高中物理人教版 (新课标)选修3选修3-1第一章 静电场9 带电粒子在电场中的运动导学案及答案

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1.9 带电粒子在电场中的运动 学案学习目标1．了解带电粒子在电场中的运动——只受电场力，带电粒子做匀变速运动。2．重点掌握初速度与场强方向垂直的带电粒子在电场中的运动(类平抛运动)。3．知道示波管的主要构造和工作原理。重点：带电粒子在电场中的加速和偏转规律 难点：带电粒子在电场中的偏转问题及应用。知识梳理（一）带电粒子在电场中加速1．  匀强电场两种方法求粒子的动能或速度：方法一：运用牛顿第二定律和运动学公式方法二：运用动能定理2．  非匀强电场用动能定理求解粒子动能的变化或末速度方法：动能定理  如果粒子初速度为零，则获得的速度为 （二）带电粒子在电场中的偏转（粒子垂直进入匀强电场）1．速度2．位移（三）示波管的工作原理1．电子在偏转电场中做类平抛运动2．电子打出偏转电场后，做匀速直线运动电子打在屏上位置 例题精讲例1.如图所示，氕、氘、氚的原子核自初速为零经同一电场加速后，又经同一匀强电场偏转，最后打在荧光屏上，那么(　　)A．经过加速电场过程，电场力对氚核做的功最多B．经过偏转电场过程，电场力对三种核做的功一样多C．三种原子核打在屏上时的速度一样大D．三种原子核都打在屏上的同一位置上解析　同一加速电场、同一偏转电场，三种粒子带电荷量相同，在同一加速电场中电场力对它们做的功都相同，在同一偏转电场中电场力对它们做的功也相同，A错，B对；由于质量不同，所以打在屏上的速度不同，C错；再根据偏转距离公式或偏转角公式y＝，tan φ＝知，与带电粒子无关，D对．答案　BD例2．一个电子以4.0×107 m/s的初速度沿电场线方向射入电场强度为2.5×104 N/C的匀强电场中，问：这个电子在电场中能前进多远？用的时间是多少？这段距离上的电势差是多少？(电子质量m＝0.91×10－30 kg)解析　电子在电场中做匀减速直线运动，由牛顿第二定律得电子的加速度a＝eE/m　　　　　　　　　　　　　　　　 　 ①电子在电场中前进的时间t＝v0/a               ②电子在电场中前进的距离x＝at2/2              ③由①②③解得x＝0.182 m，t＝9.1×10－9s这段距离上的电势差U＝Ex＝4.55×103 V.答案　0.182 m　9.1×10－9 s　4.55×103 V【反思】收获 疑问   当堂练习1．一带电粒子在电场中只受电场力作用时，它不可能出现的运动状态是(　　)A．匀速直线运动                   B．匀加速直线运动C．匀变速曲线运动                 D．匀速圆周运动答案　A2．带电粒子经加速电场加速后垂直进入两平行金属板间的偏转电场，要使它离开偏转电场时偏转角增大，可采用的方法有(　　)A．增加带电粒子的电荷量                  B．增加带电粒子的质量C．增大加速电压                          D．增大偏转电压答案　D解析　同一加速电场、同一偏转电场，偏转角为tan θ＝，U′为偏转电压，D正确．3．如图所示的示波管，当两偏转电极XX′、YY′电压为零时，电子枪发射的电子经加速电场加速后会打在荧光屏上的正中间(图示坐标的O点，其中x轴与XX′电场的场强方向重合，x轴正方向垂直于纸面向里，y轴与YY′电场的场强方向重合，y轴正方向竖直向上)．若要电子打在图示坐标的第Ⅲ象限，则(　　)A．X、Y极接电源的正极，X′、Y′接电源的负极B．X、Y′极接电源的正极，X′、Y接电源的负极C．X′、Y极接电源的正极，X、Y′接电源的负极D．X′、Y′极接电源的正极，X、Y接电源的负极答案　D解析　若要使电子打在题图所示坐标的第Ⅲ象限，电子在x轴上向负方向偏转，则应使X′接正极，X接负极；电子在y轴上也向负方向偏转，则应使Y′接正极，Y接负极，所以选项D正确．4.如图所示,长为L的绝缘细线（不可伸长）一端悬于O点,另一端连接一质量为m的带负电小球,置于水平向右的匀强电场中,在O点正下方钉一个钉子O′,已知小球受到的电场力是重力的,现将细线向右水平拉直后从静止释放,细线碰到钉子后要使小球刚好绕钉子O′在竖直平面内做圆周运动,求OO′的长度.答案