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学案设计

10.5电荷导学案

       年级       班    姓名            物理备课组  主备人           

【学习目标】：

(1)会从运动和力的关系的角度、从功和量变化的关系的角度分析带电粒子在匀强电场中的加速问题

(2)知道带电粒子垂直于电场线进人匀强场运动的特点，并能对偏移距离、偏转角度、离开电场时的速度等物理量进行分析与计算

(3)了解示波管的工作原理，体会静电场知识对科学技术的影响

转的问题，加深对从牛顿运动定律和功能关系两个

(4)通过解决带电粒子在电场中加速和偏转的问题，加深对从牛顿运动定律和功能关系两个运动分解为两个方向上的简单运动来处理的思路的角度分析物体运动的认识，以及将匀变速直线认识。

【自主学习】：

一、带电粒子在电场中的加速

1.带电粒子在电场中加速(直线运动)的条件:只受电场力作用时,带电粒子的        与电场强度的方向相同或相反。

2.分析带电粒子加速问题的两种思路:

(1)利用        结合匀变速直线运动公式来分析。

(2)利用静电力做功结合          来分析。

　[思考]　炽热的金属丝可以发射电子。在金属丝和金属板之间加上电压U,发射出的电子在真空中加速后,从金属板的小孔射出。设电子的电荷量为e,质量为m,不计电子离开金属丝时的初速度,电子从金属板的小孔射出的速度大小为多少?

二、带电粒子在电场中的偏转

1.条件:带电粒子的初速度方向跟电场力的方向     。

2.运动性质:带电粒子在匀强电场中做类平抛运动,运动轨迹是一条       线。

3.分析思路:同分析平抛运动的思路相同,利用运动的合成与分解思想解决相关问题。

　[思考]　

如图所示,质量为m、电荷量为q的粒子以初速度v0垂直于电场方向射入两极板间,两平行板间存在方向竖直向下的匀强电场,已知板长为l,板间电压为U,板间距为d,不计粒子的重力。则

(1)带电粒子在垂直于电场方向做什么运动?

(2)带电粒子在沿电场方向做什么运动?

三、示波管的原理

1.构造:示波管主要由     、偏转电极(XX'和YY')、荧光屏组成,管内抽成真空。

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'偏转电极上加的是待测的信号电压,使电子沿YY'方向偏转。

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

当堂练：

电子束焊接机中的电场线如图所示。K为阴极,A为阳极,两极之间的距离为d,在两极之间加上高压U,有一电子在K极由静止被加速。不考虑电子重力,元电荷为e,判断以下问题:

1.电子在K附近受到的电场力比在A附近要大。 (　　)

2.电子由K沿电场线到A电势能逐渐增大。 (　　)

3.电子到达A极板时的动能等于eU。 (　  )

【合作探究】：

一、带电粒子在电场中的加速

问题情境：在真空中有一对平行金属板,由于接上电池组而带电,两板间电势差为U,若一个质量为m、带正电荷q的粒子,以初速度v0从正极板附近向负极板运动。计算它到达负极板时的速度大小。

1.带电粒子的分类及受力特点:

(1)电子、质子、α粒子、离子等基本粒子,一般都不考虑重力,但不能忽略其质量。

(2)质量较大的微粒:带电小球、带电油滴、带电颗粒、带电尘埃等,除有说明或有明确的暗示外,处理问题时一般都不能忽略重力。

2.处理带电粒子在电场中加速问题的两种方法:

可以从动力学和功能关系两个角度分析:

　[规律方法总结]分析带电粒子在电场中加速运动的两种思路

(1)牛顿第二定律和运动学公式:

(2)动能定理:

二、带电粒子在电场中的偏转

　如图所示,有一带电粒子贴着A板沿水平方向射入匀强电场,当偏转电压为U1时,带电粒子沿①轨迹从两板正中间飞出;当偏转电压为U2时,带电粒子沿②轨迹落到B板中间;设粒子两次射入电场的水平速度相同。

[交流讨论]　两次偏转电压之比为多少?

探究结论

1.带电粒子在匀强电场中偏转的基本规律

（1）初速度方向：                             

（2）电场力方向：                            

2.偏转位移和偏转角

(1)粒子离开电场时的偏转位移：                         

(2)粒子离开电场时的偏转角：                            

(3)粒子离开电场时位移与初速度夹角的正切值：                   

【当堂练】

1.下列粒子从初速度为零的状态经过电压为U的电场后,速度最大的粒子是 (　　)　　　　　　　　　　　　　

A.质子H)                B.氘核H)

C.α粒子He)             D.钠离子(Na+)

2.如图所示,两平行板间有匀强电场,不同带电粒子先后以相同初速度v0,从平行板左侧中央沿垂直电场方向射入,粒子均不与平行板碰撞,粒子重力不计。设粒子质量为m,带电荷量为q,粒子从平行板右侧离开时偏转距离为y,则下列说法正确的是              (　　)

A.y与q成正比    B.y与m成反比

C.y与成正比     D.y与成反比

3.如图是一个说明示波管工作的原理图,电子经加速后以速度v0垂直进入偏转电场,离开偏转电场时偏转量是h,两平行板间的距离为d,电势差是U,板长是L,每单位电压引起的偏移量叫作示波管的灵敏度,为了提高灵敏度,可采用的方法是              (　　)

A.增大两极板间电势差U

B.尽可能使极板长L做得长些

C.尽可能使板间距离d增大些

D.使电子的入射速率v0大些

4.有一电子由静止开始经电压U1加速后,进入两块距离为d,电压为U2的平行金属板间,若电子从两板正中间垂直电场方向射入,且正好能穿出电场,设电子的电荷量大小为e,质量为m,不计电子所受重力。求:

(1)电子刚进入平行金属板时的水平初速度v0大小;

(2)电子在平行金属板间做类平抛运动的加速度a大小;

(3)金属板AB的长度L。