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

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1、9帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng) ［學(xué)習(xí)目標(biāo)］1.會(huì)利用牛頓運(yùn)動(dòng)定律和運(yùn)動(dòng)學(xué)公式分析帶電粒子在電場(chǎng)中的加速或減速直線運(yùn)動(dòng)問(wèn)題. 2 .會(huì)利用功能觀點(diǎn)，分析帶電粒子在電場(chǎng)中的加速或減速直線運(yùn)動(dòng)問(wèn)題. 3 .會(huì)分析帶電粒子在交變電場(chǎng)中的直線運(yùn)動(dòng). Q自主預(yù)習(xí)梳理 1 .基本粒子的受力特點(diǎn)：對(duì)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(dòng)分析：帶電粒子從靜止釋放，將沿方向在勻強(qiáng)電場(chǎng)中做勻加速運(yùn)動(dòng). (2)末速度大?。焊鶕?jù)qU=^mv2,得v=. ［即學(xué)即用］ 1 .判斷下列說(shuō)法的正誤. (1)質(zhì)量很小的粒子不受重力的

2、作用.( ) (2)動(dòng)能定理能分析勻強(qiáng)電場(chǎng)中的直線運(yùn)動(dòng)問(wèn)題，也能分析非勻強(qiáng)電場(chǎng)中的直線運(yùn)動(dòng)問(wèn)題.( ) (3)利用牛頓運(yùn)動(dòng)定律結(jié)合運(yùn)動(dòng)學(xué)公式可分析勻強(qiáng)電場(chǎng)中的直線運(yùn)動(dòng)問(wèn)題，也可分析非勻強(qiáng)電h—d—場(chǎng)中的直線運(yùn)動(dòng)問(wèn)題.( ) (4)當(dāng)電子在電場(chǎng)中做加速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，電場(chǎng)力做負(fù)功，電勢(shì)能增加、動(dòng)能增加.( ) F 2 .如圖1所示，電子在平行板電容器的電場(chǎng)中以初速度加從右極板開(kāi)始向左運(yùn)動(dòng)、其運(yùn)動(dòng)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(diǎn)知識(shí)探究: 一、帶電粒子在電場(chǎng)中的直線運(yùn)動(dòng) 例1、如圖2所示，平行板電容器兩板間的距離為4,電勢(shì)差為U.一質(zhì)量為帶正電荷為g

3、的a粒子，在電場(chǎng)力的作用下由靜止開(kāi)始從正極板A向負(fù)極板8運(yùn)動(dòng). (1)比較a粒子所受電場(chǎng)力和重力的大小，說(shuō)明重力能否忽略不計(jì)(a粒子質(zhì)量是質(zhì)子質(zhì)量的4倍，即ma=4X1.67X10-27kg,電荷量是質(zhì)子的2倍). + " (2)a粒子的加速度是多大？在電場(chǎng)中做何種運(yùn)動(dòng)？ (3)計(jì)算粒子到達(dá)負(fù)極板時(shí)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(shí)深化I 1.帶電粒子的分類及受力特點(diǎn) (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(shuō)明或有明確的暗示外，處理問(wèn)題時(shí)一般都不能忽略重

4、力. 2.分析帶電粒子在電場(chǎng)力作用下加速運(yùn)動(dòng)的兩種方法 (1)利用牛頓第二定律F=ma和運(yùn)動(dòng)學(xué)公式，只能用來(lái)分析帶電粒子的勻變速運(yùn)動(dòng). (2)利用動(dòng)能定理：gU=*如2—/oo2.若初速度為零，則對(duì)于勻變速運(yùn)動(dòng)和非勻變速運(yùn)動(dòng)都適用. 針對(duì)訓(xùn)練1如圖3所示，M和N是勻強(qiáng)電場(chǎng)中的兩個(gè)等勢(shì)面，相距為d,電勢(shì)差為U,一質(zhì)量為皿不計(jì) 重力)、電荷量為一4的粒子，以速度。。通過(guò)等勢(shì)面M垂直射入兩等勢(shì)面之間，則該粒子穿過(guò)等<> +， 勢(shì)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(chǎng)中的直線運(yùn)動(dòng) 【例21如圖5所示，充電后的平行板電容器水平放置，

5、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(kāi)始下落，穿過(guò)小孔到達(dá)下極板處速度恰好為零(空氣阻力忽略不計(jì)，極板間電場(chǎng)可視為勻強(qiáng)電場(chǎng)，重力加速度為g).求： +

6、法——牛頓運(yùn)動(dòng)定律、勻變速直線運(yùn)動(dòng)公式； （2）功和能方法——?jiǎng)幽芏ɡ?；針?duì)訓(xùn)練2如圖4所示，在尸板附近有一電子由靜止開(kāi)始向。板運(yùn)動(dòng)，則關(guān)于電子在兩板間的運(yùn)動(dòng)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(shí)間 B.兩板間距離越小，加速度就越大，則電子到達(dá)。板時(shí)的速度就越大 C.電子到達(dá)。板時(shí)的速度與板間距離無(wú)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(wú)關(guān)三、帶電粒子在交變電場(chǎng)中的直線運(yùn)動(dòng)【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(kāi)始8板的電勢(shì)比A板高.在電場(chǎng)力作用下原來(lái)靜止在兩板中間的電子開(kāi)始運(yùn)動(dòng).

7、若兩板間距離足夠大且不計(jì)而力, 并畫(huà)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(dòng)情況, V 圖6 圖7（甲） （乙） 知識(shí)點(diǎn)撥： 1 .當(dāng)空間存在交變電場(chǎng)時(shí)，粒子所受電場(chǎng)力方向?qū)㈦S著電場(chǎng)方向的改變而改變，粒子的運(yùn)動(dòng)性質(zhì)也具有周期性. 2 .研究帶電粒子在交變電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)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(chǎng)時(shí)的時(shí)刻及交變電場(chǎng)的周期. 針對(duì)訓(xùn)練3（多選）如圖8甲所示，平行金屬板中央有一個(gè)靜止的電子（不計(jì)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(xiàng)中的圖象反映電子速度。、位移x和加速度。三個(gè)物理量隨時(shí)間r的變化

8、規(guī)律可能正確的是（） 圖8 當(dāng)堂達(dá)標(biāo)檢測(cè) 1.（帶電粒子的直線運(yùn)動(dòng)）如圖9所示，電子由靜止開(kāi)始從4板向8板運(yùn)動(dòng)，到達(dá)8板的速度為°,保持兩 板間的電勢(shì)差不變，則（） A. 當(dāng)減小兩板間的距離時(shí)，速度。增大 B. 當(dāng)減小兩板間的距離時(shí)，速度。減小 1— 3 C. 當(dāng)減小兩板間的距離時(shí)，速度。不變 D. 當(dāng)減小兩板間的距離時(shí)，電子在兩板間運(yùn)動(dòng)的時(shí)間變長(zhǎng) 2. 此電子具有的初動(dòng)能是（） edL A萬(wàn) B. edUL ^eUL D- -o{/o- 圖10 （帶電粒子的直線運(yùn)動(dòng)）兩平行金屬板相距為乩電勢(shì)差為U,一電子質(zhì)量為"?，電荷量為從

9、。點(diǎn)沿垂直于極板的方向射出，最遠(yuǎn)到達(dá)A點(diǎn)，然后返回，如圖10所示，。4=心則 3 .（帶電體在電場(chǎng)中的直線運(yùn)動(dòng)）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(chǎng)強(qiáng)度為E的勻強(qiáng)電場(chǎng).有一質(zhì)量為機(jī)、電荷量為+q的小球從兩極板正中間處?kù)o止釋放，重力加速度為g.則小球運(yùn)動(dòng)到負(fù)極板的過(guò)程（） A. 加速度大小為a=%+g B. 所需的時(shí)間為，= dm C. 下降的高度為尸苧 D. 4. 電場(chǎng)力所做的功為W=Eqd （帶電粒子在交變電場(chǎng)中的直線運(yùn)動(dòng)）（多選）如圖12甲所示，電子靜止在兩平行金屬板A、8間的〃點(diǎn)，/ =0時(shí)刻開(kāi)始4板電勢(shì)按如圖乙所示規(guī)律變化，則下列說(shuō)法中正確的4B是（） A.電子可能在極板間做往復(fù)運(yùn)動(dòng) B.“時(shí)刻電子的動(dòng)能最大 C.電子能從小孔尸飛出，且飛出時(shí)的動(dòng)能不大于eUo 圖12 D.電子不可能在介~，3時(shí)間內(nèi)飛出電場(chǎng)