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1、课时1.9带电粒子在电场中的运动1.学习运用静电力、电场强度等概念研究带电粒子在电场中运动时的加速度、速度、位移等变化规律。2.学习运用静电力做功、电势、电势差、等势面等概念研究带电粒子在电场中运动时的能量转化规律。3.了解示波管的工作原理,体会电场知识在科技中的运用。1.带电粒子在电场中的加速真空中有一对平行板,A板接电源的正极,B板接电源的负极,两极板间形成匀强电场。在两板间若要加速一个电子,获得最大的速度,该电子应从B极板释放。若极板间电势差为U,电子质量为m、电荷量为q,加速后的最大速度为。2.带电粒子在匀强电场中的偏转(1)进入电场的方式:以初速度v0垂直于电场线进入匀强电场。(2)
2、受力特点:静电力大小不变,且方向与初速度v0的方向垂直。(3)运动特点:做匀变速曲线运动,与力学中的平抛运动类似,故称作类平抛运动。(4)运动规律:运动垂直电场方向速度:vx=v0位移:l=v0t平行电场方向速度:vy=at=位移:y=12at2=偏转角度:tan=3.示波管(1)示波器的核心部件是示波管,示波管是真空管,主要由三部分组成,这三部分分别是电子枪、偏转电极、荧光屏。(2)工作原理:通过灯丝发射的电子在电子枪阴极和阳极间受静电力的作用被加速,形成电子束,进入偏转电极YY、XX。电子束在YY、XX中受到静电力的作用,发生偏转,打到荧光屏上形成亮斑。主题1:带电粒子在电场中的加速阅读教
3、材中“带电粒子的加速”部分的内容,回答下列问题。(1)教材中对图1.9-1(计算粒子到达另一个极板时的速度)情形是从功能转化角度运用动能定理分析的,你能否利用牛顿第二定律从动力学角度进行分析?(2)如果带电粒子不是由静止开始,而是以初速度v0从正极板向负极板运动,到达负极板时的速率是多少?如果沿着不同的路线,到达负极板时的速率相等吗?主题2:类平抛运动阅读教材中“带电粒子的偏转”和例题2中的内容,回答下列问题。(1)例题2中带电粒子在电场中受到的静电力是恒力吗?为什么?粒子受到的静电力的方向与其初速度的方向是什么关系?(2)把带电粒子在偏转电极中的运动与研究平抛运动的方法进行类比。为什么我们常
4、把垂直射入匀强电场的带电粒子的运动叫作类平抛运动,它与平抛运动有哪些相似之处?又有哪些不同之处?主题3:带电粒子在电场中的偏转(1)在例题2中电子射出极板后将做什么运动?是否仍然可以用分运动的合成来研究其在电场外的运动?(2)在例题2中,电子穿出极板的时间为t=lv0,如果增大极板间电势差U,电子是否可能飞不出极板?如果飞不出极板,电子将落在哪里?电子运动的时间由哪些量决定?主题4:示波管的原理阅读教材中“示波管的原理”的内容,回答下列问题。(1)如果建立如图坐标系把荧光屏分为四个象限,那么要电子打在第、象限,应该分别在YY、XX上加什么样的电压?(2)如果XX上不加电压,仅在YY上加变化的电
5、压,那么荧光屏上的亮斑将会在什么位置移动?如果同时在XX上加上锯齿形扫描电压,将会起到什么效果?1.下列粒子从初速度为零的状态经过电压为U的电场加速后,粒子速度最大的是()。A.质子B.氘核C.氦核D.钠离子Na+ 2.图示是示波管的原理图,下列说法正确的是()。A.示波管内要抽成真空B.电子枪两极间可接交流电压C.在偏转电极XX加上偏转电压会使电子在水平方向发生偏转D.通过荧光屏上出现的亮斑才能显现电子的位置3.一带电粒子在电场中只受静电力作用时,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4.如图所示,一质量为4.010-15 kg、电
6、荷量为2.010-9 C 的带正电质点,以4.0104 m/s的速度垂直于电场方向从a点进入匀强电场区域,并从b点离开电场区域。离开电场时的速度为5.0104 m/s,由此可知,电场中a、b两点间的电势差a-b=V;带电质点离开电场时的速度在电场方向上的分量为m/s。(不考虑重力作用)拓展一、带电粒子在电场中的加速1.如图所示,在点电荷+Q的电场中有A、B两点,将质子和粒子分别从A点由静止释放,到达B点时,它们的速度大小之比为多少?(粒子是指失去电子的氦核)拓展二、带电粒子在匀强电场中偏转问题的分析2.如图所示,在两条平行的虚线内存在着宽度为L、电场强度为E的匀强电场,在与右侧虚线相距也为L处
7、有一与电场平行的屏。现有一电荷量为+q、质量为m的带电粒子(重力不计),以垂直于电场线方向的初速度v0射入电场中,v0方向的延长线与屏的交点为O。试求:(1)粒子从射入到打在屏上所用的时间。(2)粒子刚射出电场时的速度方向与初速度方向间夹角的正切值tan 。(3)粒子打在屏上的点P到点O的距离x。带电粒子在电场中的运动带电粒子的加速:qU=-(适用于任何电场)带电粒子的偏转(类平抛运动)x轴:x=v0ty轴:y=12at2=示波管的原理答案课时1.9带电粒子在电场中的运动知识体系梳理B2qUm垂直于不变垂直匀变速曲线运动类平抛运动v0v0tqUlmv0dqUl22mv02dqUlmdv02电子
8、枪、偏转电极、荧光屏加速偏转重点难点探究主题1:(1)从动力学角度分析,粒子在匀强电场中受到的静电力F=Eq=Udq,由a=Fm,v2=2ad得v=2qUm。(2)如果带电粒子不是由静止开始,而是以初速度v0从正极板向负极板运动,则有12mv2-12mv02=qU,因此到达负极板时的速率v=v02+2qUm。静电力做功与路径无关,所以如果沿着不同的路线,达到负极板时的速率相等。主题2:(1)由于两平行板间的电场是匀强电场,所以带电粒子在极板间受到恒定的静电力作用,静电力的方向与粒子射入电场中时的初速度方向垂直。(2)垂直射入匀强电场的带电粒子受到的静电力与重力类似,是大小、方向不变的恒力,且与
9、其初速度方向垂直,带电粒子必沿电场方向做初速度为零的匀加速直线运动,在初速度方向上不受力,做匀速直线运动,所以把它叫作类平抛运动。不同之处在于,我们高中阶段研究重力场一般认为是没有边际的,在同一地点不同重物的加速度都是相同的;匀强电场则一般是有边界的,并且电场可能改变,不同带电粒子的质量、所带电荷量都有可能不同,因此在研究带电粒子的类平抛运动时需要考虑更多的实际问题。主题3:(1)电子射出电场后不再受到静电力的作用,将做匀速直线运动。其后的运动也可以看作是x方向速度为v0的匀速直线运动与y方向速度为v的匀速直线运动的合运动。(2)如果增大极板间的电势差U,就会增大电场强度E,使电子受到的静电力
10、F增大,电子有可能飞不出极板。如果飞不出极板,那么电子将落在Y极板上,它在y方向的位移就是其进入电场瞬间离Y极板的距离d,由d=at22及a=eUmd可知电子的运动时间由d、U、d等量决定。主题4:(1)如果使X正X负、Y正Y负,则电子打在第象限;如果使X负X正、Y正Y负,则电子打在第象限;如果使X负X正、Y负Y正,则电子打在第象限;如果使X正X负、Y负Y正,则电子打在第象限。(2)如果XX上不加电压,仅在YY上加变化的电压,那么荧光屏上的亮斑将会在Y轴上上下移动。如果同时在XX上加上锯齿形扫描电压,将会使亮斑在Y方向移动的同时也在X方向移动,也就可以看出YY上电压随时间变化的规律。基础智能检
11、测1.A2.ACD3.A4.9003104全新视角拓展1.21【解析】质子和粒子都是正离子,从A点释放后,受静电力作用加速运动到B点,设A、B两点间的电势差为U,由动能定理,对质子:12mHvH2=qHU对粒子:12mv2=qU所以vHv=qHmqmH=1421=21。2.(1)2Lv0(2)qELmv02(3)3qEL22mv02【解析】(1)根据题意,粒子在垂直于电场线的方向上做匀速直线运动,所以粒子从射入到打在屏上所用的时间t=2Lv0。(2)设粒子射出电场时沿平行电场线方向的速度为vy,根据牛顿第二定律,粒子在电场中的加速度:a=Eqm则vy=aLv0=qELmv0所以粒子刚射出电场时的速度方向与初速度方向间夹角的正切值tan =vyv0=qELmv02。(3)设粒子在电场中的偏转距离为y,则y=12a(Lv0)2=12qEL2mv02=qEL22mv02解法一:x=y+Ltan ,解得x=3qEL22mv02。解法二:x=vyLv0+y=3qEL22mv02。解法三:由xy=L+L2L2得x=3y=3qEL22mv02。
《带电粒子在电场中运动》导学案
