《《带电粒子在电场中的运动》导学案中学教育高中教育中学教育高中教育.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《《带电粒子在电场中的运动》导学案中学教育高中教育中学教育高中教育.pdf（9页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、 第九节、带电粒子在电场中的运动 学案导学 学习目标 1、理解带电粒子在电场中的运动规律，并能分析解决加速和偏转方向的问题 2、知道示波管的构造和基本原理 过程与方法 通过带电粒子在电场中加速、偏转过程分析，培养学生的分析、推理能力 重点 带电粒子在匀强电场中的运动规律 难点 运用电学知识和力学知识综合处理偏转问题 自主学习 1利用电场来改变或控制带电粒子的运动，最简单情况有两种，利用电场使带电粒子 _；利用电场使带电粒子 _ 2示波器：示波器的核心部件是 _，示波管由电子枪、_ 和荧光屏组成，管内抽成真空 同步导学 1带电粒子的加速 (1)动力学分析：带电粒子沿与电场线平行方向进入电场，受到
2、的电场力与运动方向在同一直线上，做加(减)速直线运动，如果是匀强电场，则做匀加 (减)速运动 (2)功能关系分析：粒子只受电场力作用，动能变化量等于电势能的变化量 qU 1 mv 2(初速度为零)；qU 1 mv21 mv02 此式适用于一切电场 2 2 2 2带电粒子的偏转 (1)动力学分析：带电粒子以速度 v0 垂直于电场线方向飞入两带电平行板产生的 匀强电场中，受到恒定的与初速度方向成 900 角的电场力作用而做匀变速曲线运动 (类平抛运动)(2)运动的分析方法(看成类平抛运动)：沿初速度方向做速度为 v0 的匀速直线运动 沿电场力方向做初速度为零的匀加速直线运动 例 1 如图 1 81
3、 所示，两板间电势差为 U，相距为 d，板长为 L正离子 q 以平行于极板的速度 v0 射入电场中，在电场中受到电场力而发生偏转，则电荷的偏转 距离 y 和偏转角 为多少?解析：电荷在竖直方向做匀加速直线运动，受到的力 F EqUq/d 由牛顿第二定律，加速度 a=F/m=Uq/md 水平方向做匀速运动，由 L=v0 t 得 0 t=L/v 由运动学公式 1 2 1 Uq L 2 qL2 at 可得：y 2 md(v 0)2mv02 d U s 2 带电离子在离开电场时，竖直方向的分速度：qUL v at mv0 d 离子离开偏转电场时的偏转角度 v qUL 可由下式确定：tan mv02 d
4、 v0 电荷射出电场时的速度的反向延长线交两板中心水平线上的位置确定：如图所 示，设交点 P 到右端 Q 的距离为 x，则由几何关系得：tan y/x x y qL2U/2mv02 d 1 tan qLU/mv02d 2 电荷好像是从水平线 OQ 中点沿直线射出一样，注意此结论在处理问题时应用很方便 例 2 两平行金属板相距为 d，电势差为 U，一电子质量为 m，电荷量为 e，从 O 点沿垂直于极板的方向射出，最远到达 A 点，然后返回，如图 183 所示，OA h，此电子具有的初动能是()A edh BedUh U C eU D eUh dh d 向的问题知道示波管的构造和基本原理过程与方法
5、通过带电粒子在电场中加速偏转过程分析培养学生的分析推理能力重点带电粒子在匀强电场中的运动规律难点运用电学知识和力学知识综合处理偏转问题自主学习利用电场来改变或管由电子枪和荧光屏组成管内抽成真空同步导学带电粒子的加速动力学分析带电粒子沿与电场线平行方向进入电场受到的电场力与运动方向在同一直线上做加减速直线运动如果是匀强电场则做匀加减速运动功能关分析粒子只受电场度垂直于电场线方向飞入两带电平行板产生的角的电场力作用而做匀变速曲线运动匀强电场中受到恒定的与初速度方向成类平抛运动运动的分析方法看成类平抛运动沿初速度方向做速度为的匀速直线运动沿电场力方向做初速度为零 解析：电子从 O 点到 A 点，因受
6、电场力作用，速度逐渐减小，根据题意和图示 可知，电子仅受电场力，由能量关系：1 mv02 eU OA，又 E Ud，U OA Eh U h，所以 1 mv02 eUh 2 d.故 D 正确 2 d 例 3 一束质量为 m、电荷量为 q 的带电粒子以平行于两极板的速度 v0 进入匀强电场，如图 184 所示如果两极板间电压为 U，两极板间的距离为 d、板长为 L 设粒子束不会击 中极板，则粒子从进入电场到飞出极板时电势能的变化量 图 18 4 为(粒子的重力忽略不计 )分析：带电粒子在水平方向做匀速直线运动，在竖直方向做匀加速运动电场力 做功导致电势能的改变 解析：水平方向匀速，则运动时间 t
7、L/v0 竖直方向加速，则侧移 y 1 at 2 2 qU 且 a dm 由得 qUL2 y 2mdv02 则电场力做功 W qE y q U qUL2 q2U 2 L2 d 2mdv02 2md 2v02 由功能原理得电势能减少了 q 2U 2 L2 2md 2v02 例 4 如图 185 所示，离子发生器发射出一束质量为 m，电荷量为 q 的离子，从静止经加速电压 U1 加速后，获得速度 v0，并沿垂直于电场线方 向射入两平行板中央，受偏转电压 U2 作用后，以速度 v 离开电场，图已1知8平行5板长为 l，两板间距离为 d，求：v0 的大小；离子在偏转电场中运动时间 t；离子在偏转电场中
8、受到的电场力的大小 F；向的问题知道示波管的构造和基本原理过程与方法通过带电粒子在电场中加速偏转过程分析培养学生的分析推理能力重点带电粒子在匀强电场中的运动规律难点运用电学知识和力学知识综合处理偏转问题自主学习利用电场来改变或管由电子枪和荧光屏组成管内抽成真空同步导学带电粒子的加速动力学分析带电粒子沿与电场线平行方向进入电场受到的电场力与运动方向在同一直线上做加减速直线运动如果是匀强电场则做匀加减速运动功能关分析粒子只受电场度垂直于电场线方向飞入两带电平行板产生的角的电场力作用而做匀变速曲线运动匀强电场中受到恒定的与初速度方向成类平抛运动运动的分析方法看成类平抛运动沿初速度方向做速度为的匀速直
9、线运动沿电场力方向做初速度为零 离子在偏转电场中的加速度；离子在离开偏转电场时的横向速度 vy；离子在离开偏转电场时的速度 v 的大小；离子在离开偏转电场时的横向偏移量 y；离子离开偏转电场时的偏转角 的正切值 tg 解析：不管加速电场是不是匀强电场，W qU 都适用，所以由动能定理得：qU1 1 2qU mv0 v0 2 m 由于偏转电场是匀强电场，所以离子的运动类似平抛运动 即：水平方向为速度为 v0 的匀速直线运动，竖直方向为初速度为零的匀加速直线 运动 在水平方向 t l l m v0 2qU1 E U 2 F=qE=qU 2 .d d a F qU 2 m md v y at qU
10、2 l m U 2l q.md 2qU 1 d 2mU 1 v v0 2 vy 2 4qd 2U 1 2 ql 2 U 2 2 2md 2U1 y 1 at 2 1 qU 2 l 2 m l 2 U 2（和带电粒子 q、m 无关，只取决于加速电场和 2 2 md 2qU 1 4dU 1 偏转电场）解题的一般步骤是：(1)根据题目描述的物理现象和物理过程以及要回答问题，确定出研究对象和过 程并选择出“某个状态”和反映该状态的某些“参量”，写出这些参量间的关系式 (2)依据题目所给的条件，选用有关的物理规律，列出方程或方程组，运用数学工 具，对参量间的函数关系进行逻辑推理，得出有关的计算表达式 (
11、3)对表达式中的已知量、未知量进行演绎、讨论，得出正确的结果 当堂达标 向的问题知道示波管的构造和基本原理过程与方法通过带电粒子在电场中加速偏转过程分析培养学生的分析推理能力重点带电粒子在匀强电场中的运动规律难点运用电学知识和力学知识综合处理偏转问题自主学习利用电场来改变或管由电子枪和荧光屏组成管内抽成真空同步导学带电粒子的加速动力学分析带电粒子沿与电场线平行方向进入电场受到的电场力与运动方向在同一直线上做加减速直线运动如果是匀强电场则做匀加减速运动功能关分析粒子只受电场度垂直于电场线方向飞入两带电平行板产生的角的电场力作用而做匀变速曲线运动匀强电场中受到恒定的与初速度方向成类平抛运动运动的分
12、析方法看成类平抛运动沿初速度方向做速度为的匀速直线运动沿电场力方向做初速度为零 1如图 l 86 所示，电子由静止开始从 A 板向 B 板运动，当到达 B 板时速度 为 v，保持两板间电压不变则 ()A 当增大两板间距离时，v 也增大 B当减小两板间距离时，v 增大 C当改变两板间距离时，v 不变 D当增大两板间距离时，电子在两板间运动的时间延长 2如图 187 所示，两极板与电源相连接，电子从负极板边缘垂直电场方向 射入匀强电场，且恰好从正极板边缘飞出，现在使电子入射速度变为原来的两倍，而 电子仍从原位置射入，且仍从正极板边缘飞出，则两极板的间距应变为原来的 ()A2 倍 B4 倍 C0.5
13、 倍 D0.25 倍 图 1 87 3电子从负极板的边缘垂直进入匀强电场，恰好从正极板边 缘飞出，如图 1 8 8 所示，现在保持两极板间的电压不变，使 两极板间的距离变为原来的 2 倍，电子的入射方向及位臀不变，图 1 88 且要电子仍从正极板边缘飞出，则电子入射的初速度大小应为原 来的（）A 2 B 1 C 2 D2 2 2 4下列带电粒子经过电压为 U 的电压加速后，如果它们的初速度均为 0，则获 得速度最大的粒子是 ()A 质子 B氚核 C氦核 D钠离子 Na 5真空中有一束电子流，以速度 v、沿着跟电场强度 方向垂直自 O 点进入匀强电场，如图 189 所示，若 以 O 为坐标原点，
14、x 轴垂直于电场方向，y 轴平行于电场方 向，在 x 轴上取 OA AB BC，分别自 A、B、C 点作与 y 图 1 89 轴平行的线跟电子流的径迹交于 M、N、P 三点，那么：(1)电子流经 M，N、P 三点时，沿 x 轴方向的分速度之比为 (2)沿 y 轴的分速度之比为 向的问题知道示波管的构造和基本原理过程与方法通过带电粒子在电场中加速偏转过程分析培养学生的分析推理能力重点带电粒子在匀强电场中的运动规律难点运用电学知识和力学知识综合处理偏转问题自主学习利用电场来改变或管由电子枪和荧光屏组成管内抽成真空同步导学带电粒子的加速动力学分析带电粒子沿与电场线平行方向进入电场受到的电场力与运动方
15、向在同一直线上做加减速直线运动如果是匀强电场则做匀加减速运动功能关分析粒子只受电场度垂直于电场线方向飞入两带电平行板产生的角的电场力作用而做匀变速曲线运动匀强电场中受到恒定的与初速度方向成类平抛运动运动的分析方法看成类平抛运动沿初速度方向做速度为的匀速直线运动沿电场力方向做初速度为零 (3)电子流每经过相等时间的动能增量之比 为 6如图 1810 所示，电子具有 100 eV 的动能从 A 点垂直于电场线飞入匀强电场中，当从 D 点飞出电场时，速度 图 1 810 方向跟电场强度方向成 1 500 角则 A、B 两点之间的电势差 UAB V 7静止在太空中的飞行器上有一种装置，它利用电场加速带
16、电粒子形成向外发 射的高速电子流，从而对飞行器产生反冲力，使其获得加速度 已知飞行器质量为 M，发射的是 2 价氧离子发射离子的功率恒为 P，加 速的电压为 U，每个氧离子的质量为 m单位电荷的电荷量为 e不计发射氧离子后 飞行器质量的变化，求：(1)射出的氧离子速度 (2)每秒钟射出的氧离子数(离子速度远大于飞行器的速 度，分析时可认为飞行器始终静止不动)8如图 1 8 12 所示，一个电子(质量为 m)电荷量为 e，以初速度 v0 沿着匀强 电场的电场线方向飞入匀强电场，已知匀强电场的场强大小为 E，不计重力，问：(1)电子在电场中运动的加速度 (2)电子进入电场的最大距离 (3)电子进入
17、电场最大距离的一半时的动能 图 18 12 9如图 1813 所示，A、B 为两块足够大的平行金属板，两板间距离为 d，接在电压为 U 的电源上在 A 板上的中央 P 点处放置一个电子放射源，可以向各个方向释放电子设电子的质量 m、电荷量为 e，射出的初速度为 v求电子打在 B 板上区域的面积 图 1 813 向的问题知道示波管的构造和基本原理过程与方法通过带电粒子在电场中加速偏转过程分析培养学生的分析推理能力重点带电粒子在匀强电场中的运动规律难点运用电学知识和力学知识综合处理偏转问题自主学习利用电场来改变或管由电子枪和荧光屏组成管内抽成真空同步导学带电粒子的加速动力学分析带电粒子沿与电场线平
18、行方向进入电场受到的电场力与运动方向在同一直线上做加减速直线运动如果是匀强电场则做匀加减速运动功能关分析粒子只受电场度垂直于电场线方向飞入两带电平行板产生的角的电场力作用而做匀变速曲线运动匀强电场中受到恒定的与初速度方向成类平抛运动运动的分析方法看成类平抛运动沿初速度方向做速度为的匀速直线运动沿电场力方向做初速度为零 10.如图 181 4 所示一质量为 m，带电荷量为+q 的小球从距地面高 h 处以一定初速度水平抛出，在距抛出点水平距离 l 处，有一根管口比小球直径略大的竖直细管，管上口距地面 h/2，为使小球能无碰撞地通过管子，可在管子上方的整个区域里加一个场强方向水平向左的匀强电场，求：
19、(1)小球的初速度 v0.(2)电场强度 E 的大小 (3)小球落地时的动能 Ek 图 1 814 探究：课本思考与讨论 学后反思：你对学案的意见：课后作业：问题与练习 4、5 向的问题知道示波管的构造和基本原理过程与方法通过带电粒子在电场中加速偏转过程分析培养学生的分析推理能力重点带电粒子在匀强电场中的运动规律难点运用电学知识和力学知识综合处理偏转问题自主学习利用电场来改变或管由电子枪和荧光屏组成管内抽成真空同步导学带电粒子的加速动力学分析带电粒子沿与电场线平行方向进入电场受到的电场力与运动方向在同一直线上做加减速直线运动如果是匀强电场则做匀加减速运动功能关分析粒子只受电场度垂直于电场线方向
20、飞入两带电平行板产生的角的电场力作用而做匀变速曲线运动匀强电场中受到恒定的与初速度方向成类平抛运动运动的分析方法看成类平抛运动沿初速度方向做速度为的匀速直线运动沿电场力方向做初速度为零 向的问题知道示波管的构造和基本原理过程与方法通过带电粒子在电场中加速偏转过程分析培养学生的分析推理能力重点带电粒子在匀强电场中的运动规律难点运用电学知识和力学知识综合处理偏转问题自主学习利用电场来改变或管由电子枪和荧光屏组成管内抽成真空同步导学带电粒子的加速动力学分析带电粒子沿与电场线平行方向进入电场受到的电场力与运动方向在同一直线上做加减速直线运动如果是匀强电场则做匀加减速运动功能关分析粒子只受电场度垂直于电
21、场线方向飞入两带电平行板产生的角的电场力作用而做匀变速曲线运动匀强电场中受到恒定的与初速度方向成类平抛运动运动的分析方法看成类平抛运动沿初速度方向做速度为的匀速直线运动沿电场力方向做初速度为零 第九节 带电粒子在电场中的运动学案导学答案 自主学习：1.加速、偏转 2.示波管、偏转电板 当堂达标：1.CD 2.C 3.B 4.A 5.111 123 135 6.300V eU P 7.(1)2(2)m 2eU eE mv02 m v02 8.(1)(2)(3)m 2eE 4 2 2 9.2 mv d eU 10.(1)v0 2l q(2)E=2mgl(3)Ek mgh h qh 向的问题知道示波管的构造和基本原理过程与方法通过带电粒子在电场中加速偏转过程分析培养学生的分析推理能力重点带电粒子在匀强电场中的运动规律难点运用电学知识和力学知识综合处理偏转问题自主学习利用电场来改变或管由电子枪和荧光屏组成管内抽成真空同步导学带电粒子的加速动力学分析带电粒子沿与电场线平行方向进入电场受到的电场力与运动方向在同一直线上做加减速直线运动如果是匀强电场则做匀加减速运动功能关分析粒子只受电场度垂直于电场线方向飞入两带电平行板产生的角的电场力作用而做匀变速曲线运动匀强电场中受到恒定的与初速度方向成类平抛运动运动的分析方法看成类平抛运动沿初速度方向做速度为的匀速直线运动沿电场力方向做初速度为零