10.5 带电粒子在电场中的运动 2020-2021学年高一物理教学讲义（人教版2019必修第三册 ）

10.5 带电粒子在电场中的运动 教材分析 本节内容起到承上启下的作用。它是课程教学中利用物理思维方法较多的一堂课，尤其是用类比的方法达到对新知识的探究，同时让学生就具体的物理知识迁 移埋下思维铺垫。教材从电场对电荷做功的角度出发，推知在匀强电场中电场力做功与移动电荷的路径无关。进而指出这个结论对非匀强电场也是适用的，并与重力势能类比，说明电荷在电场中也是具有电势能。电场力做功的过程就是电势能的变化量，而不能决定电荷在电场中某点的电势能的数值，因此有必要规定电势能零点。对学生能力的提高和对知识的迁移、灵活运用给予了思维上的指导作用。 教学目标 ·理解静电力做功的特点、电势能的概念、电势能与电场力做功的关系。 ·理解电势的概念，知道电势是描述电场的能的性质的物理量。 ·明确电势能、电势、静电力的功、电势能的关系。 ·了解电势与电场线的关系，了解等势面的意义及与电场线的关系。 情感态度与价值观 通过知识的应用，培养学生热爱科学的精神 教学重点难点 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 知识点一、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)一般远小于静电力，可以忽略不计． (1)带电的基本粒子： 如电子、质子、α粒子、正离子、负离子等，这些粒子所受重力和电场力相比要小得多，除非有特别的说明或明确的标示，一般都不考虑重力(但并不能忽略质量)． (2)带电微粒： 如带电小球、液滴、尘埃等，除非有特别的说明或明确的标示，一般都要考虑重力．某些带电体是否考虑重力，要根据题目说明或运动状态来判定． 2．带电粒子加速问题的处理方法： (1)利用动能分析． 初速度为零的带电粒子，经过电势差为U的电场加速后，qU＝mv2， 则v＝ . (2)在匀强电场中也可利用牛顿定律结合运动学公式分析． 【经典例题1】（内蒙古通辽市开鲁县第一中学2020-2021学年高二（上）期中物理试题）下列带电粒子均从静止开始在电场力作用下做加速运动，经过相同的电势差U后，粒子获得的速度最大的是（　　） A. 质子 B. 氘核 C. α粒子 D. 钠离子Na+ 【变式训练1】（多选）（安徽省亳州市第二完全中学2020-2021学年高二（上）期中物理试题）如图所示，M、N是在真空中竖直放置的两块平行金属板，板间有匀强电场，质量为m、电荷量为－q的带电粒子(不计重力)，以初速度v0由小孔进入电场，当M、N间电压为U时，粒子刚好能到达N板，如果要使这个带电粒子能到达M、N两板间距的处返回，则下述措施能满足要求的是(　　) A. 使初速度为原来 B. 使M、N间电压提高到原来的2倍 C. 使M、N间电压提高到原来的4倍 D. 使初速度和M、N间电压都减为原来的 知识点二、带电粒子在电场中的偏转示波管的原理 1．运动状态分析 带电粒子以速度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°角的电场力作用而做匀变速曲线运动． 带电粒子偏转规律 (1)速度：分速度vx＝v0，vy＝at 合速度大小v＝ 合速度方向 tan θ＝＝＝ (2)位移：分位移x＝v0t，y＝at2 合位移s＝ 合位移方向tan α＝＝ 2．偏转问题的处理方法 电荷量为q的带电粒子在电场中做类平抛运动，将带电粒子的运动沿初速度方向和电场线方向进行分解(类似于平抛运动的处理方法)．如图所示，设带电粒子沿中线进入板间，忽略电容器的边缘效应． (1)沿初速度方向的分运动为匀速直线运动，满足L＝v0t. (2)沿电场线方向的分运动为初速度为零的匀加速直线运动． 带电粒子先加速再偏转时的规律 (1)加速电场中：qU1＝mv (2)偏转电场中规律 偏转的距离y＝＝ 偏转角度tan θ＝＝ 3．示波管的原理 (1)示波管的构造： 由三部分构成：电子枪、偏转电极、荧光屏，如图所示． 示波管的原理图 (2)示波管的原理： XX′电极使电子束做横向(面向荧光屏而言)的水平方向的扫描，YY′电极使电子束随信号电压的变化在纵向做竖直方向的扫描，这样就在荧光屏上出现了随时间而展开的信号电压的波形．显然，这个波形是电子束同时参与两个相互垂直的分运动合成的结果． 3．两个结论 (1)粒子从偏转电场射出时，其速度反向延长线与初速度方向延长线交于一点，此点平分沿初速度方向的位移． 证明：tan θ＝① y＝② tan θ＝③ 由①②③得x′＝. (2)位移方向与初速度方向间夹角的正切tan α为速度偏转角的正切tan θ的，即tan α＝tan θ. 证明：tan α＝，tan θ＝ 故tan α＝tan θ. 【经典例题1】（福建省龙海市第二中学2020-2021学