1.9 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第三册配套教参（教科版）

解析：(1)平行板电容器的电容C＝＝ F＝1×10－9 F。 (2)两板之间为匀强电场，则E＝＝ V/m＝2×103 V/m，方向竖直向下。 (3)M点距A板间距离为dAM＝d－dBM＝1 cm A与M间电势差UAM＝EdAM＝20 V 又UAM＝φA－φM，φA＝0，可得φM＝－20 V。 答案：(1)1×10－9 F　(2)2×103 V/m，方向竖直向下　(3)－20 V 9　带电粒子在电场中的运动 新课程标准 学业质量目标 1.能分析带电粒子在电场中的运动情况。 2.能解释相关的物理现象。 合格性考试 1.会从力和能量角度分析、计算带电粒子在电场中的加速问题。(物理观念) 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。(科学思维) 选择性考试 能综合运用力学和电学的知识分析、解决带电粒子在电场中的两种典型运动模型。(科学思维) 授课提示：对应学生用书第31页 一、带电粒子的加速 1．基本粒子的受力特点：对于电子、质子和各种粒子等微观粒子，由于电场力远大于重力，故在研究它们在电场中的运动时，重力可以忽略。 2．带电粒子加速问题的处理方法 (1)利用动能定理分析：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运动定律结合运动学公式分析。 二、带电粒子在匀强电场中的偏转 1．受力特点：带电粒子垂直于电场线方向进入匀强电场后，忽略重力，在电场力作用下产生的加速度与初速度方向垂直，粒子做曲线运动。 2．运动性质 (1)沿初速度方向：速度为v0的匀速直线运动， 穿越两极板的时间t＝。 (2)垂直v0的方向：初速度为零的匀加速直线运动，加速度a＝。 3．运动规律 (1)偏移距离：因为t＝，a＝，所以偏移距离y＝at2＝。 (2)偏转角度：因为vy＝at＝，所以tan θ＝＝。 4．结论：由＝，可知x＝。粒子射出电场时速度方向的反向延长线过水平位移的中点，即粒子就像是从极板间处射出的一样。 5．示波管原理：阴极释放电子经电场加速进入两对垂直放置的偏转电极，在偏转电极的控制下沿竖直方向和水平方向偏转，从而电子束有可能打到荧光屏的各个位置，把信号显示在荧光屏上。 授课提示：对应学生用书第32页 知识点一　带电粒子在电场中的加速运动 [情景探究]　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，在电场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。 提示：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)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，上面的方法是否仍然适用？为什么？ 提示：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电场力相比要小得多，除非有特别的说明或明确的表示，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表示，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 [典例1]　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eE＝ma， 解得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 [名师点评] 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＝q