人教版 (新课标)选修39 带电粒子在电场中的运动学案设计

学习目标        主备：刘焕玲   审核：李风江、罗保健

一、知识与技能：

  1、掌握带电粒子在电场中加速和偏转的规律；

2、理解电压对粒子加速和偏转的影响，并能综合利用力学知识对有关问题进行分析；

3、了解加速和偏转在实际中的应用。

二、过程与方法：1、掌握带电粒子在电场中偏转的处理方法；

2、让学生通过讨论和思考得出知识，注重知识的建构过程；

三、情感态度与价值观：1、了解加速和偏转在实际中的应用，培养应用知识的意识，激发学习兴趣；        2、在讨论中培养合作精神

自主体验

一、带电粒子的加速

1．带电粒子：对于质量很小的带电粒子，如电子、质子等，虽然它们也会受到万有引力(重力)的作用，但一般来说________静电力，可以忽略．

2．带电粒子被加速：在匀强电场E中，被加速的粒子电荷量为q，质量为m，从静止开始加速的距离为d，加速后的速度为v，这些物理量间的关系满足________：qEd＝mv2.在非匀强电场中，若粒子运动的初末位置的电势差为U，动能定理表达为：________.一般情况下带电粒子被加速后的速度可表示成：v＝ .

二、带电粒子的偏转：带电粒子的电荷量为q，质量为m，以初速度v0垂直电场线射入两极板间的匀强电场．板长为l、板间距为d，两极板间的电势差为U.

1．粒子在v0的方向上做________直线运动，穿越两极板的时间为：________. 

2．粒子在垂直于v0的方向上做初速度__________的________速直线运动：加速度为：a＝.

粒子离开电场时在电场方向上偏离原射入方向的距离称为________距离，用y表示，离开电场时速度方向跟射入时的初速度方向的夹角称为__________，用θ表示．

偏移距离为：y＝at2＝__________，偏转角：tan θ＝＝__________.

三、示波管的原理

1．示波管的构造：示波管是一个真空电子管，主要由三部分组成，分别是：____________、两对__________和____________．

2．示波管的基本原理：电子在加速电场中被________，在偏转电场中被________．

知识探究

一、带电粒子的加速

合作完成：带电粒子在电场中受静电力作用，我们可以利用电场来控制粒子，使它加速或偏转．直线加速器就是在真空金属管中加上高频交变电场使带电粒子获得高

                                    .1.

能的装置(如图1所示)，它能帮助人们更深入地认识微观世界．你知道它的加速原理吗？

1．带电粒子在电场中受哪些力作用？重力可以忽略吗？

.

二、带电粒子的偏转 

合作完成：1．带电粒子以初速度v0垂直电场方向射入匀强电场，不计重力作用，它的受力有什么特点？ 

2．它的运动规律与什么运动相似？

3．推导粒子离开电场时沿垂直于极板方向的偏移量和偏转的角度．

知识总结：1．处理方法：应用运动的合成与分解知识分析处理，一般将匀变速曲线运动分解为：沿初速度方向的____________和沿电场力方向的初速度为________的匀加速直线运动．

2．基本关系：         

3．导出关系：(1)粒子离开电场时的侧移位移为：y＝

(2)粒子离开电场时的偏转角tan θ＝＝

三、示波器原理

1．示波管主要由哪几部分构成？

2．电子枪和偏转电极分别利用了本节哪一部分的知识？

3．回答课本“思考与讨论”部分的问题．

典例剖析

一、带电粒子的加速

【例1】 如图所示，在点电荷＋Q的电场中有A、B两点，将质子和α粒子分别从A点由静止释放，到达B点时，它们的速度大小之比为多少？

                                 .2.

变式训练1：如图3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，保持两板间的电压不变，则(　　)

A．当增大两板间的距离时，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增大

二、带电粒子的偏转

【例2】一束电子流在经U＝5 000 V的加速电场加速后，在距两极板等距处垂直进入平行板间的匀强电场，如图4所示．若两板间距d＝1.0 cm，板长l＝5.0 cm，那么，要使电子能从平行板间飞出，两个极板上最多能加多大电压？

变式训练2：试证明：带电粒子从偏转电场沿中线射出时，其速度v的反向延长线过水平位移的中点(即粒子好像从极板间处沿直线射出，如图所示，x＝)．

课堂达标

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(H)                             B．氘核(H)

C．α粒子(He)                         D．钠离子(Na＋)

2. 如图5所示，两平行金属板相距为d，电势差为U，一电子质量为m，电荷量为e，从O点沿垂直于极板的方向射出，最远到达A点，然后返回，如图所示，＝h，此电子具有的初动能是(　　)

A.       B．edUh       C.          D.

3．有一束正离子，以相同速率从同一位置进入带电平行板电容器的匀强电场中，所有离子的运动轨迹一样，说明所有离子(　　)

A．具有相同的质量                 B．具有相同的电荷量

C．具有相同的比荷                 D．属于同一元素的同位素

                                  .3.

4. 长为L的平行金属板电容器，两板间形成匀强电场，一个带电荷量为＋q，质量为m的带电粒子，以初速度v0紧贴上极板沿垂直于电场线方向射入匀强电场中，刚好从下极板边缘射出，且射出时速度方向恰好与下板成30°角，如图6所示，求匀强电场的场强大小和两极板间的距离．

课后达标

1.一束质量为m、电荷量为q的带电粒子以平行于两极板的速度v0进入匀强电场，如图所示．如果两极板间电压为U，两极板间的距离为d、板长为L.设粒子束不会击中极板，则粒子从进入电场到飞出电场时电势能的变化量为________．(粒子的重力忽略不计)

2．平行金属板间的电场是匀强电场，如果已知两极板间电压为U，你能利用牛顿定律求解一质量为m，所带电荷量为q的带电粒子从一极板到达另一极板时的速度吗？

3．如图所示，长为l，倾角为θ的光滑绝缘斜面处于水平向右的匀强电场中，一电荷量为＋q，质量为m的小球，以初速度v0从斜面底端A点开始沿斜面上滑，当达到斜面顶端的B点时，速度仍为v0，求电场强度E.