高中物理人教版 (2019)必修 第三册5 带电粒子在电场中的运动导学案

10.5《带电粒子在电场中的运动》学案

学习目标：

1．会从运动学和能量两个角度分析计算带电粒子在电场中的加速问题。

2．会从力和运动的合成与分解的角度分析计算带电粒子在电场中的偏转。

3．了解示波管的构造和工作原理。

重点：

1．会从运动学和能量两个角度分析计算带电粒子在电场中的加速问题。

2．会从力和运动的合成与分解的角度分析计算带电粒子在电场中的偏转。

难点：

会从力和运动的合成与分解的角度分析计算带电粒子在电场中的偏转。

学习过程：

【自学感知】

一、带电粒子在电场中的加速

1．利用电场使带电粒子加速时，带电粒子的速度方向与__________的方向相同或相反。

2．两种分析思路

(1)利用________________结合匀变速直线运动公式分析，适用于解决的问题属于____________且涉及运动时间等描述运动过程的物理量时。

(2)利用静电力做功结合________定理来分析，适用于问题只涉及位移、速率等动能定理公式中的物理量或非____________的情景。

二、带电粒子在电场中的偏转

1．偏转条件：带电粒子的初速度方向跟电场方向________。

2．运动轨迹：在匀强电场中，带电粒子的运动轨迹是一条__________，类似________运动的轨迹。

3．分析思路：跟分析平抛运动是一样的，不同的仅仅是平抛运动物体所受的是________，带电粒子所受的是__________。

拓展学习         示波管的原理

1．构造：示波管主要由______、________(XX′和YY′)、______组成，管内抽成真空。电子枪的作用是产生高速飞行的一束_______。

2．原理

(1)给电子枪通电后，如果在偏转电极XX′和YY′上都没有加电压，电子束将打在荧光屏的______点。

(2)示波管的YY′偏转电极上加的是______的信号电压，使电子沿_____方向偏转。

(3)示波管的XX′偏转电极上加的是仪器______产生的锯齿形电压(如图所示)，叫作扫描电压，使电子沿______方向偏转。

(4)如果信号电压是周期性的，并且扫描电压与信号电压的____相同，那么，就可以在荧光屏上得到待测信号在一个_____内随时间变化的稳定图像了。

【探究解惑】   

探究一：分析带电粒子在电场中加速运动的两种思路分别遵循哪些规律？

例1：粒子质量为，带电量为，极板间距为，电压为，求粒子到达右侧极板时的速度。

探究二：如果两极板是其他形状，中间的电场不再均匀，那么，处理带电粒子在电场中加速问题的两种方法是否仍然适用？为什么？

例2(多选)示波管中电子枪的原理示意图如图所示,示波管内被抽成真空。A为发射电子的阴极,K为接在高电势点的加速阳极,A、K间电压为U,电子离开阴极时的速度可以忽略,电子经加速后从K的小孔中射出时的速度大小为v。下面的说法正确的是(　　)

A. 如果A、K间距离减半而电压仍为U，则电子离开K时的速度仍为2v

B. 如果A、K间距离减半而电压仍为U，则电子离开K时的速度变为v/2

C. 如果A、K间距离不变而电压减半，则电子离开K时的速度变为

D. 如果A、K间距离不变而电压减半，则电子离开K时的速度变为v/2

探究三、带电粒子在匀强电场中偏转的知识要点有哪些？

例3、两个半径均为R的圆形平板电极,平行正对放置,相距为d,极板间的电势差为U,板间电场可以认为是匀强电场。一个α粒子从正极板边缘以某一初速度垂直于电场方向射入两极板之间,到达负极板时恰好落在极板中心。已知质子电荷量为e,质子和中子的质量均视为m,忽略重力和空气阻力的影响,求:

(1)极板间的电场强度E。

(2)α粒子在极板间运动的加速度a。

(3)α粒子的初速度v0。

例4：已知示波器的加速电压偏转电极的电压板间距、极板长板端到荧光屏的距离。 求：电子射出偏转电场时的偏向角正切值及打到屏上电子的偏移量。

【课堂小结】

10.5《带电粒子在电场中的运动》学案 答案

【自学感知】

一、带电粒子在电场中的加速    电场强度  牛顿第二定律  匀强电场  动能  匀强电场

二、带电粒子在电场中的偏转    垂直  抛物线  平抛  重力  静电力

拓展学习         示波管的原理

电子枪  偏转电极  荧光屏  电子  中心  待测  YY′  自身  XX′  周期  周期

【探究解惑 】  

探究一：

（1）牛顿第二定律和运动学公式

=     根据：

(2)动能定理

，

例1．答案： 方法一：牛顿第二定律和运动学

位移：根据：

得：

方法二：动能定理

电场力做功：

得：

探究二：

方法①不再适用，因为，该方法只适用于匀强电场情况。

 方法②仍然适用，因为不管是否为匀强电场,静电力做功都可以用W=qU计算,动能定理仍然适用。

例2 答案: C

探究三、

1.带电粒子在匀强电场中偏转的基本规律。

4.运动轨迹:抛物线。为类平抛运动,与平抛运动遵循相同的运动规律。

例3、

例4、解析：如图所示，电子在电场中做类平抛运动，点出电场后做直线运动，且其反向延长线过水平位移中点，则

加速电场部分：①

偏转电场部分： ，

则：②

联立①②得：

则：

【课堂小结】