高中人教版 (2019)5 带电粒子在电场中的运动导学案

带电粒子在电场中的运动

一、复习：电场中的加速和偏转

          二、学习目标

1. 会计算带电粒子在匀强电场中加速和偏转问题

2.会判断不同带电粒子在匀强电场中运动轨迹是否重合

3.熟悉示波器的结构和原理。                                                                              

三、学习重点、难点。

（重点）会计算带电粒子在匀强电场中做加速和偏转运动时的基本物理量

（难点）示波器的工作原理

四、完成目标

【聚焦目标一】自主学习

以下题的模型为例，计算以下常用的物理量

   如图，离子发生器发射出的一束质量为m，电荷量为q的离子，从静止经加速电压U1加速后，获得速度VO并沿垂直于电场线方向射入两平行板中央，受偏转电压U2作用后，以速度v离开电场，已知平行板长为L，两板间距为d。

1>计算VO的大小；

2>离子在偏转电场中的运动时间t；

3>离子在偏转电场中受到的电场力F；

4>离子在偏转电场的加速度（注意：不计重力）

5>离子在离开偏转电场时竖直方向的分速度Vy；

6>离子在离开偏转电场时的速度；

7>离子在离开电场时的偏移量以及偏转角

【聚焦目标二】（小组讨论，课堂展示）

证明：不同的带电粒子，经过同一电场加速后，又进入同一偏转电场，它们的运动轨迹必然重合，请同学们证明之。

小资料  总结：

1.初速度为零的带电粒子经过一电场的加速和另一电场的偏转后，带电粒子在电场中沿电场线方向偏移的距离和带电粒子的       无关，只取决于加速电场和偏转电场，且侧移距离y是分析粒子能否飞出偏转电场的关键条件

2.初速度为零的电性相同的不同带电粒子经过一电场加速和另一电场的偏转后，带电粒子在电场中的偏转角和带电粒子的m、q无关，只取决于加速电场和偏转电场，即它们在电场中的偏转角总         。

3.电性相同的不同带电粒子，先经过一电场加速和同一电场的偏转后，则它们的运动轨迹必定        。

【聚焦目标二】核心素养培养

示波管的原理

示波器是一种用途十分广泛的电子测量仪器，它能把肉眼看不到的电信号变换成看得见的图形，便于人们研究各种电现象的变化过程。仔细阅读教材“示波管的原理”标题下的内容，思考以下问题：

1. 认真阅读教材图10.5-4，可以看到示波管由三大部分组成，请分别在图中画出这三部分的名称，并简述它们的作用。

2.如果在第一部分中加上的恒定电压，电子从小孔射入第二部分中的速度是多少？

3.电子经过加速后，如果在电极XX'之间不加电压，但在YY'之间加不变的电压，使Y的电势比Y'高，电子运动过程中受哪个方向的力？通过计算，说明电子将打在荧光屏的什么位置？试着在图1中标出来。

如果在YY'之间不加电压，而在XX'之间加不变的电压，电子将打在荧光屏的什么位置?试着在图2中标出来。

4.如果在电极XX'之间不加电压，而在电YY'之间所加的电压按图3所示的规律随时间变化，在荧光屏上会看到什么图形?试着画出来。

4.如果YY'之间的电压仍然如图3所示，而在电极XX之间加不变的电压(X正、X'负)，在荧光屏上会看到什么图形？若XX＇之间的电压是“X负、X＇正”呢？试着画出来。

5.如果Y之间的电压仍然如图3所示，而在电极XX'之间所加的电压按图5所示的规律变化，在荧光屏上会看到什么图形?建议接以下步骤画图。

(1)在图上分別标出O、A、B、C、t1、D、E、F、t2几个时刻光点在荧光屏上的位置；

(2)根据以上光点的位置，画出荧光屏上的图形。

五、检测目标

例题：在示波管中，电子通过电子枪加速，进入偏转电场，然后射到荧光屏上，如图所示，设电子的质量为m(不考虑所受重力)，电荷量为e，从静止开始，经过加速电场加速，加速电场电压为U1，然后进入偏转电场，偏转电场中两板之间的距离为d，板长为L，偏转电压为U2，偏转电场边缘到荧光屏距离为D。求电子射到荧光屏上的偏移量Y是多大？

六、课堂小结：今天，你学到了什么？构建本课思维导图

七、课后反思：

●训练卡

基础过关练

1.)示波器是一种多功能电学仪器,它是由加速电场和偏转电场组成。如图所示,电子在电压为U1的电场中由静止开始加速,然后射入电压为U2的平行金属板间的电场中,入射方向与极板平行,在满足电子能射出偏转电场区的条件下,下述情况一定能使电子偏转角度θ变大的是(　　)

A.U1变大,U2变大　　　B.U1变小,U2变大

C.U1变大,U2变小　　　D.U1变小,U2变小

2.(多选)如图所示,有质子H)、氘核H)、氚核H)和氦核He)四种带电粒子,先后从加速电压是U1的加速电场中的P点由静止释放,被加速后从B板的小孔射出,沿C、D间的中线进入偏转电压为U2的偏转电场,都能够从偏转电场的另一端射出。如果不计重力的影响,以下判断中正确的是(　　)

A.质子H)的偏转位移y最大

B.氘核H)的偏转角θ最小

C.氦核He)射出偏转电场时的动能最大

D.质子H)射出偏转电场时的速度最大

3.一束电子流经U=5 000 V的加速电压加速后,在距一平行板电容器两极板等距离处沿与电场垂直的方向进入平行板间的匀强电场,如图所示。已知两板间距d=1.0 cm,板长l=5.0 cm,不计电子的重力和电子间的相互作用力。

(1)若要使电子能从平行板间飞出,两个极板上最大能加多大电压?

(2)若要使电子打到下板中央,则两个极板上需要加多大的电压?

能力提升练

1.(多选)如图所示,由粒子源发出A、B两种带正电的粒子,经过同一加速电场加速后,形成粒子束进入同一偏转电场中偏转,最终A、B两粒子都落在了偏转电场中的下极板上。粒子离开粒子源时的初速度可视为零,空气阻力、粒子的重力及粒子之间的相互作用力均可忽略不计。下列说法正确的是(　　)

A.离开加速电场时两粒子速度与它们的比荷成正比

B.两粒子在加速电场中的运动时间与它们的比荷成正比

C.两粒子打在偏转电场下极板时的动能与它们的电荷量成正比

D.两粒子一定打在偏转电场下极板的同一位置,这一位置与粒子本身无关

2.如图所示，静止的电子在加速电压U1的作用下从O经P板的小孔射出，又垂直进入平行金属板间的电场，在偏转电压U2的作用下偏转一段距离。现使U1加倍，要想使电子的运动轨迹不发生变化，应该(　　)

A．使U2加倍　　　　　　

B．使U2变为原来的4倍

C．使U2变为原来的倍

D．使U2变为原来的倍

3.示波管的内部结构如图所示，如果在电极YY'间加上图a所示电压，在电极XX'之间加上图b所示电压，荧光屏上出现的图像是（     ）

4.在空间有正方向水平向右、大小按如图所示的图线变化的电场,位于电场中A点的电子在t=0时速度为零,在t=1 s时,电子离A点的距离为l。那么在t=2 s时,电子将处在(　　)

A.A点　　　

B.A点左方l处

C.A点右方2l处　　　

D.A点左方2l处

5.(多选)如图甲所示,M、N为正对竖直放置的平行金属板,A、B为两板中心线上的两点。当M、N板间不加电压时,一带电小球从A点由静止释放经时间T到达B点,此时速度为v。若两板间加上如图乙所示的交变电压,t=0时,将带电小球仍从A点由静止释放。小球运动过程中始终未接触极板,则t=T时,小球(　　)

A.在B点上方　　　B.恰好到达B点

C.速度等于v　　　D.速度小于v

6.如图甲所示,水平放置的两平行金属板A、B相距为d,板间加有如图乙所示随时间变化的电压。A、B板中点O处有一带电粒子,其电荷量为q,质量为m,在0~时间内粒子处于静止状态。已知重力加速度为g,周期T=。(1)判断该粒子的电性;(2)求在0~时间内两板间的电压U0;

(3)若t=T时刻,粒子恰好从O点正下方金属板A的小孔飞出,那么的值应为多少?