一小孔，小孔分別位于O、M、P點(diǎn).由O點(diǎn)靜止釋放的電子恰好能運(yùn)動(dòng)到P點(diǎn).現(xiàn)將C板向右平移到P’點(diǎn)，則由O點(diǎn)靜止釋放的電子()A.運(yùn)動(dòng)到P點(diǎn)返回 B.運(yùn)動(dòng)到P和P’點(diǎn)之間返回C.運(yùn)動(dòng)到P’點(diǎn)返回 D.穿過(guò)P’點(diǎn)2.如圖所示，在勻強(qiáng)電場(chǎng)E中，一帶電粒子－q的初速度恰與電場(chǎng)線方向相同，則帶電粒子－q在起先運(yùn)動(dòng)后，將()A．沿電場(chǎng)線方向做勻減速直線運(yùn)動(dòng)B．沿電場(chǎng)線方向做變加速直線運(yùn)動(dòng)C．沿電場(chǎng)線方向做勻加速直線運(yùn)動(dòng)D．偏離電場(chǎng)線方向做曲線運(yùn)動(dòng)3.如圖所示，水平放置的平行板電容器之間存在勻強(qiáng)電場(chǎng)。兩個(gè)帶電粒子同時(shí)分別從上極板的左、右邊緣處水平射入板間電場(chǎng)，并恰好在P點(diǎn)相遇，P點(diǎn)與兩極板間距相同。不計(jì)粒子重力，忽視兩個(gè)帶電粒子之間的相互作用，則（）A.兩個(gè)帶電粒子的質(zhì)量肯定相同B.兩個(gè)帶電粒子的電荷量肯定相同C.若兩個(gè)帶電粒子的初速度均變?yōu)樵瓉?lái)的，它們?cè)诘竭_(dá)下極板前仍能相遇D.若兩個(gè)帶電粒子的初速度均變?yōu)樵瓉?lái)的，它們?cè)诘竭_(dá)下極板前不會(huì)相遇4.如圖所示,有一帶電粒子貼著A板沿水平方向射人勻強(qiáng)電場(chǎng),當(dāng)偏轉(zhuǎn)電壓為時(shí),帶電粒子沿①軌跡從兩板正中間飛出;當(dāng)偏轉(zhuǎn)電壓為時(shí),帶電粒子沿②軌跡落到B板中間.設(shè)粒子兩次射入電場(chǎng)的水平速度相同,則兩次偏轉(zhuǎn)電壓之比為()

A. B.

C. D.

答案以及解析1.答案：A解析：設(shè)AB間電場(chǎng)強(qiáng)度為,BC間場(chǎng)強(qiáng)為，依據(jù)題意由O點(diǎn)釋放的電子恰好能運(yùn)動(dòng)到P點(diǎn)，依據(jù)動(dòng)能定理，有①BC板電量不變，BC板間的場(chǎng)強(qiáng)②由②知BC板間的場(chǎng)強(qiáng)不隨距離的改變而改變，當(dāng)C板向右平移到P′時(shí)，BC板間的場(chǎng)強(qiáng)不變，由①知，電子仍舊運(yùn)動(dòng)到P點(diǎn)返回，故A正確，BCD錯(cuò)誤；故選：A2.答案：A解析：在勻強(qiáng)電場(chǎng)E中，帶電粒子所受靜電力為恒力。帶電粒子受到與運(yùn)動(dòng)方向相反的恒定的靜電力作用，產(chǎn)生與運(yùn)動(dòng)方向相反的恒定的加速度，因此，帶電粒子?q在起先運(yùn)動(dòng)后，將沿電場(chǎng)線做勻減速直線運(yùn)動(dòng)。故A正確。3.答案：D解析：兩個(gè)帶電粒子均做類(lèi)平拋運(yùn)動(dòng)，則均有，由題意可知，兩個(gè)帶電粒子從射入極板至相遇的過(guò)程中下落高度和運(yùn)動(dòng)時(shí)間均相同，則比荷相同，但質(zhì)量與電荷量不肯定相同，A、B錯(cuò)誤，若兩個(gè)帶電粒子的初速度均變?yōu)樵瓉?lái)