高中物理 第一章 靜電場 1.9 帶電粒子在電場中的運動學案設計新人教版選修3-1

1、9帶電粒子在電場中的運動學習目標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、速度和位移等物理量的變化.2.綜合運用靜電力做功、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化.3.了解示波管原理,并會分析簡單現象.自主探究一、知識回顧1.牛頓第二定律的公式是什么?2.動能定理的表達式是什么?3.解決平拋這類曲線運動的方法是,水平方向:,豎直方向:,速度偏轉角度.4.靜電力做功的計算方法:恒力(勻強電場):,任意情況:.二、知識準備電場中的帶電粒子在什么情況下不考慮重力?1.2.合作探究一、帶電粒子的加速【提出問題】你聽說過電子槍嗎?帶電粒子做加速或減速直線運動

2、的條件是什么?【例題】如圖所示,在真空中有一對平行金屬板,兩板間加以電壓U,兩板的間距為d.兩板間有一質量為m,帶正電荷q的帶電粒子.它在電場力的作用下,由靜止開始從正極板向負極板運動,到達負極板時的速度有多大(不考慮粒子的重力)?試用功能關系和運動學關系求解.【思維拓展】如果進入電場的速度為v0,其最后射出電場的速度為多大?【思考討論】上述問題中,如果在非勻強電場中該用何種方法求解?上面的方法是否仍然適用?為什么?【嘗試練習】熾熱的金屬絲可以發(fā)射電子(如圖).在金屬絲和金屬板間加以電壓U=2 500 V,發(fā)射出的電子在真空中加速后,從金屬板的小孔穿出.電子穿出時的速度有多大?設電子剛離開金屬

3、絲時的速度為零.(m=0.910-30 kg,e=1.610-19 C)二、帶電粒子在勻強電場中的偏轉【例題】如圖所示,質量為m、帶電量為q的正粒子以初速度v0垂直于電場線射入勻強電場中,穿出電場.勻強電場的兩板間距為d,電勢差為U,板長為l(粒子不計重力).1.問題討論(1)q的受力大小和方向怎樣?(2)垂直電場和平行電場方向的運動性質怎樣?(3)與學過的哪種運動形式類似?2.深入探究:設兩極板間電荷帶電荷量為q,質量為m,平行板長為l,兩板間距為d,電勢差為U,初速度為v0.試求:垂直電場方向時間t=,平行電場方向加速度a=,偏移距離y=,平行于電場方向的速度vy=,偏轉角tan =.【嘗

4、試練習】如圖所示,兩個相同極板Y與Y的長度L=6.0 cm,相距d=2.0 cm,極板間的電壓U=200 V.一個電子沿平行于板面的方向射入電場中,射入的速度v0=3.0107 m/s.把兩板間的電場看作勻強電場,求電子射出電場時沿垂直于板面方向偏移的距離y和偏轉的角度(m=0.910-30 kg,e=1.610-19 C).【拓展練習】質子(質量為m、電量為e)和二價氦離子(質量為4m、電量為2e)以相同的初動能垂直射入同一偏轉電場中,離開電場后,它們的偏轉角正切之比為,側移之比為.【思維拓展】以相同的初速度進入同一偏轉電場其結果如何?三、示波管的原理1.如果在電極XX之間不加電壓,但在YY

5、之間加不變的電壓,使Y的電勢比Y高(有時說這種情況是“Y正,Y負”),電子束運動過程中受哪個方向的力?電子將打在熒光屏的什么位置?試著在熒光屏上標出.如果在YY之間不加電壓,而在XX之間加不變的電壓(X正,X負),電子將打在熒光屏的什么位置?試著在熒光屏上標出.2.如果在電極XX之間不加電壓,而在電極YY之間所加的電壓按如圖所示的規(guī)律隨時間變化,在熒光屏上會看到什么圖形?3.如果YY之間的電壓仍然如圖所示,而在電極XX之間加不變的電壓(X正,X負),在熒光屏上會看到什么圖形?若XX之間的電壓是“X負,X正”呢?4.如果YY之間的電壓仍然如圖甲所示,而在電極XX之間所加的電壓按圖乙所示的規(guī)律變化

6、,在熒光屏上會看到什么圖形?建議按以下步驟畫圖.(1)在白紙上畫出熒光屏的放大圖;(2)在圖上分別標出O、A、B、C、t1、D、E、F、t2幾個時刻光點在熒光屏上的位置;(3)根據以上光點的位置,畫出熒光屏上的圖形.甲乙課堂檢測1.下列粒子由靜止經加速電壓為U的電場加速后,粒子動能最大的是(),粒子速度最大的是()A.質子(質量為m、電量為e)B.氦核(質量為4m、電量為2e)2.先后讓一束電子和一束氫核通過同一對平行板形成的偏轉電場,進入時速度方向與板面平行.在下列兩種情況下,分別求出離開時電子偏角的正切與氫核偏角的正切之比.已知氫核與電子質量之比為18361.(1)電子與氫核的初速度相同.(2)電子與氫核的初動能相同.3.一個電荷量為-q,質量為m的帶電粒子,由靜止進入一個電壓為U1的加速電場加速后,又垂直