专题带电粒子在电场中的运动

1、带电粒子在电场中的运动新桥中学胡中兴一、 教材内容和学情分析： 拓展二第八讲 A 带电粒子在电场中的运动 ， 是在高二学习了基础教材电场、电场强度、电势差、电场力做功与电势能等内容的之后，再 学习的拓展内容。通过本专题的学习，进一步理解力与运动、功与能的关系。把电场概念与 运动学、力学中的平衡问题、匀变速运动问题、功、能等有机结合起来。学习运用运动的合 成与分解、牛顿定律、动能定理解题，提高分析问题能力、综合能力、用数学方法解决物理 问题的能力。在高考中，是重点内容。要求学生有较高的综合解题的能力。由于本校学生的 基础比较差，学习时有一定难度，所以在题目设计上，尽可能比较简单的题，且对同一类型

2、 题，用多题强化。二、课标要求和三维目标课标要求： 学习水平为 c级，即能联系相关内容，解决简单问题。 2009 高考手册要求为 C 即：掌握。（限于粒子的初速度与电场强度的方向平行或垂直的简单情况） 。三维目标：知识与技能：1. 理解并掌握带电粒子在电场中加速和偏转的原理，2. 能用牛顿运动定律或动能定理分析带电粒子在电场中加速和偏转。过程与方法：1. 体验类比平抛运动，运用分解的方法，处理曲线运动。2. 归纳用力学规律处理带电粒子在电场中运动的常用方法。情感、态度和价值观：1. 感受从能的角度，用动能定理分析解答问题的优点，2. 进一步养成科学思维的方法。三、知识结构疏理：主要讨论两个问题

3、： 一是如何利用电场使带电粒子速度大小改变； 二是如何利用电使带 电粒子速度方向改变，发生偏转。这里把它们分成四个小问题，用四课时来完成此内容。带电粒子在电场中的加速问题带电粒子在匀强电场中做类平抛运动带电粒子在电场中的加速、偏转综合问题带电粒子在交替变化的电场中的直线运动 用二课时来完成此内容。四、教学重点难点及教学策略：带电粒子在电场中加速和偏转的原理， 是本节的重点。 通过观察带电粒子在电场中的加 速、偏转实验来增加直观性。由于带电粒子的偏转是曲线运动，比较复杂，学生理解起来有 一定的困难， 故作为本节的难点， 通过类比重力场中的平抛运动突破难点。 对以上重难点内 容，通过例题来突出和突

4、破。五、教学过程及说明 （例题选用及其说明 ） （一）、知识要点复习：一、带电粒子在电场中的直线运动（即如何利用电场使带电粒子速 度大小改变） 。二、带电粒子在电场中的曲线运动（即如何利用电场使带电粒子速度方向改 变，发生偏转） 。（二）、在学生自学教材内容，理解课本例题的基础上，补充下列例题：例 1. 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， 已知质子和 粒子的电性相同，带电量之比为 1:2，质量之比为 1:4 ，则到达 B 点时，它们 的速度大小之比为多少？意图说明：明白带电粒子的运动为变加速运动,不可能通过力和运动的关系求解 . 但注意到 W=qU

5、 这一关系式对匀强电场和非匀强电场都是适用的 ,因此用能量的观点入手 由动能定理求解此题 .练习 1. 在 P 板附近有一电子由静止开始向 Q 板运动，则关于电子到达 Q 板时的速率，下 列解释正确的是（ ）A. 两板间距离越大，加速时间就越长，则获得的速率就越大B. 两板间距离越小，加速时间就越长，则获得的速率就越大C. 与两板间的距离无关，仅与加速电压有关D. 以上解释都不对 .意图说明： 明白 1. 在带电粒子的加速运动中 ,电场力一定做正功 ,公式 W=qU 中 q 和 U 的符号总是相同 ,列方程时代入绝对值即可。2.电子做初速度为零的匀加速直线运动 ,本题也可用牛顿运动定律和运动学

6、求解, 还可以用动能定理求解。练习 2. 一束电子自下而上进人一水平方向的匀强电场后发生偏转，则电场方向为，进人电场后，电子的动能 （填”增加” 、”减少”或”不变” ）.解析 ：由于电子是基本粒子，其重力比电场力小得多，可忽略重力。电子所受初速度与电场力（合外力）垂直，电子做“类平抛运动”电场力方向指向曲线的凹侧，应水平向右，电场力做正功，电子的动能增加。意图说明：明白根据带电粒子的轨迹求解有关问题时 做出带电粒子的初速度和电场力矢量两个有向线段的 图示是解题的出发点。例 2. a、b、 c、d 为匀强电场中的四个等势面，一个电子从 电场后的运动轨迹如实线 NM ，由此可知（ ）A. 电子在

7、 N 的动能大于在 M 点的动能B. 电子在 N 点的电势能小于在 M 点的电势能C. 电场强度方向向左D. 电场中 a点电势低于 b 电电势 意图说明：明白带电粒子在匀强电场中做“类平抛运动”练习 3 .如图是一个说明示波管工作的部分原理图，电子经过加速后以速度 v0垂直进入偏转 电场，离开偏转电场时偏移量为 h，两平行板间距为 d，电压为 U ，板长为 L ，每单位电压 引起的偏移量（ h/U ）叫做示波管的灵敏度，为了提高灵敏度，可采用的办法是（ ）A. 增加两极板间的电势差 UB. 尽可能缩短板长 LC. 尽可能减小板间距 dD.使电子的入射速度 v0 大些 说明：先找到物理量表达式，

8、例 3. 一个电子以 4.0 106m s 的速度沿与电场垂直的方向从A 点飞进匀强电场，并且从另一端 B 点沿与场强方向成 1500角方向飞出，那么， A、B 两点间的电势差为多少伏？ （电 子的质量为 9.11031 kg）.意图说明： 明白学会用能量的观点处理带电粒子在电场中的运动问题； 曲线运动的基 本解法就是运动的合成和分解。例 4一束电子流在经 U1 5000V 的加速电压加速后，在距两极板等距处垂直进入平行板 间的匀强电场，如图所示，若两板间距d1.0cm，板长 L 5.0cm，那么，要使电子能从平行板间飞出，两个极板上最多能加多大电压？意图说明：明白瞬时速度是联系两个过程的桥梁

9、。练习 4. 静止的电子在加速电压 U1的作用下从 O 经 P 板的小孔射出 ,又垂直进入平行金属板 间的电场 ,在偏转电压 U2的作用下偏转一段距离 .现使 U1加倍 ,要想使电子的运动轨迹不发生变化 ,应该（）A. 使 U2加倍B. 使 U2变为原来的 4 倍C. 使 U2 变为原来的2倍D. 使 U 2变为原来的 12 倍 说明：电学情景，力学规律,然后射入电势差为 U2 的两块平行板间的匀强电场中,在满足电子射出平行板区的条件下,下述四种情况中 , 一定能使电子的偏转角 变大的是（A.U 1变大 ,U2变大C. U1变大, U2变小）B. U1变小 , U2变大D. U1变小, U2变

10、小意图说明：明白平抛运动不是分解速度，就是分解位移。练习 5电子在电势差为 U1 的加速电场中由静止开始运动例 5. 真空中相距 d=5cm 的两块平行金属板 A、B 与电源连接 （图中未画出 ），其中 B 板接地 （电势为零） ,A 板电势变化的规律如图将一个质量m=2.010-23 kg,电量 q=+1.610-15C的带电粒子从紧临 B板处释放，不计重力 .求（1）在 t=0时刻释放该带电粒子，释放瞬间粒子 加速度的大小 . （2）若 A 板电势变化周期 T=1.010-5s,在 t=0 时将带电粒子从紧临 B 板处无初 速释放，求粒子到达 A 板时动量的大小 意图说明：明白 “图 ”在物理学中有着十分重要的地位，它是将抽象物理问题直观化、形象化的最佳工具，中学物理中常用的图有示意