第10章 第5节 带电粒子在电场中的运动（课件+课时作业）-新教材高中物理必修第三册【优化指导】人教版

第5节　带电粒子在电场中的运动 [核心素养] [学习目标] 1.物理观念：带电粒子的加速运动和偏转运动． 2．科学思维 (1)带电粒子在电场中加速的两种分析思路． (2)运用平抛运动的分析方法分析带电粒子在电场中的偏转． 1.学会用牛顿第二定律、动能定理分析带电粒子在电场中的加速问题． 2．学会用分析平抛运动的方法分析带电粒子在匀强电场中的偏转问题． 3．了解示波管的原理及带电粒子在电场中的运动在生活、科技等方面的应用． 一、带电粒子在电场中的加速 1．带电粒子 常见带电粒子及受力特点：电子、质子、α粒子、离子等带电粒子在电场中受到的静电力远大于重力，通常情况下，重力可以忽略． 2．加速 (1)若带电粒子以与电场线平行的初速度v0进入匀强电场，带电粒子做直线运动，则qU＝mv2－mv． (2)若带电粒子的初速度为零，经过电势差为U的电场加速后，qU＝mv2． 二、带电粒子在电场中的偏转 1．运动性质：带电粒子的初速度方向与电场力方向垂直，做匀变速曲线运动，轨迹为抛物线． 2．处理方法：和平抛运动处理方法相似． (1)沿初速度v0方向：做匀速直线运动，l＝v0t． (2)沿电场力方向：做初速度为零的匀加速直线运动，加速度a＝＝＝，偏转位移y＝at2＝． (3)速度偏转角度的正切值tan α＝＝． 1．判断正误． (1)质量很小的粒子不受重力的作用．(×) (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)带电粒子在匀强电场中偏转时，加速度不变，粒子的运动是匀变速曲线运动．(√) (4)带电粒子在匀强电场中偏转时，可用平抛运动的知识分析．(√) (5)带电粒子在匀强电场中偏转时，沿电场方向的运动一定是匀速直线运动．(×) 2．(多选)一个只受电场力的带电微粒进入匀强电场，则该微粒的(　　) A．运动速度必然增大　　 B．动能可能减小 C．运动加速度肯定不为零 D．一定做匀加速直线运动 BC　[带电微粒在电场中只受电场力作用，加速度不为零且恒定，C对．微粒可能做匀变速直线运动或匀变速曲线运动，D错．微粒做匀加速直线运动时，速度增大，动能变大；做匀减速直线运动时，速度、动能均减小，A错，B对．] 3．一束带电粒子以相同的速率从同一位置，垂直于电场方向飞入匀强电场中，所有粒子的运动轨迹都是一样的，这说明所有粒子(　　) A．都具有相同的质量 B．都具有相同的电荷量 C．电荷量与质量之比都相同 D．互为同位素 C　[根据y＝2，轨迹相同，v0相同，则一定相同．] 探究点一　带电粒子在电场中的加速 在真空中有一对平行金属板，由于接上电池组而带电，两板间电势差为U，若一个质量为m，带正电荷q的粒子，在静电力作用下由静止开始从正极板附近向负极板运动． 怎样计算它到达负极板时的速度？你有几种方法？ 提示　方法1：由动力学知识 a＝＝＝，v2＝2ad 得v＝ 方法2：由动能定理 qU＝mv2，得v＝ 1．带电粒子的分类 (1)基本粒子 如电子、质子、α粒子、离子等，除有说明或有明确的暗示以外，一般都不考虑重力(但并不忽略质量)． (2)带电微粒 如液滴、油滴、尘埃、小球等，除有说明或有明确的暗示以外，一般都不能忽略重力． 2．带电粒子的加速 当带电粒子以平行电场的方向进入匀强电场后，所受电场力与其运动方向共线，在不计其他受力的情况下，带电粒子做匀加(减)速直线运动，电场力方向与速度方向相同时，带电粒子做匀加速直线运动．示波器，回旋加速器都是利用电场对带电粒子加速的． 3．处理方法 可以从动力学和功能关系两个角度进行分析，其比较如下： 动力学角度 功能关系角度 涉及知识 应用牛顿第二定律，结合匀变速直线运动公式 功的公式及动能定理 选择条件 匀强电场，电场力是恒力 可以是匀强电场，也可以是非匀强电场，电场力可以是恒力，也可以是变力 [特别提醒]　不涉及时间的问题，应用动能定理解决，而涉及时间的问题，只能用牛顿第二定律结合运动学公式解决． 　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＝2 500 V(如图)，发射出的电子在真空中加速后，从金属板的小孔穿出．电子穿出时的速度有多大？设电子刚刚离开金属丝时的速度为0.(电子的质量m＝0.9×10－30 kg和电子的电荷量e＝1.6×10－19C可以作为已知数据使用．) 带电粒子的加速．电池E用来给金属丝加热． 解析　电荷量为e的电子从金属丝移动到金属板，两处的电势差为U，电势能的减少量是eU.减少的电势能全部转化为电子的动能，所以 eU＝mv2 解出速度v并把数值代入，得 v＝ ＝ m/s[来源:Zxxk.Com] ＝3.0×107 m/s 答案　3.0×107 m/s [训练1]　两平行金属板相距为d，电势差为U，一电子质量为