人教版高中物理選修3-1《帶電粒子在電場中運(yùn)動》教學(xué)設(shè)計

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1、9帶電粒子在電場中的運(yùn)動 ［學(xué)習(xí)目標(biāo)］1.會利用牛頓運(yùn)動定律和運(yùn)動學(xué)公式分析帶電粒子在電場中的加速或減速直線運(yùn)動問題. 2 .會利用功能觀點，分析帶電粒子在電場中的加速或減速直線運(yùn)動問題. 3 .會分析帶電粒子在交變電場中的直線運(yùn)動. Q自主預(yù)習(xí)梳理 1 .基本粒子的受力特點：對于質(zhì)量很小的基本粒子，如電子、質(zhì)子等，它們受到重力的作用一般 靜 電力，故可以. 2 .帶電粒子的加速： (1)運(yùn)動分析：帶電粒子從靜止釋放，將沿 方向在勻強(qiáng)電場中做勻加速運(yùn)動. (2)末速度大小：根據(jù)qU=^mv2,得v=. ［即學(xué)即用］ 1 .判斷下列說法的正誤. (1)質(zhì)量很小的粒子不受重

2、力的作用.( ) (2)動能定理能分析勻強(qiáng)電場中的直線運(yùn)動問題，也能分析非勻強(qiáng)電場中的直線運(yùn)動問題.( ) (3)利用牛頓運(yùn)動定律結(jié)合運(yùn)動學(xué)公式可分析勻強(qiáng)電場中的直線運(yùn)動問題，也可分析非勻強(qiáng)電h—d— 場中的直線運(yùn)動問題.( ) (4)當(dāng)電子在電場中做加速直線運(yùn)動時，電場力做負(fù)功，電勢能增加、動能增加.( ) F 2 .如圖1所示，電子在平行板電容器的電場中以初速度加從右極板開始向左運(yùn)動、其運(yùn)動 L—u—?, 的加速度大小為,電子到達(dá)左極板的速度為. 圖1 ET重點知識探究: 一、帶電粒子在電場中的直線運(yùn)動 例1、如圖2所示，平行板電容器兩板間的距離為4,電勢差為U.一質(zhì)量為帶

3、正電荷為g的a粒子，在 電場力的作用下由靜止開始從正極板A向負(fù)極板8運(yùn)動. (1)比較a粒子所受電場力和重力的大小，說明重力能否忽略不計(a粒子質(zhì)量是質(zhì)子質(zhì)量的4倍，即ma= 4X1.67X10-27 kg,電荷量是質(zhì)子的2倍). + " (2)a粒子的加速度是多大？在電場中做何種運(yùn)動？ (3)計算粒子到達(dá)負(fù)極板時的速度大小(嘗試用不同的方法求解).(2)、(3)結(jié)果用字母表示. ? ［知識深化I 1.帶電粒子的分類及受力特點 (1)電子、質(zhì)子、a粒子、離子等基本粒子，一般都不考慮重力. (2)質(zhì)量較大的微粒：帶電小球、帶電油滴、帶電顆粒等，除有說明或有明確的暗示外，處理問題時

4、一般都 不能忽略重力. 2.分析帶電粒子在電場力作用下加速運(yùn)動的兩種方法 (1)利用牛頓第二定律F=ma和運(yùn)動學(xué)公式，只能用來分析帶電粒子的勻變速運(yùn)動. (2)利用動能定理：gU=*如2—/oo2.若初速度為零，則對于勻變速運(yùn)動和非勻變速運(yùn)動都適用. 針對訓(xùn)練1如圖3所示，M和N是勻強(qiáng)電場中的兩個等勢面，相距為d,電勢差為U, 一質(zhì)量為皿不計 重力)、電荷量為一4的粒子，以速度。。通過等勢面M垂直射入兩等勢面之間，則該粒子穿過等<> +， 勢面N的速度應(yīng)是( ) 尹! 1 I t I I I M N 圖3 二、帶電體在電場中的直線運(yùn)動 【例21如圖5所示，充電后的平

5、行板電容器水平放置，電容為C,極板間距離為止上極板正中有一小孔.質(zhì) 量為“、電荷量為+q的小球從小孔正上方高h(yuǎn)處由靜止開始下落，穿過小孔到達(dá)下極板處速度恰好為零(空 氣阻力忽略不計，極板間電場可視為勻強(qiáng)電場，重力加速度為g).求： +

6、： （1）力和加速度方法——牛頓運(yùn)動定律、勻變速直線運(yùn)動公式； （2）功和能方法——動能定理； 針對訓(xùn)練2如圖4所示，在尸板附近有一電子由靜止開始向。板運(yùn)動，則關(guān)于電子在兩板間的運(yùn)動情況, 圖4 下列敘述正確的是（） A.兩板間距增大，不影響加速時間 B.兩板間距離越小，加速度就越大，則電子到達(dá)。板時的速度就越大 C.電子到達(dá)。板時的速度與板間距離無關(guān)，僅與加速電壓有關(guān) D.電子的加速度和末速度都與板間距離無關(guān) 三、帶電粒子在交變電場中的直線運(yùn)動 【例3】在如圖6所示的平行板電容器的兩板A、8上分別加如圖7 （甲）、（乙）所示的兩種電壓，開始8板 的電勢比A板高.在電場力作用下

7、原來靜止在兩板中間的電子開始運(yùn)動.若兩板間距離足夠大且不計而力, 并畫出相應(yīng)的v-t圖象. 試分析電子分別在甲、乙兩種交變電壓作用下的運(yùn)動情況, V 圖6 圖7（甲） （乙） 知識點撥： 1 .當(dāng)空間存在交變電場時，粒子所受電場力方向?qū)㈦S著電場方向的改變而改變，粒子的運(yùn)動性質(zhì)也具有周 期性. 2 .研究帶電粒子在交變電場中的運(yùn)動需要分段研究，并輔以。一r圖象.特別注意帶電粒子進(jìn)入交變電場時 的時刻及交變電場的周期. 針對訓(xùn)練3 （多選）如圖8甲所示，平行金屬板中央有一個靜止的電子（不計重力），兩板間距離足夠大.當(dāng) 兩板間加上如圖乙所示的交變電壓后，選項中的圖象反映電子速度。

8、、位移x和加速度。三個物理量隨時間 r的變化規(guī)律可能正確的是（） 圖8 當(dāng)堂達(dá)標(biāo)檢測 1 .（帶電粒子的直線運(yùn)動）如圖9所示，電子由靜止開始從4板向8板運(yùn)動，到達(dá)8板的速度為°,保持兩 板間的電勢差不變，則（） A. 當(dāng)減小兩板間的距離時，速度。增大 B. 當(dāng)減小兩板間的距離時，速度。減小 1— 3 C. 當(dāng)減小兩板間的距離時，速度。不變 D. 當(dāng)減小兩板間的距離時，電子在兩板間運(yùn)動的時間變長 2. 此電子具有的初動能是（） edL A萬 B. edUL ^eUL D- -o{/o- 圖10 （帶電粒子的直線運(yùn)動）兩平行金屬板相

9、距為乩電勢差為U, 一電子質(zhì)量為"?，電荷量為 從。點沿垂直于極板的方向射出，最遠(yuǎn)到達(dá)A點，然后返回，如圖10所示，。4=心則 3 .（帶電體在電場中的直線運(yùn)動）如圖11所示，在豎立放置間距為d的平行板電容器中，存在電場強(qiáng)度為E 的勻強(qiáng)電場.有一質(zhì)量為機(jī)、電荷量為+ q的小球從兩極板正中間處靜止釋放，重力加速度為g.則小球運(yùn)動 到負(fù)極板的過程（） A. 加速度大小為a=%+g B. 所需的時間為，= dm C. 下降的高度為尸苧 D. 4. 電場力所做的功為W=Eqd （帶電粒子在交變電場中的直線運(yùn)動）（多選）如圖12甲所示，電子靜止在兩平行金屬板A、8間的〃點，/ =0時刻開始4板電勢按如圖乙所示規(guī)律變化，則下列說法中正確的4 B 是（） A.電子可能在極板間做往復(fù)運(yùn)動 B. “時刻電子的動能最大 C.電子能從小孔尸飛出，且飛出時的動能不大于eUo 圖12 D.電子不可能在介?，3時間內(nèi)飛出電場