第一章 第9节 带电粒子在电场中的运动（讲解课件）-2019-2020学年高中物理选修3-1【优化探究】同步导学案（人教版）

第9节　带电粒子在电场中的运动 学习目标 素养提炼 1.能运用牛顿运动定律及运动学公式研究带电粒子在电场中的运动． 2.能运用功能关系研究带电粒子在电场中的运动． 3.了解示波管的构造和基本原理. 2种运动方式——加速和偏转 1种思想方法——类平抛运动的分解 授课提示：对应学生用书第28页 一、带电粒子的加速 1．基本粒子的受力特点 对于质量很小的基本粒子，如电子、质子等，虽然它们也会受到万有引力(重力)的作用，但万有引力(重力)远小于静电力，可以忽略． 2．带电粒子的加速 (1)分析方法：动能定理． (2)结论：初速度为零、带电荷量为q、质量为m的带电粒子，经过电势差为U的电场加速后，获得的速度为v＝ . [判断辨析] 　(1)质量很小的粒子不受万有引力的作用．(×) (2)带电粒子在电场中只受电场力作用时，电场力一定做正功．(×) (3)电场力做正功时，粒子动能一定增加．(×) 二、带电粒子的偏转 　质量为m、带电荷量为q的基本粒子，以初速度v0平行于两极板进入匀强电场，极板长为l，板间距离为d，板间电压为U. 1．运动性质 (1)沿初速度方向：速度为v0的匀速直线运动． (2)垂直于v0的方向上：初速度为零，加速度为a＝的匀加速直线运动． 2．运动规律 (1)偏移距离：因为t＝，a＝，所以y＝at2＝. (2)偏转角度：因为v⊥＝at＝，则tan θ＝＝. [判断辨析] 　(1)带电粒子以初速度v0 垂直进入匀强电场中，做类平抛运动．(×) (2)解答带电粒子在电场中偏转问题的基本方法是运动的合成与分解．(√) (3)带电粒子在匀强电场中的偏转角度与偏转电压有关．(√) 三、示波管的原理 1．构造 示波管是示波器的核心部件，外部是一个抽成真空的玻璃壳，内部主要由电子枪(发射电子的灯丝、加速电极组成)、偏转电极(由一对X偏转电极板和一对Y偏转电极板组成)和荧光屏组成，如图所示． 2．原理 (1)扫描电压：XX′偏转电极接入的是由仪器自身产生的锯齿形电压． (2)灯丝被电源加热后，出现热电子发射，发射出来的电子经加速电场加速后，以很大的速度进入偏转电场，如果在Y偏转极板上加一个信号电压，在X偏转极板上加一扫描电压，在荧光屏上就会出现按Y偏转电压规律变化的可视图象． 授课提示：对应学生用书第28页 要点一　带电粒子在电场中的加速 　如图所示，在真空中有一对平行金属板，由于接到电池组上而带电，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附近向负极板运动． 请思考以下几个问题： (1)怎样计算它到达负极板时的速度？你有几种方法． (2)上述问题中，两块金属板是平行的，两板间的电场是匀强电场，如果两金属板是其他形状，中间的电场不再均匀，上面的结果是否仍然适用？为什么？ 答案：(1)方法1：由动力学知识计算 a＝＝＝，v2＝2ad 得v＝ 方法2：由动能定理计算 qU＝mv2，v＝ (2)方法1：不再适用，因带电粒子的运动不是匀变速直线运动． 方法2：仍适用，动能定理对任意电场都适用． 1．带电粒子的分类及受力特点 (1)电子、质子、α粒子、离子等基本粒子，一般都不考虑重力． (2)质量较大的微粒，如带电小球、带电油滴、带电颗粒等，除有说明或有明确的暗示外，处理问题时一般不能忽略重力． 2．分析带电粒子在电场力作用下加速运动的两种方法 (1)利用牛顿第二定律F＝ma和运动学公式，只能用来分析带电粒子的匀变速运动． (2)利用动能定理分析，有qU＝mv2－mv，若初速度为零，则qU＝mv2.动能定理对于匀变速运动和非匀变速运动都适用． 　一个电子(质量为9.1×10－31 kg，电荷量为1.6×10－19 C)以v0＝4.0×107 m/s的初速度沿着匀强电场的电场线方向飞入匀强电场，已知电场强度大小E＝2.0×105 N/C，不计重力，求： (1)电子在电场中运动的加速度大小； (2)电子进入电场的最大距离； (3)电子进入电场最大距离的一半时的动能． [解析]　(1)电子沿电场线的方向飞入，仅受电场力作用，做匀减速运动，由牛顿第二定律得qE＝ma， 得a＝＝3.5×1016 m/s2. (2)电子做匀减速直线运动，由运动学公式得v＝2ax 所以x＝＝2.3×10－2 m. (3)设电子进入电场最大距离的一半时的动能为Ek，根据动能定理得－eE·x＝Ek－mv， 代入数据得Ek＝3.6×10－16 J. [答案]　(1)3.5×1016 m/s2 (2)2.3×10－2 m (3)3.6×10－16 J 1. 如图所示，在A板附近有一电子由静止开始向B板运动，则关于电子到达B板时的速率，下列解释正确的是(　　) A．两板间距越大，加速的时间就越长，则获得的速率越大 B．两板间距越