甘肃省永昌县第一中学高中物理 第1章 第11节带电粒子在电场中的

甘肃省永昌县第一中学高中物理 第1章 第11节带电粒子在电场中的运动导

学案 新人教版选修3-1

一、导入新课，展示目标

1.会分析计算带电粒子在电场中加速和偏转的有关问题. 2.知道示波管的主要构造和工作原理． 二、课前自学，提出问题

1．动能定理的内容：合外力所做的功等于物体动能的变化．其表达式为W＝___________.

2．平抛运动可以分解为水平方向的__________运动和竖直方向的__________运动．

水平方向：vx＝______，x＝_____；竖直方向：vy＝_____；y＝_____. 3．带电粒子在电场中受到静电力的作用，因此要产生________，速度的大小和方向都可能发生变化．对于质量很小的带电粒子，如______、______等，虽然它们也会受到万有引力(重力)的作用，但万有引力(重力)一般__________静电力，可以忽略．

4．如图1所示，炽热的金属丝可以发射电子．在金属丝和金属板之间加以电压U，发射出的电子在真空中加速后，从金属板的小孔穿出．电子穿出时的速度为_____． (设电子刚刚离开金属丝时的速度为零，电荷量为e，质量为m)

5．有一种电子仪器叫示波器，可以用来观察电信号随时间 变化情况．示波器的核心部件是________．

三、学习过程

1、师导生学，合作探究

探究一、带电粒子的加速

图1 [问题设计]

如图2所示，在真空中有一对平行金属板，由于接在电池组上而带电，两板间的电势差为U.若一个质量为m，带正电荷q的粒子，在静电力的作用下由静止开始从正极板向负极板运动，板间距为d. (1)粒子在电场中做何种运动？ (2)计算粒子到达负极板时的速度？

[要点提炼]

图2 1．电子、质子、α粒子、离子等微观粒子，它们的重力远小于静电力，处理问题时可以忽略它们的重力．带电小球、带电油滴、带电颗粒等，质量较大，处理问题时重力不能忽略． 2．带电粒子仅在静电力作用下加速，若初速度为零，则qU＝________；若初速度不为零，则

qU＝12mv2－12

2mv0 .

探究二、带电粒子的偏转

1

[问题设计]

如图3所示，两平行板间存在方向竖直向下的匀强电场，质子以速度v0水平射入电场，不计质子的重力． (1)质子受力情况怎样？质子如何运动？

(2)若板长为l，板间电压为U，板间距为d，质子质量为m，电荷量为q，求质子的加速度和在电场中的飞行时间．

(3)当质子离开电场时，质子水平方向和竖直方向的速度分别为多大？合速度与初速度方向的夹角θ的正切值为多少？ (4)质子沿电场方向的偏移量y为多少？

(5)速度的偏转角与位移和水平方向的夹角是否相同？ 图3

[要点提炼]

1．运动状态分析：带电粒子(不计重力)以初速度v0垂直于电场线方向飞入匀强电场时，受到恒定的与初速度方向成90°角的静电力作用而做匀变速曲线运动．

2．偏转问题的分析处理方法：类似于平抛运动的分析处理方法，即应用运动的合成与分解的知识分析处理． 3．两个特殊结论

(1)粒子射出电场时速度方向的反向延长线过水平位移的中点，即粒子就像是从极板间l2

处射出的一样．

(2)速度偏转角θ的正切值是位移和水平方向夹角α的正切值的2倍，即：tan θ＝2tan α.

2、互动交流，突破疑难

例1 如图4所示，在点电荷＋Q激发的电场中有A、B两点，将质子和α粒子分别从A点由静止释放到达B点时，它们的速度大小之比为多少？

图4

例2 一束电子流经U＝5 000 V的加速电压加速后，在与两极板等距处垂直进入平行板间的匀强电场，如图5所示，若两板间距d＝1.0 cm，板长l＝5 cm，那么，要使电子能从平行极板间的边缘飞出，则两个极板上最多能加多大电压？

二次备课

2

图5

例3 如图6为一真空示波管的示意图，电子从灯丝K发出(初速度可忽略不计)，经灯丝与A板间的电压U1加速，从A板中心孔沿中心线KO射出，然后进入两块平行金属板M、N形成的偏转电场中(偏转电场可视为匀强电场)，电子进入M、N间电场时的速度与电场方向垂直，电子经过电场后打在荧光屏上的P点．已知M、N两板间的电压为U2，两板间的距离为d，板长为L，电子的质量为m，电荷量为e，不计电子受到的重力及它们之间的相互作用力．

图6

方法总结 带电粒子在电场中的运动，综合了静电场和力学的知识，分析方法和力学的分析方法基本相同：先分析受力情况再分析运动状态和运动过程；然后选用恰当的规律解题． 四、当堂检测，竞争展示

《步步高导学案设计》P23自我检测区1-3题 五、暴露问题，反馈小结

二次备课3

六、作业布置，拓展提高 第一章 训练11 七、反思总结

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