高中物理 第一章 静电场 9 带电粒子在电场中的运动学案 新人教版选修3-1-新人教版高二选修3-1物理学案VIP专享VIP免费

9带电粒子在电场中的运动[学习目标]1.会从力和能量角度分析计算带电粒子在电场中的加速问题.2.能够用类平抛运动分析方法研究带电粒子在电场中的偏转问题.3.知道示波管的主要构造和工作原理.一、带电粒子的加速[导学探究]如图1所示，平行板电容器两板间的距离为d，电势差为U.一质量为m、带正电荷为q的α粒子，在电场力的作用下由静止开始从正极板A向负极板B运动.图1(1)比较α粒子所受电场力和重力的大小，说明重力能否忽略不计(α粒子质量是质子质量的4倍，即mα＝4×1.67×10－27kg，电量是质子的2倍).(2)α粒子的加速度是多少？在电场中做何种运动？(3)计算粒子到达负极板时的速度大小(尝试用不同的方法).答案(1)α粒子所受电场力大、重力小；因重力远小于电场力，故可以忽略重力.(2)α粒子的加速度为a＝，做初速度为0的匀加速直线运动.(3)方法1利用动能定理求解.在带电粒子的运动过程中，电场力对它做的功是W＝qU设带电粒子到达负极板时的速率为v，则Ek＝mv2由动能定理可知mv2＝qUv＝.方法2利用牛顿定律结合运动学公式求解.设粒子到达负极板时所用时间为t，则d＝at2v＝ata＝1联立解得v＝.[知识梳理]1.带电粒子的分类及受力特点(1)电子、质子、α粒子、离子等基本粒子，一般都不考虑重力.(2)质量较大的微粒：带电小球、带电油滴、带电颗粒等，除有说明或有明确的暗示外，处理问题时一般都不能忽略重力.2.分析带电粒子在电场力作用下加速运动的两种方法(1)利用牛顿第二定律F＝ma和运动学公式，只能用来分析带电粒子的匀变速运动.(2)利用动能定理：qU＝mv2－mv.若初速度为零，则qU＝mv2，对于匀变速运动和非匀变速运动都适用.[即学即用]判断下列说法的正误.(1)质量很小的粒子不受重力的作用.(×)(2)带电粒子在电场中只受电场力作用时，电场力一定做正功.(×)(3)牛顿定律结合运动学公式能分析匀强电场中的直线运动问题，也能分析非匀强电场中的直线运动问题.(×)(4)动能定理能分析匀强电场中的直线运动问题，也能分析非匀强电场中的直线运动问题.(√)二、带电粒子的偏转[导学探究]如图2所示，质量为m、电荷量为q的粒子以初速度v0垂直于电场方向射入两极板间，两平行板间存在方向竖直向下的匀强电场，已知板长为l，板间电压为U，板间距为d，不计粒子的重力.图2(1)粒子的加速度大小是多少？方向如何？做什么性质的运动？(2)求粒子通过电场的时间及粒子离开电场时水平方向和竖直方向的速度，及合速度与初速度方向的夹角θ的正切值.(3)求粒子沿电场方向的偏移量y.答案(1)粒子受电场力大小为F＝qE＝q，加速度为a＝＝，方向和初速度方向垂直且竖直向下.粒子在水平方向做匀速直线运动，在电场力方向做初速度为零的匀加速直线运动，其合运2动类似于平抛运动.(2)如图所示t＝vx＝v0vy＝at＝tanθ＝＝(3)y＝at2＝.[知识梳理]带电粒子在匀强电场中的偏转(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＝的匀加速直线运动.(2)运动规律①偏移距离：因为t＝，a＝，所以偏移距离y＝at2＝.②偏转角度：因为vy＝at＝，所以tanθ＝＝.[即学即用]判断下列说法的正误.(1)带电粒子在匀强电场中偏转时，加速度不变，粒子的运动是匀变速曲线运动.(√)(2)带电粒子在匀强电场中偏转时，可用平抛运动的知识分析.(√)(3)带电粒子在匀强电场中偏转时，若已知进入电场和离开电场两点间的电势差以及带电粒子的初速度，可用动能定理求解末速度大小.(√)三、示波管的原理图3[导学探究]图3为示波管结构原理图.(1)示波管由哪几部分组成？各部分的作用是什么？(2)在电极X和X′加扫描电压，目的是什么？在电极Y和Y′加信号电压，可以使电子向什么方向偏转？答案(1)主要有电子枪、偏转电极、荧光屏三部分组成.电子枪的作用是发射电子并且加速电子，使电子获得较大的速度；偏转电极的作用是使电子发生偏转；荧光屏的作用是显示电子的偏转情况.(2)扫描电压的作用是使电子在水平方向偏转，Y方向的信号电压可以使电子向上或向下偏转.[知识梳理]对示波管的认识3(1)示波管主要由电子枪(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)和荧光屏组...