第二章 第二节 带电粒子在电场中的运动（Word教师用书）-【优化指导】2022-2023学年新教材高中物理必修第三册（粤教版2019）

第二节　带电粒子在电场中的运动 课程内容要求 核心素养提炼 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 1.物理观念：知道各种基本粒子的符号、质量、电荷等，知道示波管的主要构造和工作原理 2．科学思维：运用理想化方法，突出主要因素，忽略次要因素，不计粒子重力 3．科学探究：通过带电粒子运动规律的分析，培养学生的推理能力及热爱科学的精神；让学生通过讨论和思考得出知识，注重知识的建构过程 4．科学态度与责任：通过理论分析与实验验证相结合，让学生形成科学世界观，自然规律是可以理解的，我们要学习科学，利用科学知识为人类服务 [对应学生用书P46] 一、带电粒子在电场中的加速 1．带电粒子 常见带电粒子及受力特点：电子、质子、α粒子、离子等带电粒子在电场中受到的电场力远大于重力，通常情况下，重力可以忽略． 2．加速 (1)若带电粒子以与电场线平行的初速度v0进入匀强电场，带电粒子做直线运动，则qU＝mv2－mv. (2)若带电粒子的初速度为0，经过电势差为U的电场加速后，qU＝mv2. [判断] (1)带电粒子所受重力比电场力小得多，可以忽略不计．(√) (2)带电粒子在电场中运动时，电场力对粒子一定做正功．(×) (3)电场力对带电粒子做正功时，粒子的动能一定增大．(×) 二、加速器 粒子加速器是利用周期性变化的电场使带电粒子在其中不断被加速的仪器，如图为加速器的一种——直线加速器． [思考] 为使粒子不断被加速，粒子运动到每个空隙时，电场方向应如何变化？ 提示　粒子运动到每个漂移管的空隙(相当于电容器极板正对区域)时，电场方向应该和在上一个间隙时相同，才能使粒子经过空隙时被持续加速，所以加在漂移管上的电压应该如题干图中所示的那样间隔排布． 三、带电粒子在电场中的偏转 1．运动性质：带电粒子的初速度方向与电场力方向垂直，做匀变速曲线运动，轨迹为抛物线． 2．处理方法：和平抛运动处理方法相似． (1)沿初速度v0方向：做匀速直线运动，l＝v0t. (2)沿电场力方向：做初速度为0的匀加速直线运动，加速度a＝＝＝，偏转位移y＝at2＝. (3)速度偏转角度的正切值tan θ＝＝. [思考] 如图所示，带电粒子(不计重力)从两极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　若能离开电场，则由t＝可知与极板的长度L和初速度v0有关；若打在极板上，则由＝·t2可知与电场强度E和两极板间的距离d有关． 四、示波器 1．构造：示波管是示波器的核心部件，外部是一个抽成真空的玻璃壳，内部主要由电子枪(发射电子的灯丝、加速电极组成)、偏转系统(由一对X偏转电极板和一对Y偏转电极板组成)和荧光屏组成，如图所示． 2．原理 (1)扫描电压：XX′偏转电极接入的是由仪器自身产生的锯齿形电压． (2)灯丝被电源加热后，出现热电子发射，发射出来的电子经加速电场加速后，以很大的速度进入偏转电场，如果在Y偏转极板上加一信号电压，在X偏转极板上加一扫描电压，在荧光屏上就会出现按Y偏转电压规律变化的可视图像． [思考] 带电粒子在电场中受静电力作用，我们可以利用电场来控制粒子，使它加速或偏转．如图所示是示波器的核心部件——示波管．示波管中电子的运动可分为几个阶段？各阶段的运动遵循什么规律？ 提示　示波管中电子的运动一般可分为三个阶段；第一阶段为加速，遵循动能定理；第二阶段为偏转，遵循类平抛运动规律；第三个阶段为从偏转电极出来后，做匀速直线运动到达屏幕. [对应学生用书P48] 探究点一　带电粒子在电场中的加速 (1)一个质量为m、带正电荷q的粒子(如图甲所示)，在静电力的作用下由静止开始从正极板向负极板运动．试分析带电粒子在电场中的运动性质． (2)为模拟空气净化过程，有人设计了如图乙所示的含灰尘空气的密闭玻璃圆桶，在圆桶顶面和底面间加上电压U，沿圆桶的轴线方向形成一个匀强电场，灰尘的运动方向如图所示，已知空气阻力与灰尘运动的速度大小成正比，即Ff＝kv(k为一定值)，试分析灰尘的运动情况和空气净化过程的原理． 提示　(1)初速度为零的匀加速直线运动． (2)灰尘可能一直在外力的作用下做加速运动，在电场的加速作用下，灰尘均沉积在玻璃圆桶上． 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．带电粒子的加速：当带电粒子以很小的速度进入电场中，在静电力作用下做加速运动，示波器、电视显像管中的电子枪都是利用电场对带电粒子加速的． 3．处理方法：可以从动力学和功能关系两个角度进行分析，其比较如表所示. 项目 动力学角度 功能关系