2.2 带电粒子在电场中的运动（word教参）-【优化探究】2021-2022学年新教材高中物理必修3（粤教版）

第二节　带电粒子在电场中的运动 学习目标 素养提炼 1.会从力和运动、能量两个角度分析计算带电粒子在电场中的加速问题。 2．能够用类平抛运动分析方法研究带电粒子在电场中的偏转问题。 3．了解示波管的构造和基本原理。 科学思维：带电粒子在电场中加速和偏转的规律，运动合成与分解思想。 科学探究：示波管的构造和基本原理。 科学态度与责任：在现代科学实验和技术设备中的应用。 授课提示：对应学生用书第31页 一、带电粒子在电场中的加速 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 分析带电粒子加速的问题，常常有两种思路：一种是利用牛顿第二定律结合匀变速直线运动公式来分析；另一种是利用电场力做功结合动能定理来分析。 当解决的问题属于匀强电场且涉及运动时间等描述运动过程的物理量时，适合运用前一种思路分析；当问题只涉及位移、速率等动能定理公式中的物理量或非匀强电场情景时，适合运用后一种思路分析。 [判断正误] (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静电力作用时，静电力一定做正功。(×) (3)静电力做正功时，粒子动能一定增加。(×) 二、带电粒子在电场中的偏转 　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＝。at2＝，所以y＝，a＝ (2)偏转角度：因为vy＝at＝。＝，则tan θ＝ [思考] 　(1)带电粒子在电场中做类平抛的条件是什么？ (2)如图所示，带电粒子(不计重力)从两板中间垂直电场线方向进入电场，在电场中的运动时间与什么因素有关？ 提示：(1)条件有两个：偏转电场为匀强电场；带电粒子必须以初速度v0垂直于电场线方向进入电场。 (2)若能离开电场，则与板的长度l和初速度v0有关；若打在极板上，则与电场强度E和板间距离有关。 授课提示：对应学生用书第32页 要点一　带电粒子在电场中的加速运动 　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？ 提示：(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．电场中的带电粒子的分类 (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静电力相比要小得多，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．解决带电粒子在电场中加速时的基本思路 　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，仅受静电力作用，做匀减速运动，由牛顿第二定律得eE＝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·mvx＝Ek－ 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 分析带电粒子加速运动问题的两点技巧 (1)对于匀强电场，虽然用动力学观点和功能观点均可求解，但运用功能观点列式更简单，故应优先选用功能观点。 (2)若电场为非匀强电场，带电粒子做变加速直线运动，不能通过牛顿运动定律途径求解。注意W＝qU对一切电场适用，因此从能量的观点入手，由动能定理来求解。