《帶電粒子在電場中運動》導學案

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1、課時1.9　帶電粒子在電場中的運動 　　1.學習運用靜電力、電場強度等概念研究帶電粒子在電場中運動時的加速度、速度、位移等變化規(guī)律。 2.學習運用靜電力做功、電勢、電勢差、等勢面等概念研究帶電粒子在電場中運動時的能量轉(zhuǎn)化規(guī)律。 3.了解示波管的工作原理,體會電場知識在科技中的運用。 1.帶電粒子在電場中的加速 真空中有一對平行板,A板接電源的正極,B板接電源的負極,兩極板間形成勻強電場。在兩板間若要加速一個電子,獲得最大的速度,該電子應從①B　極板釋放。若極板間電勢差為U,電子質(zhì)量為m、電荷量為q,加速后的最大速度為②　　　　。 2.帶電粒子在勻強電場中的偏轉(zhuǎn) (

2、1)進入電場的方式:以初速度v0③垂直于電場線進入勻強電場。 (2)受力特點:靜電力大?、懿蛔?且方向與初速度v0的方向⑤垂直。 (3)運動特點:做⑥勻變速曲線運動,與力學中的平拋運動類似,故稱作⑦類平拋運動。 (4)運動規(guī)律: 運動垂直電場方向速度:vx=⑧v0　位移:l=⑨v0t平行電場方向速度:vy=at=⑩　　　　位移:y=12at2=?　　　　偏轉(zhuǎn)角度:tanθ=?　　　　 3.示波管 (1)示波器的核心部件是示波管,示波管是真空管,主要由三部分組成,這三部分分別是電子槍、偏轉(zhuǎn)電極、熒光屏。 (2)工作原理:通過燈絲發(fā)射的電子在電子槍陰極和陽極間受靜電力的作用被加速,形

3、成電子束,進入偏轉(zhuǎn)電極YY、XX。電子束在YY、XX中受到靜電力的作用,發(fā)生偏轉(zhuǎn)　　,打到熒光屏上形成亮斑。 　　主題1:帶電粒子在電場中的加速 閱讀教材中“帶電粒子的加速”部分的內(nèi)容,回答下列問題。 (1)教材中對圖1.9-1(計算粒子到達另一個極板時的速度)情形是從功能轉(zhuǎn)化角度運用動能定理分析的,你能否利用牛頓第二定律從動力學角度進行分析? (2)如果帶電粒子不是由靜止開始,而是以初速度v0從正極板向負極板運動,到達負極板時的速率是多少?如果沿著不同的路線,到達負極板時的速率相等嗎? 　　主題2:類平拋運動 閱讀教材中“帶電粒子的偏轉(zhuǎn)”和例題2中的內(nèi)容,回答下列

4、問題。 (1)例題2中帶電粒子在電場中受到的靜電力是恒力嗎?為什么?粒子受到的靜電力的方向與其初速度的方向是什么關系? (2)把帶電粒子在偏轉(zhuǎn)電極中的運動與研究平拋運動的方法進行類比。為什么我們常把垂直射入勻強電場的帶電粒子的運動叫作類平拋運動,它與平拋運動有哪些相似之處?又有哪些不同之處? 　　主題3:帶電粒子在電場中的偏轉(zhuǎn) (1)在例題2中電子射出極板后將做什么運動?是否仍然可以用分運動的合成來研究其在電場外的運動? (2)在例題2中,電子穿出極板的時間為t=lv0,如果增大極板間電勢差U,電子是否可能飛不出極板?如果飛不出極板,電子將落在哪里?電子運動的時間由哪些量決定

5、? 　　主題4:示波管的原理 閱讀教材中“示波管的原理”的內(nèi)容,回答下列問題。 (1)如果建立如圖坐標系把熒光屏分為四個象限,那么要電子打在第Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ象限,應該分別在YY、XX上加什么樣的電壓? (2)如果XX上不加電壓,僅在YY上加變化的電壓,那么熒光屏上的亮斑將會在什么位置移動?如果同時在XX上加上鋸齒形掃描電壓,將會起到什么效果? 1.下列粒子從初速度為零的狀態(tài)經(jīng)過電壓為U的電場加速后,粒子速度最大的是(　　)。 A.質(zhì)子　　　　　B.氘核　　　　　C.氦核　　　　　D.鈉離子Na+ 2.圖示是示波管的原理圖,下列說法正確的是(　　)

6、。 A.示波管內(nèi)要抽成真空 B.電子槍兩極間可接交流電壓 C.在偏轉(zhuǎn)電極XX加上偏轉(zhuǎn)電壓會使電子在水平方向發(fā)生偏轉(zhuǎn) D.通過熒光屏上出現(xiàn)的亮斑才能顯現(xiàn)電子的位置 3.一帶電粒子在電場中只受靜電力作用時,它不可能出現(xiàn)的運動狀態(tài)是(　　)。 A.勻速直線運動 B.勻加速直線運動 C.勻變速曲線運動 D.勻速圓周運動 4.如圖所示,一質(zhì)量為4.010-15 kg、電荷量為2.010-9 C 的帶正電質(zhì)點,以4.0104 m/s的速度垂直于電場方向從a點進入勻強電場區(qū)域,并從b點離開電場區(qū)域。離開電場時的速度為5.0104 m/s,由此可知,電場中a、b兩點間的電勢差φa-φb

7、=　　　　V;帶電質(zhì)點離開電場時的速度在電場方向上的分量為　　　　m/s。(不考慮重力作用) 　　拓展一、帶電粒子在電場中的加速 1.如圖所示,在點電荷+Q的電場中有A、B兩點,將質(zhì)子和α粒子分別從A點由靜止釋放,到達B點時,它們的速度大小之比為多少?(α粒子是指失去電子的氦核) 　　拓展二、帶電粒子在勻強電場中偏轉(zhuǎn)問題的分析 2.如圖所示,在兩條平行的虛線內(nèi)存在著寬度為L、電場強度為E的勻強電場,在與右側(cè)虛線相距也為L處有一與電場平行的屏?，F(xiàn)有一電荷量為+q、質(zhì)量為m的帶電粒子(重力不計),以垂直于電場線方向的初速度v0射入電場中,v0方向的延長線與屏的交點為

8、O。試求: (1)粒子從射入到打在屏上所用的時間。 (2)粒子剛射出電場時的速度方向與初速度方向間夾角的正切值tan α。 (3)粒子打在屏上的點P到點O的距離x。 帶電粒子在電場中的運動帶電粒子的加速:qU=　　　-　　　(適用于任何電場)帶電粒子的偏轉(zhuǎn)(類平拋運動)x軸:x=v0ty軸:y=12at2=　　　　示波管的原理 答案 課時1.9　帶電粒子在電場中的運動 知識體系梳理 ①B?、?qUm　③垂直于?、懿蛔儭、荽怪薄、?/p>

9、勻變速曲線運動?、哳惼綊佭\動?、鄓0?、醰0t?、鈗Ulmv0d　qUl22mv02d qUlmdv02　電子槍、偏轉(zhuǎn)電極、熒光屏　加速　偏轉(zhuǎn) 重點難點探究 主題1:(1)從動力學角度分析,粒子在勻強電場中受到的靜電力F=Eq=Udq,由a=Fm,v2=2ad得v=2qUm。 (2)如果帶電粒子不是由靜止開始,而是以初速度v0從正極板向負極板運動,則有12mv2-12mv02=qU,因此到達負極板時的速率v=v02+2qUm。靜電力做功與路徑無關,所以如果沿著不同的路線,達到負極板時的速率相等。 主題2:(1)由于兩平行板間的電場是勻強電場,所以帶電粒子在極板間受到恒定的靜電力作用,

10、靜電力的方向與粒子射入電場中時的初速度方向垂直。 (2)垂直射入勻強電場的帶電粒子受到的靜電力與重力類似,是大小、方向不變的恒力,且與其初速度方向垂直,帶電粒子必沿電場方向做初速度為零的勻加速直線運動,在初速度方向上不受力,做勻速直線運動,所以把它叫作類平拋運動。不同之處在于,我們高中階段研究重力場一般認為是沒有邊際的,在同一地點不同重物的加速度都是相同的;勻強電場則一般是有邊界的,并且電場可能改變,不同帶電粒子的質(zhì)量、所帶電荷量都有可能不同,因此在研究帶電粒子的類平拋運動時需要考慮更多的實際問題。 主題3:(1)電子射出電場后不再受到靜電力的作用,將做勻速直線運動。其后的運動也可以看作是

11、x方向速度為v0的勻速直線運動與y方向速度為v⊥的勻速直線運動的合運動。 (2)如果增大極板間的電勢差U,就會增大電場強度E,使電子受到的靜電力F增大,電子有可能飛不出極板。如果飛不出極板,那么電子將落在Y極板上,它在y方向的位移就是其進入電場瞬間離Y極板的距離d,由d=at22及a=eUmd可知電子的運動時間由d、U、d等量決定。 主題4:(1)如果使X正X負、Y正Y負,則電子打在第Ⅰ象限;如果使X負X正、Y正Y負,則電子打在第Ⅱ象限;如果使X負X正、Y負Y正,則電子打在第Ⅲ象限;如果使X正X負、Y負Y正,則電子打在第Ⅳ象限。 (2)如果XX上不加電壓,僅在YY上加變化的電壓,那么熒光

12、屏上的亮斑將會在Y軸上上下移動。如果同時在XX上加上鋸齒形掃描電壓,將會使亮斑在Y方向移動的同時也在X方向移動,也就可以看出YY上電壓隨時間變化的規(guī)律。 基礎智能檢測 1.A　2.ACD　3.A 4.900　3104 全新視角拓展 1.2∶1 【解析】質(zhì)子和α粒子都是正離子,從A點釋放后,受靜電力作用加速運動到B點,設A、B兩點間的電勢差為U,由動能定理,對質(zhì)子:12mHvH2=qHU 對α粒子:12mαvα2=qαU 所以vHvα=qHmαqαmH=1421=21。 2.(1)2Lv0 (2)qELmv02 (3)3qEL22mv02 【解析】(1)根據(jù)題意,粒子在垂

13、直于電場線的方向上做勻速直線運動,所以粒子從射入到打在屏上所用的時間t=2Lv0。 (2)設粒子射出電場時沿平行電場線方向的速度為vy,根據(jù)牛頓第二定律,粒子在電場中的加速度:a=Eqm 則vy=aLv0=qELmv0 所以粒子剛射出電場時的速度方向與初速度方向間夾角的正切值tan α=vyv0=qELmv02。 (3)設粒子在電場中的偏轉(zhuǎn)距離為y,則y=12a(Lv0)2=12qEL2mv02=qEL22mv02 解法一:x=y+Ltan α,解得x=3qEL22mv02。 解法二:x=vyLv0+y=3qEL22mv02。 解法三:由xy=L+L2L2得x=3y=3qEL22mv02。