第2章 第4节 带电粒子在电场中的运动-2021-2022学年新教材高中物理必修第三册【名师导航】同步Word教参(鲁科版)

第4节　带电粒子在电场中的运动 学习目标：1.[物理观念](1)运用静电力、电场强度等概念研究带电粒子运动时的加速度、位移等量的变化。(2)运用静电力做功，电势等概念研究带电粒子的运动过程中能量的转化。2.[科学思维](1)通过研究加速过程的分析，培养学生的分析推理能力。(2)通过带电粒子的偏转类比平抛运动，分析带电粒子的运动规律。3.[科学探究]通过研究带电粒子的运动情况，能解释相关物理现象，培养热爱科学的精神。4.[科学态度与责任]通过对示波管的研究，感悟物理学的内在之美，知道科学理论与实验相互促进的意义。 一、带电粒子的加速 1．基本粒子的受力特点：对于质量很小的微观粒子，如电子、质子等，它们受到重力的作用一般远小于静电力，故可以忽略。 2．带电粒子的加速 (1)运动分析：带电粒子从静止释放，将沿电场力方向在匀强电场中做匀加速运动。 (2)末速度的大小：根据qU＝。 mv2，得v＝ 说明：①带电粒子在电场中的运动常用动能定理，电荷量用绝对值计算。②带电粒子在电场中的加速度还可用牛顿运动学计算加速后的速度。 二、带电粒子的偏转 1．如图所示，质量为m、带电荷量为q的基本粒子(忽略重力)，以初速度v0平行于两极板进入匀强电场，极板长为l，极板间距离为d，极板间电压为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v0的方向：初速度为零的匀加速直线运动。 (2)运动规律： ①偏移距离：因为t＝，所以偏移距离 ，a＝ y＝。 at2＝ ②偏转角度：因为vy＝at＝，所以 tan θ＝。 ＝ 2．示波器的工作原理 (1)示波器的核心部件是示波管。 (2)示波管的结构和工作原理：构造如图所示。阴极射线管示波器主要由电子枪、偏转电极、荧光屏组成。 (3)示波管在实际工作时，竖直偏转极板与水平偏转极板间都加上电压，打在荧光屏上的亮斑既能在竖直方向上偏移，也能在水平方向上偏移，亮斑的运动是竖直和水平两个方向上运动的合运动。 注意：带电粒子在匀强电场中偏转，类比平抛运动，平抛运动的规律仍适用。 1．思考判断(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)质量很小的粒子如电子、质子等，在电场中受到的重力可忽略不计。 (√) (2)动能定理能分析匀强电场中的直线运动问题，不能分析非匀强电场中的直线运动问题。 (×) (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)示波管电子枪的作用是产生高速飞行的电子束，偏转电极的作用是使电子束偏转，打在荧光屏不同位置。 (√) 2．质子(He)、钠离子(Na＋)三个粒子分别从静止状态经过电压为U的同一电场加速后，获得动能最大的是(　　) H)、α粒子( A．质子(He) H)　　　 B．α粒子( C．钠离子(Na＋) D．都相同 B　[由qU＝mv2－0可知，U相同，α粒子带的正电荷多，电荷量最大，所以α粒子获得的动能最大，故选项B正确。] 3．如图所示，带电荷量之比为qA∶qB＝1∶3的带电粒子A、B，先后以相同的速度从同一点水平射入平行板电容器中，不计重力，带电粒子偏转后打在同一极板上，水平飞行距离之比为xA∶xB＝2∶1，则带电粒子的质量之比mA∶mB以及在电场中飞行的时间之比tA∶tB分别为(　　) A．1∶1,2∶3 B．2∶1,3∶2 C．1∶1,3∶4 D．4∶3,2∶1 D　[粒子在水平方向上做匀速直线运动则x＝v0t，由于初速度相同，xA∶xB＝2∶1，所以tA∶tB＝2∶1，在竖直方向上粒子做匀加速直线运动y＝。综上所述，D正确。]＝×＝·＝，＝1∶4，而ma＝qE，m＝∶tat2，且yA＝yB，故aA∶aB＝t 带电粒子的加速 电子由静止从P板向Q板运动，电子到达Q板的速度大小与什么因素有关？ 提示：由eU＝，因电子的e、m确定，所以速度大小只与加速电压有关。mv2得v＝ 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，一般都不考虑粒子的重力。 (2)质量较大的微粒：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，处理问题时一般都不能忽略重力。 2．分析带电粒子在电场力作用下加速运动的两种方法 (1)力和运动的关系——牛顿第二定律 根据带电粒子受到的静电力，用牛顿第二定律求出加速度，结合运动学公式确定带电粒子的速度、位移等。这种方法通常适用于恒力作用下粒子做匀变速运动的情况。 例如：a＝at2。 ，v＝v0＋at，x＝v0t＋＝＝ (2)功和能的关系——动能定理 根据静电力对带电粒子做的功，引起带电粒子的能量发生变化，利用动能定理或全过程中能量的转化与守恒，研究带电粒子的速度变化、位移等。这种方法也适用于非匀强电场。 例如：带电粒子经过电势差为U的电场加速后，由动能定理得qU＝。 ，