高中物理 第2章 电势能与电势差 第4节 带电粒子在电场中的运动教案 鲁科版必修第三册-鲁科版高二第三册物理教案VIP专享VIP免费

第4节带电粒子在电场中的运动核心素养物理观念科学思维科学探究1.运用静电力、电场强度等概念研究带电粒子运动时的加速度、位移等量的变化。2.运用静电力做功，电势等概念研究带电粒子的运动过程中能量的转化。1.通过研究加速过程的分析，培养学生的分析推理能力。2.通过带电粒子的偏转、类比平抛运动，分析带电粒子的运动规律。通过研究带电粒子的运动情况，能解释相关物理现象，培养热爱科学的精神。知识点一带电粒子加速[观图助学]如图所示，平行板两极板间的电压为U，距离为d。将一质量为m，电荷量为q的正离子从左极板附近由静止释放。(1)离子的加速度多大？做什么运动？(2)怎么求离子到达负极板时的速度？试用两种方法。1.受力分析仍按力学中受力分析的方法分析，只是多了一个静电力而已，若带电粒子在匀强电场中，则静电力为恒力(qE)；若在非匀强电场中，则静电力为变力。2.运动分析：带电粒子从静止释放，将沿电场力方向在匀强电场中做匀加速直线运动。3.末速度大小：根据qU＝mv2，得v＝。[思考判断](1)带电粒子在电场中只受电场力作用时，可能做匀速直线运动。(×)(2)带电粒子沿电场方向进入电场时，一定做匀加速直线运动。(×)(3)动能定理能分析匀强电场中的直线运动问题，不能分析非匀强电场中的直线运动问题。(×)(4)带电粒子在电场中只受电场力作用时，其动能和电势能总和保持不变。(√)知识点二带电粒子偏转1.运动状态分析如图所示，电子以初速度v0垂直于电场线方向射入匀强电场时，电子只受到恒定的与初速度方向成90°角的电场力作用而做匀变速曲线运动，类似于力学中的平抛运动(轨迹为抛物线)。2.运动规律(如图所示)偏转角度θ满足：tanθ＝[思考判断](1)带电粒子垂直进入匀强电场，一定做匀变速曲线运动。(√)(2)带电粒子垂直进入点电荷电场，一定做匀速圆周运动。(×)(3)带电粒子垂直进入匀强电场，其运动可看成沿电场方向的匀速运动和垂直电场方向的匀加速运动的合运动。(×)平行板间的电场为匀强电场，带电粒子受恒定电场力作用。带电粒子(1)基本粒子：电子、质子(H)、α粒子(He)、离子等。除有说明或有明确的暗示以外，一般都不考虑重力，但不能忽略质量。(2)带电微粒、液滴、尘埃、小球等。除有说明或有明确的暗示以外，一般都不能忽略重力。静电力和重力均是恒力，在静电力作用下粒子的运动可与重力作用下质点的运动类比。沿垂直电场线方向射入匀强电场时的带电粒子的运动可类比平抛运动。y＝at2＝tanθ＝＝核心要点带电粒子加速[要点归纳]1.力和运动的关系——牛顿第二定律根据带电粒子受到的静电力，用牛顿第二定律找出加速度，结合运动学公式确定带电粒子的速度、位移等。这种方法通常适用于恒力作用下粒子做匀变速运动的情况。例如：a＝＝＝，v＝v0＋at，x＝v0t＋at22.功和能的关系——动能定理根据静电力对带电粒子做的功，引起带电粒子的能量发生变化，利用动能定理或全过程中能量的转化，研究带电粒子的速度变化、位移等。这种方法也适用于非匀强电场。例如：带电粒子经过电势差为U的电场加速后，由动能定理得qU＝mv2－mv，则带电粒子的速度v＝，若粒子的初速度为零，则带电粒子的速度v＝。当带电粒子以极小的速度进入电场中时，在静电力作用下做加速运动，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。[试题案例][例1]中国科学院2015年10月宣布中国将在2020年开始建造世界上最大的粒子加速器。加速器是人类揭示物质本源的关键设备，在放射治疗、食品安全、材料科学等方面有广泛应用。如图所示，某直线加速器由沿轴线分布的一系列金属圆管(漂移管)组成，相邻漂移管分别接在高频脉冲电源的两极，质子从K点沿轴线进入加速器并依次向右穿过各漂移管，在漂移管内做匀速直线运动，在漂移管间被电场加速，加速电压视为不变。设质子进入漂移管B时速度为8×106m/s，进入漂移管E时速度为1×107m/s，电源频率为1×107Hz，漂移管间缝隙很小，质子在每个管内运动时间视为电源周期的。质子的比荷取1×108C/kg，求：(1)漂移管B的长度；(2)相邻漂移管间的加速电压。解析(1)设质子进入漂移管B的速度为vB，电源频率、周期分别为f、T，...