人教版 (新课标)选修39 带电粒子在电场中的运动导学案

这是一份人教版 (新课标)选修39 带电粒子在电场中的运动导学案，共6页。学案主要包含了提出疑惑，选择题，带电粒子的偏转等内容，欢迎下载使用。

1.进一步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.通过带电粒子在电场中加速、偏转过程分析，培养学生的分析、推理能力
3.进一步理解示波管的构造和基本原理。
预习内容及学法指导
1．带电的基本粒子：如电子，质子，α粒子，正负离子等。这些粒子所受重力和电场力相比在小得多，除非有说明或明确的暗示以外，一般都不考虑重力。（但并不能忽略质量）
2．带电微粒：如带电小球、液滴、尘埃等。除非有说明或明确的暗示以外，一般都考虑重力。
3．利用电场来改变或控制带电粒子的运动，最简单情况有两种，利用电场使带电粒子________；利用电场使带电粒子________．
4．带电粒子的加速：v=.（利用动能定理得到更简单）
5.带电粒子的偏转：
（1）、动力学分析：带电粒子做匀变速曲线运动 (类平抛运动)．
（2）、运动的分析方法(看成类平抛运动)：
①沿初速度方向做速度为v0的匀速直线运动．
②沿电场力方向做初速度为零的匀加速直线运动．
③竖直方向的偏转距离：y=at2=
④粒子离开电场时的偏转角度θ为：tanθ=
⑤若带电粒子的初速v0是在电场的电势差U1下加速而来的（从零开始）
y= θ=arctan （ 与q、m无关。）
6.示波管的构造及原理原理：
（1）示波管：示波管的核心部件是_____________，示波管由电子枪、_____________和荧光屏组成，管内抽成真空．
（2）原理：
进一步认真阅读教材，观察教材插图，在上节课学习的基础上，体会分析带电粒子在电场中运动的方法。
三、提出疑惑
2013—2014学年高二物理选修3-1导学案 编制人：李敏 审核人：使用时间：2013、9编号：10
课题：1.9带电粒子在电场中的运动的习题课
课内探究学案
【学习目标】
1.进一步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.通过带电粒子在电场中加速、偏转过程分析，培养学生的分析、推理能力
3.进一步理解示波管的构造和基本原理。
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偏转问题
【预习检测】
一、选择题
1．关于带电粒子(不计重力)在匀强电场中的运动情况，下列说法正确的是( )
A．一定是匀变速运动
B．不可能做匀减速运动
C．一定做曲线运动
D．可能做匀变速直线运动，不可能做匀变速曲线运动
2．质子(eq \\al(1,1)H)、α粒子(eq \\al(4,2)He)、钠离子(Na＋)三个粒子分别从静止状态经过电压为U的同一电场加速后，获得动能最大的是( )
A．质子(eq \\al(1,1)H) B．α粒子(eq \\al(4,2)He)
C．钠离子(Na＋) D．都相同
3.如图所示，质子(eq \\al(1,1)H)和α粒子(eq \\al(4,2)He)，以相同的初动能垂直射入偏转电场(粒子不计重力)，则这两个粒子射出电场时的侧位移y之比为( )
A．1∶1 B．1∶2
C．2∶1 D．1∶4
学习过程】
知识（基本规律回顾）
一、带电粒子的加速
二、带电粒子的偏转
三、示波管的原理：
例题：如图所示，一电子枪发射出的电子(初速度很小，可视为零)进入加速电场加速后，垂直射入偏转电场，射出后偏转位移为y，要使偏转位移增大，下列哪些措施是可行的(不考虑电子射出时碰到偏转电极板的情况)( )
A．增大偏转电压U
B．减小加速电压U0
C．增大偏转电场的极板间距离d
D．将发射电子改成发射负离子
解析：选AB.在加速电场中qU0＝eq \f(1,2)mveq \\al(2,0)，在偏转电场中y＝eq \f(1,2)at2，l＝v0t，可得y＝eq \f(Ul2,4U0d)，可见增大偏转电压U，减小加速电压U0，减小极板间距离d可使偏转位移y增大，故A、B项正确，C项错误．偏转位移的大小与发射的带电粒子的q、m无关，故D项错误．故选AB.
变式：
如图所示是一个说明示波管工作原理的示意图，电子经电压U1加速后垂直进入偏转电场，离开电场时的偏转量是h，两平行板间的距离为d，电势差为U2，板长为L.为了提高示波管的灵敏度(每单位电压引起的偏转量eq \f(h,U2))，可采用的方法是( )
A．增大两板间的电势差U2
B．尽可能使板长L短些
C．尽可能使板间距离d小一些
D．使加速电压U1升高一些
合作探究：
1.平行金属板A、B分别带等量异种电荷，A板带正电，B板带负电，a、b两个带正电粒子，以相同的速率先后垂直于电场线从同一点进入两金属板间的匀强电场中，并分别打在B板上的a′、b′两点，如图所示．若不计重力，则( )
A．a粒子的带电荷量一定大于b粒子的带电荷量
B．a粒子的质量一定小于b粒子的质量
C．a粒子的带电荷量与质量之比一定大于b粒子的带电荷量与质量之比
D．a粒子的带电荷量与质量之比一定小于b粒子的带电荷量与质量之比
2..如图所示，A、B为两块足够大的相距为d的平行金属板，接在电压为U的电源上．在A板的中央P点放置一个电子发射源．可以向各个方向释放电子．设电子的质量为m、电荷量为e，射出的初速度为v.求电子打在B板上的区域面积？(不计电子的重力)
3.如图所示，M、N是真空中的两块平行金属板．质量为m、电荷量为q的带电粒子，以初速度v0由小孔进入电场，当M、N间电压为U时，粒子恰好能到达N板．如果要使这个带电粒子到达M、N板间距的1/2后返回，下列措施中能满足要求的是(不计带电粒子的重力)( )
A．使初速度减为原来的1/2
B．使M、N间电压加倍
C．使M、N间电压提高到原来的4倍
D．使初速度和M、N间电压都减为原来的1/2
拓展提升：
示波器的示意图如图所示，金属丝发射出来的电子被加速后从金属板的小孔穿出，进入偏转电场．电子在穿出偏转电场后沿直线前进，最后打在荧光屏上．设加速电压U1＝1 640 V，偏转极板长l＝4 m，金属板间距d＝1 cm，当电子加速后从两金属板的中央沿板平行方向进入偏转电场．求：
(1)偏转电压U2为多大时，电子束的偏移量最大？
(2)如果偏转板右端到荧光屏的距离L＝20 cm，则电子束最大偏转距离为多少？
解析：(1)设电子被电压U1加速后获得速度大小为v0，则有qU1＝eq \f(1,2)mveq \\al(2,0)
在金属板间电子的最大偏移量y1＝eq \f(d,2)＝0.5 cm
则y1＝eq \f(1,2)at2＝eq \f(1,2)eq \f(qU2,md)·eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(l,v0)))2＝eq \f(U2l2,4dU1)
解得U2＝2.05×10－2 V.

(2)电子离开偏转电场后做匀速直线运动，可看做从极板的正中心沿直线射出，如图所示．由几何知识，
得eq \f(y1,y)＝eq \f(\f(l,2),\f(l,2)＋L)
解得y＝0.55 cm.
答案：(1)2.05×10－2 V (2)0.55 cm
【规律与方法总结】
1.研究带电粒子在电场中运动的两条主要线索
2.研究带电粒子在电场中运动的两类重要的思维技巧
3.解题的一般步骤是：
(1)根据题目描述的物理现象和物理过程以及要回答问题，确定出研究对象和过程．并选择出“某个状态”和反映该状态的某些“参量”，写出这些参量间的关系式．
(2)依据题目所给的条件，选用有关的物理规律，列出方程或方程组，运用数学工具，对参量间的函数关系进行逻辑推理，得出有关的计算表达式．
(3)对表达式中的已知量、未知量进行演绎、讨论，得出正确的结果．
【当堂检测】
1.如图所示，电子由静止开始从A板向B板运动，当到达B板时速度为v，保持两板间电压不变，则( )
A．当增大两板间距离时，v增大
B．当减小两板间距离时，v增大
C．当改变两板间距离时，v不变
D．当增大两板间距离时，电子在两板间运动的时间增大
2. 如图所示，两金属板与电源相连接，电子从负极板边缘垂直电场方向射入匀强电场，且恰好从正极板边缘飞出．现在使电子入射速度变为原来的两倍，而电子仍从原位置射入，且仍从正极板边缘飞出，则两极板的间距应变为原来的( )
A．2倍
B．4倍
C.eq \f(1,2)
D.eq \f(1,4)
【作业布置】1、预习
2、完成练习册相关联系
解析：
打在最边缘的电子，其初速度方向平行于金属板，在电场中做类平抛运动，在垂直于电场方向做匀速运动，
即 r＝vt ①
在平行电场方向做初速度为零的匀加速运动，即
d＝eq \f(1,2)at2 ②
电子在平行电场方向上的加速度
a＝eq \f(eE,m)＝eq \f(eU,md) ③
电子打在B板上的区域面积
S＝πr2 ④
由①②③④得S＝eq \f(2πmv2d2,eU).
答案：eq \f(2πmv2d2,eU)
3.解析：选BD.由题意知，带电粒子在电场中做减速运动，在粒子恰好能到达N板时，由动能定理可得：
－qU＝－eq \f(1,2)mveq \\al(2,0) 7
要使粒子到达两极板中间后返回，设此时两极板间电压为U1，粒子的初速度为v1，则由动能定理可得：
－qeq \f(U1,2)＝－eq \f(1,2)mveq \\al(2,1)
联立两方程得：eq \f(U1,2U)＝eq \f(v\\al(2,1),v\\al(2,0))
可见，选项B、D均符合等式的要求．故选BD.
竖直方向d＝eq \f(1,2)at2＝eq \f(qUl2,2mdv\\al(2,0))故d2＝eq \f(qUl2,2mv\\al(2,0))，即d∝eq \f(1,v0)，故选C.疑惑点
疑惑内容