2024-2025学年新教材高中物理第十章静电场中的能量第五节带电粒子在电场中的运动学案新人教版必修3

PAGE6-带电粒子在电场中的运动学习目标1.会利用动力学的观点解答带电粒子在电场中的运动问题。2.会分析带电粒子在电场中运动的能量转化状况。3.驾驭带电粒子在复合场中运动问题的分析方法。4.了解示波管的构造和基本原理。重点难点1.了解带电粒子在电场中的运动特点。(重点)2.会运用静电力、电场强度的概念，依据牛顿运动定律及运动学公式探讨带电粒子在电场中的运动。(难点)3.会运用静电力做功、电势、电势差的概念，依据功能关系探讨带电粒子在电场中的运动。(难点)自主探究一、带电粒子的加速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，它们受到重力的作用一般远小于静电力，故可以忽视。2．带电粒子的加速(1)带电粒子在电场加速(直线运动)条件：只受电场力作用时，初速度为零或与电场力方向相同。(2)分析方法：动能定理。(3)结论：初速度为零，带电荷量为q，质量为m的带电粒子，经过电势差为U的电场加速后，获得的速度为v＝eq\r(\f(2qU,m))。二、带电粒子的偏转质量为m、带电荷量为q的基本粒子(忽视重力)，以初速度v0平行于两极板进入匀强电场，极板长为l，板间距离为d，板间电压为U。1．运动性质(1)沿初速度方向：速度为v0的匀速直线运动。(2)垂直v0的方向：初速度为零，加速度为a＝eq\f(qU,md)的匀加速直线运动。2．运动规律三、示波管的原理1．构造：示波管主要由电子枪、偏转电极(XX′和YY′)、荧光屏组成，管内抽成真空。2．原理(1)给电子枪通电后，假如在偏转电极XX′和YY′上都没有加电压，电子束将打在荧光屏的中心O点。(2)带电粒子在Ⅰ区域是沿直线加速的，在Ⅱ区域是偏转的。(3)若UYY′>0，UXX′＝0，则粒子向Y板偏移；若UYY′＝0，UXX′>0，则粒子向X板偏移。课堂小测(1)基本带电粒子在电场中不受重力。 (×)(2)带电粒子仅在电场力作用下运动时，动能肯定增加。 (×)(3)带电粒子在匀强电场中偏转时，其速度和加速度均不变。 (×)(4)带电粒子在匀强电场中无论是直线加速还是偏转，均做匀变速运动。 (√)(5)示波管电子枪的作用是产生高速飞行的电子束，偏转电极的作用是使电子束发生偏转，打在荧光屏的不同位置。 (√)要点探究要点探究要点1电场中带电粒子的分类基本粒子带电微粒示例电子、质子、α粒子、正离子、负离子等带电小球、液滴、尘埃等特点重力远小于静电力，故不计重力所受重力不行忽视说明某些带电体是否考虑重力，要依据题目说明或运动状态来判定要点2带电粒子在电场中做直线运动的两种处理方法(1)力和运动的关系——牛顿其次定律依据带电粒子受到的静电力，用牛顿其次定律求出加速度，结合运动学公式确定带电粒子运动的速度、时间和位移等。这种方法适用于恒力作用下做匀变速运动的状况。(2)功能关系——动能定理由粒子动能的改变量等于静电力做的功知：①若粒子的初速度为0，则有eq\f(1,2)mv2＝qU，v＝eq\r(\f(2qU,m))。②若粒子的初速度不为0，则有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))。要点3带电粒子在复合场中的运动1．受力状况：受重力与静电力。2．处理方法：对于电场为匀强电场的状况，因重力和静电力都是恒力，所以可以看作一个力来分析求解。要点4带电粒子在交变电场中的运动1．受力状况：粒子所受的静电力是周期性改变的，即与速度方向在一段时间内同向，在下一段时间内反向。2．运动特点：一会儿加速，一会儿减速；可能始终向前运动，也可能做往复运动，由粒子最初进入电场的时间确定。3．处理方法：应用牛顿其次定律结合运动学公式求解。随堂训练1.如图所示，三块平行放置的带电金属薄板A、B、C中心各有一小孔，小孔分别位于O、M、P点.由O点静止释放的电子恰好能运动到P点.现将C板向右平移到P’点，则由O点静止释放的电子()A.运动到P点返回 B.运动到P和P’点之间返回C.运动到P’点返回 D.穿过P’点2.如图所示，在匀强电场E中，一带电粒子－q的初速度恰与电场线方向相同，则带电粒子－q在起先运动后，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3.如图所示，水平放置的平行板电容器之间存在匀强电场。两个带电粒子同时分别从上极板的左、右边缘处水平射入板间电场，并恰好在P点相遇，P点与两极板间距相同。不计粒子重力，忽视两个带电粒子之间的相互作用，则（）A.两个带电粒子的质量肯定相同B.两个带电粒子的电荷量肯定相同C.若两个带电粒子的初速度均变为原来的，它们在到达下极板前仍能相遇D.若两个带电粒子的初速度均变为原来的，它们在到达下极板前不会相遇4.如图所示,有一带电粒子贴着A板沿水平方向射人匀强电场,当偏转电压为时,带电粒子沿①轨迹从两板正中间飞出;当偏转电压为时,带电粒子沿②轨迹落到B板中间.设粒子两次射入电场的水平速度相同,则两次偏转电压之比为()

A. B.

C. D.

答案以及解析1.答案：A解析：设AB间电场强度为,BC间场强为，依据题意由O点释放的电子恰好能运动到P点，依据动能定理，有①BC板电量不变，BC板间的场强②由②知BC板间的场强不随距离的改变而改变，当C板向右平移到P′时，BC板间的场强不变，由①知，电子仍旧运动到P点返回，故A正确，BCD错误；故选：A2.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在起先运动后，将沿电场线做匀减速直线运动。故A正确。3.答案：D解析：两个带电粒子均做类平拋运动，则均有，由题意可知，两个带电粒子从射入极板至相遇的过程中下落高度和运动时间均相同，则比荷相同，但质量与电荷量不肯定相同，A、B错误，若两个带电粒子的初速度均变为原来