2022年人教版高中選修3-1 第1章第9節(jié) 帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)（教案）

2022年人教版高中選修3-1 第1章第9節(jié) 帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)（教案）【知識(shí)與技能】1了解帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)只受電場(chǎng)力，帶電粒子做勻變速運(yùn)動(dòng)。2重點(diǎn)掌握初速度與場(chǎng)強(qiáng)方向垂直的帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)(類平拋運(yùn)動(dòng))。3知道示波管的主要構(gòu)造和工作原理?！具^(guò)程與方法】培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用力學(xué)和電學(xué)的知識(shí)分析解決帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)?！厩楦袘B(tài)度與價(jià)值觀】1滲透物理學(xué)方法的教育：運(yùn)用理想化方法，突出主要因素，忽略次要因素，不計(jì)粒子重力。2培養(yǎng)學(xué)生綜合分析問(wèn)題的能力，體會(huì)物理知識(shí)的實(shí)際應(yīng)用。【教學(xué)過(guò)程】重難點(diǎn)一、帶電粒子在電場(chǎng)中的加速一、帶電粒子在電場(chǎng)中的加速1帶電粒子的分類(1)基本粒子：如電子、質(zhì)子、粒子、離子等，除有說(shuō)明或有明確的暗示以外，此類粒子一般不考慮重力(但并不忽略質(zhì)量)。(2)帶電微粒：如液滴、油滴、塵埃、小球等，除有說(shuō)明或有明確的暗示以外，一般都不能忽略重力。2處理帶電粒子在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)問(wèn)題的兩種基本思路兩個(gè)角度內(nèi)容動(dòng)力學(xué)角度功能關(guān)系角度涉及知識(shí)應(yīng)用牛頓第二定律結(jié)合勻變速直線運(yùn)動(dòng)公式功的公式及動(dòng)能定理選擇條件勻強(qiáng)電場(chǎng)，電場(chǎng)力是恒力可以是勻強(qiáng)電場(chǎng)，也可以是非勻強(qiáng)電場(chǎng)，電場(chǎng)力可以是恒力，也可以是變力求帶電粒子的速度的兩種方法(1)從動(dòng)力學(xué)角度出發(fā)，用牛頓第二定律和運(yùn)動(dòng)學(xué)知識(shí)求解由牛頓第二定律可知，帶電粒子運(yùn)動(dòng)的加速度的大小為：a若一個(gè)帶正電荷的粒子，在電場(chǎng)力作用下由靜止開(kāi)始從正極板向負(fù)極板做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，兩極板間的距離為d，則由公式v2v2ax可求得帶電粒子到達(dá)負(fù)極板時(shí)的速度為v.(2)從功能關(guān)系角度出發(fā)，用動(dòng)能定理求解帶電粒子運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，只受電場(chǎng)力作用，電場(chǎng)力做的功為：WqU根據(jù)動(dòng)能定理有：Wmv20，解得v.【特別提醒】(1)對(duì)帶電粒子進(jìn)行受力分析，運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)分析和力做功情況分析是選擇規(guī)律解題的關(guān)鍵。(2)選擇解題的方法是優(yōu)先從功能關(guān)系的角度考慮，應(yīng)用功能關(guān)系列式簡(jiǎn)單、方便，不易出錯(cuò)?！镜湫屠}】已知質(zhì)量為 m，帶電量為-q 的小球，從水平放置的平行金屬板上板小孔處，以初速度v0 豎直向下進(jìn)入板間，做加速運(yùn)動(dòng)。已知兩板間距為 d，電源能提供的電壓為U 且恒定，重力加速度為 g。求：（1）平行板間電場(chǎng)強(qiáng)度大小和方向。（2）小球到達(dá)下極板時(shí)速率 v 為多大？【答案】（1）方向：豎直向下（2）【解析】（1）方向：豎直向下（2）根據(jù)牛頓第二定律：根據(jù)運(yùn)動(dòng)方程：由、聯(lián)立，得或：由動(dòng)能定理，得重難點(diǎn)二、帶電粒子在電場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)一、帶電粒子在電場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)1運(yùn)動(dòng)狀態(tài)分析如圖所示，電子以速度v0垂直于電場(chǎng)線方向飛入勻強(qiáng)電場(chǎng)時(shí)，由于質(zhì)量m很小，所以重力比電場(chǎng)力小得多，重力可忽略不計(jì)電子只受到恒定的與初速度方向成90°角的電場(chǎng)力作用而做勻變速曲線運(yùn)動(dòng)，類似于力學(xué)中的平拋運(yùn)動(dòng)(軌跡為拋物線)2功能觀點(diǎn)分析粒子在電場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)同樣只受電場(chǎng)力的作用，所以仍然可以根據(jù)動(dòng)能定理定量計(jì)算出射速度等物理量表達(dá)式qUmv2mv適用于一切電場(chǎng)，尤其適用于僅需求解出射速度時(shí)，但無(wú)法僅用此式求解出射速度的方向和偏移量等物理量3偏轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的分析處理方法平拋運(yùn)動(dòng)的研究方法是運(yùn)動(dòng)的合成和分解，帶電粒子垂直進(jìn)入電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)也可采用運(yùn)動(dòng)的合成和分解的方法進(jìn)行若帶電粒子僅受電場(chǎng)力作用以初速v0垂直進(jìn)入勻強(qiáng)電場(chǎng)，則做類平拋運(yùn)動(dòng)，分析時(shí)一般都是分解為兩個(gè)方向的分運(yùn)動(dòng)來(lái)處理(1)沿初速度方向?yàn)樗俣葹関0的勻速直線運(yùn)動(dòng)；(2)沿電場(chǎng)力方向?yàn)槌跛俣葹榱愕膭蚣铀龠\(yùn)動(dòng)4對(duì)粒子的偏移量和偏轉(zhuǎn)角的討論如圖所示，水平方向Lv0t，則粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間tL/v0豎直方向加速度aEq/mqU/md偏轉(zhuǎn)距離yat2·2U粒子離開(kāi)電場(chǎng)時(shí)豎直方向的速度為vyat則合速度(如上圖所示)為v粒子離開(kāi)電場(chǎng)時(shí)的偏轉(zhuǎn)角度為tanU.5幾個(gè)推論(1)粒子從偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)中射出時(shí)，其速度反向延長(zhǎng)線與初速度方向延長(zhǎng)線交于一點(diǎn)，此點(diǎn)平分沿初速度方向的位移(2)位移方向與初速度方向間夾角的正切為速度偏轉(zhuǎn)角正切的，即tantan.(3)以相同的初速度進(jìn)入同一個(gè)偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)的帶電粒子，不論m、q是否相同，只要q/m相同，即荷質(zhì)比相同，則偏轉(zhuǎn)距離y和偏轉(zhuǎn)角相同(4)若以相同的初動(dòng)能Ek0進(jìn)入同一個(gè)偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)，只要q相同，不論m是否相同，則偏轉(zhuǎn)距離y和偏轉(zhuǎn)角相同(5)不同的帶電粒子經(jīng)同一加速電場(chǎng)加速后(即加速電壓U相同)，進(jìn)入同一偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)，則偏轉(zhuǎn)距離y和偏轉(zhuǎn)角相同【特別提醒】(1)時(shí)間相等是兩個(gè)方向分運(yùn)動(dòng)間聯(lián)系的橋梁(2)若帶電粒子除受電場(chǎng)力作用之外，還受到重力作用或其他恒力作用，則同樣要分解成兩個(gè)不同方向的簡(jiǎn)單的直線運(yùn)動(dòng)來(lái)處理(3)如選用動(dòng)能定理，則要分清有多少個(gè)力做功，是恒力還是變力，以及初態(tài)和末態(tài)的動(dòng)能增量；如選用能量守恒定律，則要分清有多少種形式的能在轉(zhuǎn)化，哪種能量是增加的哪種能量是減少的【典型例題】如圖所示，一群速率不同的一價(jià)離子從AB兩平行極板正中央水平射入偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)，離子的初速度為v0，AB間電壓為U，間距為dC為豎直放置并與AB間隙正對(duì)的金屬檔板，屏MN足夠大若AB極板長(zhǎng)為L(zhǎng)，C到極板的距離也為L(zhǎng)，C的高為d不考慮離子所受重力，元電荷為e（1）寫(xiě)出離子射出A、B板時(shí)的側(cè)移距離y的表達(dá)式；(2)求初動(dòng)能范圍是多少的離子才能打到屏MN上【答案】（1）（2）【解析】（1）偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)大小為：離子所受電場(chǎng)力：離子的加速度為：由解得：設(shè)離子的質(zhì)量為m，初速度為v0，離子射出電場(chǎng)的時(shí)間t為：射出電場(chǎng)時(shí)的偏轉(zhuǎn)距離y為：由解得：（2）離子射出電場(chǎng)時(shí)的豎直分速度射出電場(chǎng)時(shí)的偏轉(zhuǎn)角：由得：離子射出電場(chǎng)時(shí)做勻速直線運(yùn)動(dòng)要使離子打在屏MN上，需滿足：（11）（12）由（11）（12）可得：（13）重難點(diǎn)三、示波管1示波管的構(gòu)造示波器是可以用來(lái)觀察電信號(hào)隨時(shí)間變化情況的一種電子儀器，其核心部分是示波管，它由電子槍、偏轉(zhuǎn)電極和熒光屏組成(如圖所示)，管內(nèi)抽成真空各部分作用為：(1)電子槍：發(fā)射并加速電子；(2)豎直偏轉(zhuǎn)電極：使電子束豎直偏轉(zhuǎn)(加信號(hào)電壓)；(3)水平偏轉(zhuǎn)電極：使電子束水平偏轉(zhuǎn)(加掃描電壓)；(4)熒光屏：顯示圖象2示波管的管理示波器的基本原理是帶電粒子在電場(chǎng)力作用下的加速和偏轉(zhuǎn)(1)偏轉(zhuǎn)電極不加電壓：從電子槍射出的電子將沿直線運(yùn)動(dòng)，射到熒光屏的中心點(diǎn)形成一個(gè)亮斑(2)僅在XX(或YY)加電壓，若所加電壓穩(wěn)定，則電子流被加速、偏轉(zhuǎn)后射到XX(或YY)所在直線上某一點(diǎn)，形成一個(gè)亮斑(不在中心)在圖中，設(shè)加速電壓為U1，電子電荷量為e，質(zhì)量為m，由WEk得eU1mv.在電場(chǎng)中的側(cè)移yat2t2，其中d為兩板的間距水平方向tL/v0，又tan由以上各式得熒光屏上的側(cè)移yyLtantan(L為偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)左側(cè)到光屏的距離)(3)示波管實(shí)際工作時(shí)，豎直偏轉(zhuǎn)板和水平偏轉(zhuǎn)板都加上電壓，一般加在豎直偏轉(zhuǎn)板上的電壓是要研究的信號(hào)電壓，加在水平偏轉(zhuǎn)板上的是掃描電壓，若兩者周期相同，在熒光屏上就會(huì)顯示出信號(hào)電壓隨時(shí)間變化的波形圖【典型例題】如圖甲所示為示波管的構(gòu)造示意圖，現(xiàn)在xx上加上uxxt信號(hào)，yy上加上uyyt信號(hào)（如圖乙、圖丙所示），則在屏幕上看到的圖形是_【答案】D