带电粒子在电场中的运动 学案- 高二上学期物理人教版（2019）必修第三册

1、第十章 静电场中的能量第5节 带电粒子在电场中的运动学习目标1.通过探究活动结合生活实际，认识理解带电粒子在电场中的运动规律，并能分析解决加速和偏转方向的问题。2.引导学生经历科学探究过程，知道示波管的构造和基本原理，能解释相关的物理现象。重点难点重点带电粒子在匀强电场中的运动规律。难点运用电学知识和力学知识综合处理带电粒子在电场中的偏转问题。自主探究知识点1 带电粒子在电场中的加速1.基本粒子的受力特点：对于质量很小的基本粒子，如电子、质子等，虽然它们也会受到万有引力(重力)的作用，但万有引力(重力）一般 静电力，可以忽略不计。2.带电粒子加速问题的处理方法：(1)利用 分析。初速度为0的带

2、电粒子，经过电势差为U的电场加速后， ，则。（2）在匀强电场中也可利用牛顿定律结合运动学公式进行分析。知识点2 带电粒子在电场中的偏转极板长为l，极板间距离为d，电压为U。质量为m、电荷量为q的基本粒子，以初速度平行两极板进入匀强电场中后，粒子的运动特点和平抛运动相似。(1)初速度方向做匀速直线运动，穿越两极板的时间为 。(2)电场线方向做初速度为0的匀加速直线运动，加速度为 。知识点3 示波管的原理1.构造：示波管是示波器的核心部件，外部是一个抽成真空的玻璃壳，内部主要由 (由发射电子的灯丝、加速电极组成)、偏转电极(由一对X偏转电极板和一对Y偏转电极板组成)和 组成，如图所示。2.原理：(

3、1)扫描电压：XX偏转电极接入的是由仪器自身产生的锯齿形电压。(2)灯丝被电源加热后，出现热电子发射，发射出来的电子经加速电场加速后，以很大的速度进入偏转电场，如果在Y偏转极板上加一个 ，在X偏转极板上加一 ，在荧光屏上就会出现按Y偏转电压规律变化的可视图像。答案：远远小于 动能定理 电子枪 荧光屏信号电压 扫描电压预习检测1.下列粒子从静止状态经过电压为U的电场加速后速度最大的是 （ ）A.质子 B.氘核C.粒子 D.钠离子2.一束带电粒子以相同的速率从同一位置，垂直于电场方向飞入匀强电场中，所有粒子的运动轨迹都是一样的。这说明所有粒子 （ ）A.都具有相同的质量B.都具有相同的电荷量C.电

4、荷量与质量之比都相同D.都是同位素3.如图所示，从F处释放一个无初速度的电子向B板方向运动，则下列对电子运动的描述中错误的是(设电源电动势为U) （ ）A.电子到达B板时的动能是eUB.电子从B板到达C板动能变化量为0C.电子到达D板时动能是3eUD.电子在A板和D板之间做往复运动答案1.A 2.C 3.C探究思考【探究一】带电粒子在电场中的加速问题1.带电粒子的加速带电粒子以很小的速度进入电场中，在静电力作用下会做加速运动。示波器、电视显像管中的电子枪、回旋加速器都是利用电场对带电粒子进行加速的。2.处理方法(1)利用牛顿第二定律结合匀变速直线运动公式来分析。此种方法必须在匀强电场中使用(，

5、F为恒力，E恒定）。(2)利用静电力做功结合动能定理来分析。由于在非匀强电场中，公式W=qU同样适用，故此种方法可行性更高，应用程度更高。【探究二】带电粒子在电场中的偏转问题1.基本规律(1)初速度方向速度： 位移：(2)电场线方向速度： 位移：(3)离开电场时的偏转角： (4)离开电场时位移与初速度方向的夹角：2.几个常用推论(1)以相同的初速度进入同一个偏转电场的带电粒子，不论m、q是否相同，只要相同，即荷质比相同，则偏转距离y和偏转角相同。(2)若以相同的初动能进入同一个偏转电场，只要q相同，不论m是否相同，则偏转距离y和偏转角相同。(3)不同的带电粒子经同一加速电场加速后(即加速电压相

6、同)，进入同一偏转电场，则偏转距离y和偏转角相同。知识梳理随堂训练1.如图所示，电子由静止开始从A板向B板运动，到达B板的速度为v，保持两板间电压不变，则( )A.当减小两板间的距离时，速度v增大B.当减小两板间的距离时，速度v减小C.当减小两板间的距离时，速度v不变D.当减小两板间的距离时，电子在两板间运动的时间变长2.如图所示，静止的电子在加速电压的作用下从O经P板的小孔射出，又垂直进入平行金属板间的电场，在偏转电压的作用下偏转一段距离。现使加倍，要想使电子的运动轨迹不发生变化，应该( )A.使加倍B.使变为原来的4倍C.使变为原来的倍D.使变为原来的3.如图所示，在匀强电场E中，一带电粒

7、子q的初速度恰与电场线方向相同，则带电粒子q在开始运动后，将( )A沿电场线方向做匀减速直线运动 B沿电场线方向做变加速直线运动C沿电场线方向做匀加速直线运动 D偏离电场线方向做曲线运动4.如图所示,空间有一水平匀强电场,在竖直平面内的初速度为的带电微粒,沿图中虚线由运动到,其能量变化情况是( ) A.动能减少,重力势能增加,电势能减少B.动能减少,重力势能增加,电势能增加C.动能不变,重力势能增加,电势能减少D.动能增加,重力势能增加,电势能减少答案以及解析1.答案：C解析：由动能定理得，当改变两极板间的距离时，U不变，v就不变，故选项AB错误，C正确；电子在极板间做初速度为零的匀加速直线运动，即，当d减小时，v不变，电子在两极板间运动的时间变短，故选项D错误。2.答案：A解析：设偏转电极的长度为L，板间距离为d，则根据推论可知，偏转距离。使加倍，要想使电子的运动轨迹不发生变化，即y不变，则必须使加倍，故选A。3.答案：A解析：在匀强电场E中，带电粒子所受静电力为恒力。带电粒子受到与运动方向相反的恒定的静电力作用，产生与运动方向相反的恒定的加速度，因此，带电粒子q在开始运动后，将沿电场线做匀减速直线运动。故A正确。4.答案：B解