1.9 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（教科版2019）

第9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．学会用牛顿第二定律、动能定理分析带电粒子在电场中的加速问题． 2．学会用分析平抛运动的方法分析带电粒子在匀强电场中的偏转问题． 3．了解示波管的原理及带电粒子在电场中的运动在生活、科技等方面的应用． 1．物理观念：带电粒子的加速运动和偏转运动． 2．科学思维 (1)带电粒子在电场中加速的两种分析思路． (2)运用平抛运动的分析方法分析带电粒子在电场中的偏转． [对应学生用书P44] 1．带电粒子 常见带电粒子及受力特点：电子、质子和各种离子等带电的微观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，带电粒子做匀变速直线运动，则qU＝mv2－mv0. (2)若带电粒子的初速度为零，经过电势差为U的电场加速后，qU＝mv2． [判断](对的画“√”，错的画“×”) (1)常见带电粒子所受的重力比电场力小得多，研究它们在电场中的运动时，重力可以忽略．(√) (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，带电粒子的动能一定增大．(×) 1．运动性质：当带电粒子沿垂直电场线方向进入匀强电场时，做匀变速曲线运动． 2．运动规律：和平抛运动的运动规律相似． (1)沿初速度v0方向：做匀速直线运动，L＝v0t． (2)沿电场力方向：做初速度为零的匀加速直线运动，加速度a＝＝＝，偏转位移y＝at2＝． (3)速度偏转角度的正切值tan α＝＝． 3．应用：示波器中的显示仪器——示波管． [判断](对的画“√”，错的画“×”) (1)当带电粒子沿垂直电场线方向进入匀强电场中时，其运动规律可用平抛运动的知识分析．(√) (2)带电粒子在匀强电场中偏转时，沿电场方向的运动一定是匀速直线运动．(×) [对应学生用书P45] 探究点一　带电粒子在电场中的加速 在真空中有一对平行金属板，由于接上电池组而带电，两板间电势差为U，若一个质量为m，带正电荷q的粒子，在静电力作用下由静止开始从正极板附近向负极板运动． 怎样计算它到达负极板时的速度？你有几种方法？ 提示　方法一：由动力学知识 a＝＝＝，v2＝2ad 得v＝ . 方法二：由动能定理 qU＝mv2，得v＝ . 1．带电粒子的分类 (1)基本粒子 如电子、质子、α粒子、离子等，除了有说明或有明确的暗示以外，一般都不考虑其重力(但并不忽略质量). (2)带电微粒 如液滴、油滴、尘埃、小球等，除了有说明或有明确的暗示以外，一般都不能忽略其重力． 2．带电粒子的加速 当带电粒子以平行电场的方向进入匀强电场后，所受电场力的方向与其运动方向在同一直线上，在不计其他力的情况下，带电粒子做匀加(减)速直线运动，电场力方向与速度方向相同时，带电粒子做匀加速直线运动．示波器、回旋加速器都是利用电场对带电粒子进行加速的． 3．带电粒子在电场中运动的处理方法 可以从动力学和功能关系两个角度进行分析，其比较如下： 动力学角度 功能关系角度 涉及知识 牛顿第二定律，匀变速直线运动公式 功的公式及动能定理 选择条件 匀强电场，电场力是恒力 可以是匀强电场，也可以是非匀强电场，电场力可以是恒力，也可以是变力 [特别提醒]　不涉及时间的问题，应用动能定理解决，而涉及时间的问题，只能用牛顿第二定律结合运动学公式解决． 炽热的金属丝可以发射电子．如图所示，在金属丝和金属板之间加以电压(U＝2 500 V)，发射出的电子在真空中加速后，从金属板的小孔穿出．电子穿出时的速度有多大？设电子刚刚离开金属丝时的速度为0.(电子的质量m＝0.9×10－30 kg和电子的电荷量e＝1．6×10－19C可以作为已知数据使用．) 带电粒子的加速 解析　电荷量为e的电子从金属丝移动到金属板，两处的电势差为U，电势能的减少量是eU.减少的电势能全部转化为电子的动能，所以 eU＝mv2 则电子穿出时的速度为 v＝ ＝ m/s ＝3.0×107 m/s 答案　3.0×107 m/s [训练1]　如图所示，两平行金属板的距离为d，电势差为U，一电子质量为m，电荷量为e，从O点沿垂直于极板的方向射出，最远到达A点，然后返回，OA＝h，此电子具有的初动能是(　　) A．　　　　B．edUh　　　　C．　　　　D． D　[－eEh＝0－mv，－eh＝0－Ek0，所以Ek0＝.] 探究点二　带电粒子在匀强电场中的偏转 如图所示，带电粒子以垂直于电场方向的初速度进入匀强电场，此后将会发生偏转． (1)带电粒子只在电场力的作用下将做什么运动？ 提示　类平抛运动． (2)此类问题的处理方法是什么？ 提示　运用运动的合成与分解将带电粒子的运