第10章 第5节 带电粒子在电场中的运动(Word教参)-【优化指导】2022-2023学年新教材高中物理必修第三册（人教版2019）

第5节　带电粒子在电场中的运动 核心素养 物理观念 科学思维 科学态度与责任 1．知道带电粒子垂直于电场线进入匀强电场运动的特点，并能对偏移距离、偏转角度、离开电场时的速度等物理量进行分析与计算。 2．了解示波管的工作原理 1．会从运动和力的关系的角度、从功和能量变化的关系的角度分析带电粒子在匀强电场中的加速问题。 2．通过解决带电粒子在电场中加速和偏转的问题，加深对从牛顿运动定律和功能关系两个角度分析物体运动的认识，以及将匀变速直线运动分解为两个方向上的简单运动来处理的思路的认识 通过对示波管分析，体会静电场知识对科学技术的影响 [对应学生用书P54] 知识点一 带电粒子在电场中的加速 1．带电粒子在电场中加速(直线运动)的条件：只受电场力作用时❶，带电粒子的速度方向与电场强度的方向相同或相反。 2．分析带电粒子加速问题的两种思路 (1)利用牛顿第二定律结合匀变速直线运动公式来分析。 (2)利用静电力做功结合动能定理来分析。 1．在电场中，带电粒子不受重力作用。(　×　) 2．牛顿第二定律不适用于微观粒子在电场中运动的情况。(　×　) 知识点二 带电粒子在电场中的偏转 1．条件：带电粒子的初速度方向跟电场(或电场力)的方向垂直。 2．运动性质：带电粒子在匀强电场中做类平抛运动，运动轨迹是一条抛物线❷。 3．分析思路：同分析平抛运动的思路相同，利用运动的合成与分解思想解决相关问题。 1．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。(　√　) 2．带电粒子在匀强电场中偏转时，可用平抛运动的知识分析。(　√　) 知识点三 示波管的原理 1．构造：示波管主要由电子枪、偏转电极(XX′和YY′)、荧光屏组成，管内抽成真空。 2．原理 (1)给电子枪通电后，如果在偏转电极XX′之间和偏转电极YY′之间都没有加电压，电子束将沿直线运动打在荧光屏的中心点O。 (2)示波管的YY′偏转电极上加的是待测的信号电压，使电子沿YY′方向偏转。 (3)示波管的XX′偏转电极上加的是仪器自身产生的锯齿形电压(如图所示)，叫作扫描电压，使电子沿XX′方向偏转。 1．示波管电子枪的作用是产生高速运动的电子束。(　√　) 2．示波管偏转电极的作用是使电子束发生偏转，打在荧光屏的不同位置。(　√　) 批注❶：所有粒子都受到重力作用，但对于一些基本粒子，如电子、质子、α粒子等在电场中运动时，所受电场力远大于重力，忽略重力的情况下可以认为只受电场力。 批注❷：类比平抛运动 (1)粒子穿过平行板电容器的时间与偏转电场无关，t＝。 (2)偏转电场的电场强度越大，粒子的偏转距离越大，y＝at2＝。 [对应学生用书P55] 探究点一　带电粒子的加速　(运动观念之形成) ►情境探究 如图所示，平行板电容器两板间电压为U，板间距离为d，一质量为m，带电量为q的正离子在左板附近由静止释放，则： (1)正离子在两板间做什么规律的运动？加速度多大？ (2)正离子到达负极板时的速度多大？ 提示：(1)正离子在两板间做初速度为0的匀加速直线运动；加速度a＝。 (2)由qU＝mv2可得v＝ 。 ►探究归纳 1．关于带电粒子在电场中的重力 (1)基本粒子：如电子、质子、α粒子、离子等，除有说明或有明确的暗示以外，此类粒子一般不考虑重力(但并不忽略质量)。 (2)带电微粒：如液滴、油滴、尘埃、小球等，除有说明或有明确的暗示以外，一般都不能忽略重力。 2．解决带电粒子在电场中加速时的基本思路 ►对点例练 如图所示，平行板电容器两板间的距离为d，电势差为U。一质量为m、带正电、电荷量为q的α粒子，在静电力的作用下由静止开始从正极板A向负极板B运动。 (1)比较α粒子所受静电力和重力的大小，说明重力能否忽略不计(α粒子质量是质子质量的4倍，即mα＝4×1.67×10－27 kg，电荷量是质子的2倍)。 (2)α粒子的加速度是多少？在电场中做何种运动？ (3)计算粒子到达负极板时的速度大小(尝试用不同的方法)。 答案：(1)能忽略重力　(2)，做初速度为0的匀加速直线运动　(3) 解析：(1)α粒子所受静电力大、重力小；因为重力远小于静电力，故可以忽略重力。 (2)α粒子的加速度为a＝，做初速度为0的匀加速直线运动。 (3)方法1　(利用动能定理求解) 在带电粒子的运动过程中，静电力对它做的功是W＝qU， 设带电粒子到达负极板时的速率为v，则 Ek＝mv2， 由动能定理可知qU＝mv2， 解得v＝ 。 方法2　(利用牛顿定律结合运动学公式求解) 设粒子到达负极板时所用时间为t， 则d＝at2，v＝at，a＝ 联立解得v＝ 。 [练1] 如图所示，电子由静止开始从A板向B板运动，当到达B极板时速度为v，保持两板间电压不变，则(　　) A．当