《帶電粒子在電場中運(yùn)動》導(dǎo)學(xué)案

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1、課時1.9　帶電粒子在電場中的運(yùn)動 　　1.學(xué)習(xí)運(yùn)用靜電力、電場強(qiáng)度等概念研究帶電粒子在電場中運(yùn)動時的加速度、速度、位移等變化規(guī)律。 2.學(xué)習(xí)運(yùn)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(yùn)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(yùn)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(fù)極,兩極板間形成勻強(qiáng)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(yīng)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(qiáng)電場中的偏轉(zhuǎn) (

2、1)進(jìn)入電場的方式:以初速度v0③垂直于電場線進(jìn)入勻強(qiáng)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(yùn)動特點:做⑥勻變速曲線運(yùn)動,與力學(xué)中的平拋運(yùn)動類似,故稱作⑦類平拋運(yùn)動。 (4)運(yùn)動規(guī)律: 運(yùn)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(jìn)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(dá)另一個極板時的速度)情形是從功能轉(zhuǎn)化角度運(yùn)用動能定理分析的,你能否利用牛頓第二定律從動力學(xué)角度進(jìn)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(fù)極板運(yùn)動,到達(dá)負(fù)極板時的速率是多少?如果沿著不同的路線,到達(dá)負(fù)極板時的速率相等嗎? 　　主題2:類平拋運(yùn)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(guān)系? (2)把帶電粒子在偏轉(zhuǎn)電極中的運(yùn)動與研究平拋運(yùn)動的方法進(jìn)行類比。為什么我們常把垂直射入勻強(qiáng)電場的帶電粒子的運(yùn)動叫作類平拋運(yùn)動,它與平拋運(yùn)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(yùn)動?是否仍然可以用分運(yùn)動的合成來研究其在電場外的運(yùn)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(yùn)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(biāo)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(yīng)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(yùn)動狀態(tài)是(　　)。 A.勻速直線運(yùn)動 B.勻加速直線運(yùn)動 C.勻變速曲線運(yùn)動 D.勻速圓周運(yùn)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(jìn)入勻強(qiáng)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(dá)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(qiáng)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(qiáng)度為E的勻強(qiáng)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(yùn)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(yùn)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(yùn)動 知識體系梳理 ①B?、?qUm?、鄞怪庇凇、懿蛔儭、荽怪薄、?/p>

9、勻變速曲線運(yùn)動　⑦類平拋運(yùn)動?、鄓0　⑨v0t　⑩qUlmv0d　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(xué)角度分析,粒子在勻強(qiáng)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(fù)極板運(yùn)動,則有12mv2-12mv02=qU,因此到達(dá)負(fù)極板時的速率v=v02+2qUm。靜電力做功與路徑無關(guān),所以如果沿著不同的路線,達(dá)到負(fù)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(qiáng)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(qiáng)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(yùn)動,在初速度方向上不受力,做勻速直線運(yùn)動,所以把它叫作類平拋運(yùn)動。不同之處在于,我們高中階段研究重力場一般認(rèn)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(qiáng)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(yùn)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(yùn)動。其后的運(yùn)動也可以看作是

11、x方向速度為v0的勻速直線運(yùn)動與y方向速度為v⊥的勻速直線運(yùn)動的合運(yùn)動。 (2)如果增大極板間的電勢差U,就會增大電場強(qiáng)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(jìn)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(yùn)動時間由d、U、d等量決定。 主題4:(1)如果使X正X負(fù)、Y正Y負(fù),則電子打在第Ⅰ象限;如果使X負(fù)X正、Y正Y負(fù),則電子打在第Ⅱ象限;如果使X負(fù)X正、Y負(fù)Y正,則電子打在第Ⅲ象限;如果使X正X負(fù)、Y負(fù)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(chǔ)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(yùn)動到B點,設(shè)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(yùn)動,所以粒子從射入到打在屏上所用的時間t=2Lv0。 (2)設(shè)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(shè)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。