高中物理新教材优质课公开课导学案10.5 带电粒子在电场中的运动(导学案)(原卷版).doc

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§10-5带电粒子在电场中的运动

一、学习目标

1.会分析带电粒子在电场中的直线运动,掌握求解带电粒子直线运动问题的两种方法.

2.会用运动的合成与分解的知识,掌握带电粒子在电场中运动时的加速度、速度和位移等物理量的变化,分析带电粒子在电场中的偏转问题.

3.能运用静电力做功、电势、电势差、等势面等概念研究带电粒子运动时的能量转化.

4.了解示波管的工作原理,体会静电场知识在科学技术中的应用.

二、学习过程

【问题探究】(1)研究电子、质子、α粒子在电场中的运动时,重力能否忽略不计?

(2)带电粒子在匀强电场或非匀强电场中加速,计算末速度,分别应用什么规律研究?

【知识点1】带电粒子在电场中的加速

分析带电粒子的加速问题有两种思路:

1.利用牛顿第二定律结合匀变速直线运动公式分析.适用于电场是匀强电场.

2.利用静电力做功结合动能定理分析.对于匀强电场和非匀强电场都适用,公式有qEd=eq\f(1,2)mv2-eq\f(1,2)mv02(匀强电场)或qU=eq\f(1,2)mv2-eq\f(1,2)mv02(任何电场)等.

例题1、(多选)如图所示,M、N是真空中相距为d的两块平行金属板,质量为m(不计所受重力)、电荷量为q的带电粒子,以大小为v0的初速度从小孔垂直金属板进入板间电场,当M、N间的电压为U时,粒子恰好能到达两板正中间,然后返回。若要使这个带电粒子恰好能到达N板,则下列措施能满足要求的是()

A.使两板间的距离变为,电压U不变

B.使两板间电压变为,其他条件不变

C.使粒子进入M板时的初速度变为,其他条件不变

D.使两板间距离变为2d,同时使粒子进入M板时的初速度大小变为2v0,电压U不变

跟踪训练:如图所示,A、B两金属板平行放置,在t=0时将电子从两板中间由静止释放(电子的重力忽略不计),分别在A、B两板间加上下列哪种电压时,有可能使电子到不了B板()

A.B.C.D.

例题2、如图,一个电子从O点沿垂直于极板的方向射出,最远到达A点,然后返回,O点紧靠左极板,O、A两点相距为h,两平行金属板相距为d,hd,电势差为U,下列说法正确的是()

A.右极板竖直上移一些,A点电势升高

B.电子从O到A运动过程,电势能减小

C.将右极板向右移动一小段距离,电子一定通过A点

D.加大U,电子会通过A点

【问题探究】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。

(1)粒子的加速度大小是多少?方向如何?做什么性质的运动?

(2)求粒子通过电场的时间、粒子离开电场时水平方向和竖直方向的速度及合速度与初速度方向的夹角θ的正切值。

(3)求粒子沿电场方向的偏移量y。

【知识点2】带电粒子在电场中的偏转示波管的原理

如图所示,质量为m、电荷量为q的基本粒子(忽略重力),以初速度v0平行于两极板进入匀强电场,极板长为l,极板间距离为d,极板间电压为U。

1.运动性质

(1)沿初速度方向:速度为v0的匀速直线运动。

(2)垂直v0的方向:初速度为0的匀加速直线运动。

2.运动规律

(1)偏移距离:因为t=eq\f(l,v0),a=eq\f(qU,md),所以偏移距离y=eq\f(1,2)at2=eq\f(ql2U,2mveq\o\al(2,0)d)。

(2)偏转角度:因为vy=at=eq\f(qUl,mv0d),所以tanθ=eq\f(vy,v0)=eq\f(qUl,mdveq\o\al(2,0))。

3.示波管主要由电子枪、偏转电极和荧光屏组成。扫描电压:XX′偏转电极接入的是由仪器自身产生的锯齿形电压。

4.示波管工作原理:如果信号电压是周期性的,并且扫描电压与信号电压的周期相同,那么,就可以在荧光屏上得到待测信号在一个周期内随时间变化的稳定图像了。

例题3、如图所示,质子(H)和粒子(He),以相同的初动能垂直射入偏转电场(不计粒子重力),则这两个粒子射出电场时的侧位移y之比为()

A.4:1 B.1:2 C.2:1 D.1:4

跟踪训练:(多选)如图,在竖直向上的匀强电场中,A球位于B球的正上方,质量相等的两个小球以相同初速度水平抛出,它们最后落在水平面上同一点,其中只有一个小球带电,不计空气阻力,下列判断正确的是()

A.如果A球带电,则A球一定带正电

B.如果A球带电,则A球的电势能一定增加

C.如果B球带电,则B球一定带正电

D.如果B球带电,则B球的电势能一定增加

例题4、如图所示,电子在电势差为的加速电场中由静止开始运动,然后射入电势差为的两块平行极板间的电场中,入射方

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