1.9《帶電粒子在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)》導(dǎo)學(xué)案

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1、學(xué)時(shí)1.9　帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng) 　　1.學(xué)習(xí)運(yùn)用靜電力、電場(chǎng)強(qiáng)度等概念研究帶電粒子在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)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(shì)、電勢(shì)差、等勢(shì)面等概念研究帶電粒子在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)的能量轉(zhuǎn)化規(guī)律。 3.理解示波管的工作原理,體會(huì)電場(chǎng)知識(shí)在科技中的運(yùn)用。 1.帶電粒子在電場(chǎng)中的加速 真空中有一對(duì)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(chǎng)。在兩板間若要加速一種電子,獲得最大的速度,該電子應(yīng)從①B　極板釋放。若極板間電勢(shì)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(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)

2、(1)進(jìn)入電場(chǎng)的方式:以初速度v0③垂直于電場(chǎng)線進(jìn)入勻強(qiáng)電場(chǎng)。 (2)受力特點(diǎn):靜電力大小④不變,且方向與初速度v0的方向⑤垂直。 (3)運(yùn)動(dòng)特點(diǎn):做⑥勻變速曲線運(yùn)動(dòng),與力學(xué)中的平拋運(yùn)動(dòng)類似,故稱作⑦類平拋運(yùn)動(dòng)。 (4)運(yùn)動(dòng)規(guī)律: 運(yùn)動(dòng)垂直電場(chǎng)方向速度:vx=⑧v0　位移:l=⑨v0t平行電場(chǎng)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,重要由三部分構(gòu)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(guò)燈絲發(fā)射的電子在電子槍陰極和陽(yáng)極間受靜電力的作用被加速,

3、形成電子束,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(chǎng)中的加速 閱讀教材中“帶電粒子的加速”部分的內(nèi)容,回答問(wèn)題。 (1)教材中對(duì)圖1.9-1(計(jì)算粒子達(dá)到另一種極板時(shí)的速度)情形是從功能轉(zhuǎn)化角度運(yùn)用動(dòng)能定理分析的,你能否運(yùn)用牛頓第二定律從動(dòng)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(dòng),達(dá)到負(fù)極板時(shí)的速率是多少?如果沿著不同的路線,達(dá)到負(fù)極板時(shí)的速率相等嗎? 　　主題2:類平拋運(yùn)動(dòng) 閱讀教材中“帶電粒子的偏轉(zhuǎn)”和例題2中的內(nèi)容,

4、回答問(wèn)題。 (1)例題2中帶電粒子在電場(chǎng)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(dòng)與研究平拋運(yùn)動(dòng)的措施進(jìn)行類比。為什么我們常把垂直射入勻強(qiáng)電場(chǎng)的帶電粒子的運(yùn)動(dòng)叫作類平拋運(yùn)動(dòng),它與平拋運(yùn)動(dòng)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(chǎng)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(dòng)?與否仍然可以用分運(yùn)動(dòng)的合成來(lái)研究其在電場(chǎng)外的運(yùn)動(dòng)? (2)在例題2中,電子穿出極板的時(shí)間為t=lv0,如果增大極板間電勢(shì)差U,電子與否也許飛不出極板?如果飛不出極板,電子將落在哪里?電子運(yùn)動(dòng)的時(shí)間由哪些量

5、決定? 　　主題4:示波管的原理 閱讀教材中“示波管的原理”的內(nèi)容,回答問(wèn)題。 (1)如果建立如圖坐標(biāo)系把熒光屏分為四個(gè)象限,那么要電子打在第Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ象限,應(yīng)當(dāng)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(huì)在什么位置移動(dòng)?如果同步在XX'上加上鋸齒形掃描電壓,將會(huì)起到什么效果? 1.下列粒子從初速度為零的狀態(tài)通過(guò)電壓為U的電場(chǎng)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(shuō)法對(duì)的

6、的是(　　)。 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(huì)使電子在水平方向發(fā)生偏轉(zhuǎn) D.通過(guò)熒光屏上浮現(xiàn)的亮斑才干顯現(xiàn)電子的位置 3.一帶電粒子在電場(chǎng)中只受靜電力作用時(shí),它不也許浮現(xiàn)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)是(　　)。 A.勻速直線運(yùn)動(dòng) B.勻加速直線運(yùn)動(dòng) C.勻變速曲線運(yùn)動(dòng) D.勻速圓周運(yùn)動(dòng) 4.如圖所示,一質(zhì)量為4.0×10-15 kg、電荷量為2.0×10-9 C 的帶正電質(zhì)點(diǎn),以4.0×104 m/s的速度垂直于電場(chǎng)方向從a點(diǎn)進(jìn)入勻強(qiáng)電場(chǎng)區(qū)域,并從b點(diǎn)離開電場(chǎng)區(qū)域。離開電場(chǎng)時(shí)的速度為5.0×104 m/s,由此可知,電場(chǎng)中a、b兩

7、點(diǎn)間的電勢(shì)差φa-φb=　　　　V;帶電質(zhì)點(diǎn)離開電場(chǎng)時(shí)的速度在電場(chǎng)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(chǎng)中的加速 1.如圖所示,在點(diǎn)電荷+Q的電場(chǎng)中有A、B兩點(diǎn),將質(zhì)子和α粒子分別從A點(diǎn)由靜止釋放,達(dá)到B點(diǎn)時(shí),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(chǎng)中偏轉(zhuǎn)問(wèn)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(zhǎng)、電場(chǎng)強(qiáng)度為E的勻強(qiáng)電場(chǎng),在與右側(cè)虛線相距也為L(zhǎng)處有一與電場(chǎng)平行的屏。既有一電荷量為+q、質(zhì)量為m的帶電粒子(重力不計(jì)),以垂直于電場(chǎng)線方向的初速度v0射入電場(chǎng)中,v0

8、方向的延長(zhǎng)線與屏的交點(diǎn)為O。試求: (1)粒子從射入到打在屏上所用的時(shí)間。 (2)粒子剛射出電場(chǎng)時(shí)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(diǎn)P到點(diǎn)O的距離x。 帶電 粒子 在電 場(chǎng)中 的運(yùn) 動(dòng)帶電粒子的加速:qU=　　　-　　　(合用于任何電場(chǎng))帶電粒子的偏轉(zhuǎn)(類平拋運(yùn)動(dòng))x軸:x=v0ty軸:y=12at2=　　　　示波管的原理 答案 學(xué)時(shí)1.9　帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng) 知識(shí)體系梳理 ①B　②2qUm?、鄞怪庇凇、懿蛔儭、荽怪薄、迍蜃兯偾€運(yùn)動(dòng)　⑦類平拋運(yùn)動(dòng)?、鄓0?、醰0t?、鈗Ulmv0d　qUl

9、22mv02d qUlmdv02　電子槍、偏轉(zhuǎn)電極、熒光屏　加速　偏轉(zhuǎn) 重點(diǎn)難點(diǎn)探究 主題1:(1)從動(dòng)力學(xué)角度分析,粒子在勻強(qiáng)電場(chǎng)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(dòng),則有12mv2-12mv02=qU,因此達(dá)到負(fù)極板時(shí)的速率v=v02+2qUm。靜電力做功與途徑無(wú)關(guān),因此如果沿著不同的路線,達(dá)到負(fù)極板時(shí)的速率相等。 主題2:(1)由于兩平行板間的電場(chǎng)是勻強(qiáng)電場(chǎng),因此帶電粒子在極板間受到恒定的靜電力作用,靜電力的方向與粒子射入電場(chǎng)中時(shí)的初速度方向垂直。 (2)垂直射入勻強(qiáng)

10、電場(chǎng)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(chǎng)方向做初速度為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng),在初速度方向上不受力,做勻速直線運(yùn)動(dòng),因此把它叫作類平拋運(yùn)動(dòng)。不同之處在于,我們高中階段研究重力場(chǎng)一般覺(jué)得是沒(méi)有邊際的,在同一地點(diǎn)不同重物的加速度都是相似的;勻強(qiáng)電場(chǎng)則一般是有邊界的,并且電場(chǎng)也許變化,不同帶電粒子的質(zhì)量、所帶電荷量均有也許不同,因此在研究帶電粒子的類平拋運(yùn)動(dòng)時(shí)需要考慮更多的實(shí)際問(wèn)題。 主題3:(1)電子射出電場(chǎng)后不再受到靜電力的作用,將做勻速直線運(yùn)動(dòng)。其后的運(yùn)動(dòng)也可以看作是x方向速度為v0的勻速直線運(yùn)動(dòng)與y方向速度為v⊥的勻速直線運(yùn)動(dòng)的合運(yùn)動(dòng)

11、。 (2)如果增大極板間的電勢(shì)差U,就會(huì)增大電場(chǎng)強(qiáng)度E,使電子受到的靜電力F增大,電子有也許飛不出極板。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(chǎng)瞬間離Y極板的距離d',由 d'=at22及a=eUmd可知電子的運(yùn)動(dòng)時(shí)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,那么熒光屏上的亮斑將會(huì)在Y軸上上下移動(dòng)。如果同步

12、在XX'上加上鋸齒形掃描電壓,將會(huì)使亮斑在Y方向移動(dòng)的同步也在X方向移動(dòng),也就可以看出YY'上電壓隨時(shí)間變化的規(guī)律。 基本智能檢測(cè) 1.A　2.ACD　3.A 4.900　3×104 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(diǎn)釋放后,受靜電力作用加速運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn),設(shè)A、B兩點(diǎn)間的電勢(shì)差為U,由動(dòng)能定理,對(duì)質(zhì)子:12mHvH2=qHU 對(duì)α粒子:12mαvα2=qαU 因此vHvα=qHmαqαmH=1×42×1=21。 2.(1)2Lv0 (2)qELmv02 (3)3qEL22mv02 【解析】(1)根據(jù)題意,粒子在垂直于電場(chǎng)線的方向上做勻速直線運(yùn)動(dòng),因此粒子從射入到打在屏上所用的時(shí)間t=2Lv0。 (2)設(shè)粒子射出電場(chǎng)時(shí)沿平行電場(chǎng)線方向的速度為vy,根據(jù)牛頓第二定律,粒子在電場(chǎng)中的加速度:a=Eqm 則vy=aLv0=qELmv0 因此粒子剛射出電場(chǎng)時(shí)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(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)距離為y,則 y=12a(Lv0)2=12·qEL2mv02=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。