第二章 第2节 带电粒子在电场中的运动-【金版教程】2025-2026学年新教材高中物理必修第三册创新导学案word（粤教版2019）

第二节　带电粒子在电场中的运动 1．能用两种思路分析带电粒子在电场中的加速运动问题． 2．能用类平抛运动的分析方法研究带电粒子在匀强电场中的偏转问题． 3．能综合分析带电粒子在电场中的运动． 一　带电粒子在电场中的加速 分析带电粒子的加速问题有两种思路： (1)利用牛顿运动定律结合匀变速直线运动公式分析．适用于匀强电场． (2)利用电场力做功结合动能定理分析．对于匀强电场和非匀强电场都适用，公式有qEd＝mv2－mv(匀强电场)或qU＝mv2－mv(任何电场)等． 二　加速器 1．原理：为了使带电粒子获得较高的能量，最直接的做法是让带电粒子在电场力的作用下不断加速． 2．方法：早期制成的加速器是利用高电压的电场来加速带电粒子的．为了进一步提高带电粒子的能量，科学家制成了直线加速器． 3．加速器的应用：被广泛应用于工农业、医疗、科研等各个领域． 三　带电粒子在电场中的偏转 如图所示，质量为m、带电量为q的粒子(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0的匀加速直线运动． (2)运动规律 ①偏移距离：因为t＝，a＝＝，偏移距离y＝at2＝U． ②偏转角度：因为vy＝at＝U，tanθ＝＝U． 四　示波器 1．示波器的基本原理：带电粒子在电场力的作用下加速和偏转，屏幕上的亮线是由电子束高速撞击荧光屏产生的． 2．示波管：示波器的核心部件，主要由电子枪、偏转系统和荧光屏三部分组成． 3．示波管工作时，被加热的灯丝发射电子，电子经电场加速聚焦后形成很细的电子束，再经Y偏转板和X偏转板间的电压控制其打在荧光屏上的位置．如果Y偏转板所加的电压是随时间按正弦规律作周期性变化的信号，X偏转板加适当偏转电压，则荧光屏上就会显示出一条正弦曲线． 判一判 (1)带电粒子在电场中不受重力．(　　) (2)带电粒子仅在静电力作用下运动时，动能一定增加．(　　) (3)带电粒子在匀强电场中偏转时，其速度和加速度均不变．(　　) (4)带电粒子在匀强电场中无论是直线加速还是偏转，均做匀变速运动．(　　) 提示：(1)×　(2)×　(3)×　(4)√ 课堂任务　带电粒子在电场中的加速 仔细观察下列图片，认真参与“师生互动”． 活动1：图甲中粒子的受力情况如何？ 提示：受到向右的电场力和向下的重力，而重力远小于电场力，故重力可以忽略，这里认为粒子只受电场力． 活动2：图甲、乙中两极板间电场有什么区别？ 提示：图甲中两极板间的电场是匀强电场，图乙中两极板间的电场是非匀强电场． 活动3：图甲中若粒子无初速度释放，如何求粒子的末速度？ 提示：可以利用牛顿第二定律结合运动学公式求解：U＝Ed，F＝Eq，a＝，d＝，联立得v＝ ；还可以利用电场力做功结合动能定理求解：Uq＝mv2－0，得v＝ . 活动4：图乙中若电子无初速度释放，如何求电子的末速度？ 提示：可利用电场力做功结合动能定理求解，电场力做的功等于电子动能的增加量，Ue＝mv2－0，得v＝ . 1．带电粒子在电场中的加速 带电粒子沿与电场线平行的方向进入电场，带电粒子将做加(减)速运动．有两种分析思路： (1)用动力学观点分析：a＝，E＝，v2－v＝2ad.(适用于解决的问题：属于匀强电场且涉及运动时间等描述运动过程的物理量) (2)用功能观点分析：粒子只受静电力作用，静电力做的功等于粒子动能的变化，qU＝mv2－mv.(适用于解决的问题：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) 2．带电粒子在电场中运动时重力的处理 (1)微观粒子：如电子、质子、α粒子、离子等，除有说明或明确的暗示以外，一般都不考虑重力(但并不忽略质量)． (2)带电颗粒：如液滴、油滴、尘埃、小球等，除有说明或明确的暗示以外，一般都不能忽略重力． 例1　(2021·河南省名校联盟高二上期中)(多选)1924年英国科学家G·Ising最早提出直线加速器的雏形概念．直线加速器由直的真空管道(虚线框)和一系列带孔的金属漂移管(1，2，3，4，5，6)组成，如图甲所示．粒子加速是通过相邻漂移管之间的电场完成的，电场和粒子的同步是由电压的周期和相应漂移管的长度配合来实现的．质子从漂移管1的左侧小孔以速度v0沿轴线进入加速器，并依次向右穿过各漂移管，最后打在靶(7)上，质子在漂移管内做匀速直线运动，在漂移管间被电场加速，漂移管间距离很小．设质子进入漂移管1时，电源下面的导线接地，上面的导线电势随时间变化的图像如图乙所示，质子在每个管内运动的时间均为T，已知质子质量为m，电荷量为e，不考虑相对论效应，则下列说法正确的是(　　) A．质子可以在T～T时间内射入漂移管1 B．6个漂移管长度之比为1∶2