1.3 带电粒子在匀强电场中的运动 导学案-2022-2023学年高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第二册

带电粒子在电场中的运动 导学案 一、教学目标 1.学习运用静电力、电场强度等概念研究带电粒子在电场中运动时的加速度、速度和位移等物 理量的变化。 2.学习运用静电力做功、电势、电势差、等势面等概念研究带电粒子在电场中运动时的能量转 化。 二、学情分析 带电粒子在电场中的运动由于涉及的知识点众多,要求学生达到的综合能力较高,因而是历 年来高考的热点内容,这里需要将几个基本的运动,即直线运动中的加速、减速、往返运动,曲线运 动中的平抛运动、圆周运动、匀速圆周运动进行综合巩固和加深,同时需要将力学基本定律,即牛顿 第二定律、动能定理、机械能守恒定律、能量守恒定律等进行综合运用。 三、核心素养 物理观念：能够强化对电场这一概念的理解，并能综合应用力学和电学知识解决实际问题。 科学思维：通过带电粒子在电场中加速、偏转过程分析，培养学生的分析、推理能力。 科学探究：通过学习处理带电粒子在电场中运动的问题,培养学生综合应用力学知识和电学知 识的能力。 科学态度与责任：通过知识的应用，培养学生热爱科学的精神。 四、重难点 【教学重点】 带电粒子在匀强电场中的运动规律。 【教学难点】 综合应用力学和电学知识处理偏转问题。 五、教学过程 1、带电粒子在电场中运动时重力的处理 (1)基本粒子：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，除有说明或有明确的暗示以外，一般都不能忽略重力。 2、带电粒子在电场中的加速 例题 1：炽热的金属丝可以发射电子。在金属丝和金属板间加以电压 U，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？设电子刚离开金属丝时的速度为零，电子质量为 m （1）受力分析 （2）运动分析 （3）解题方法 运动学方法： 功能关系： 练习 1：如图所示，一充电后的平行板电容器的两极板相距 l.在正极板附近有一质量为 M、电荷量 为 q(q＞0)的粒子；在负极板附近有另一质量为 m、电荷量为－q 的粒子．在电场力的作用下两粒子 同时从静止开始运动．已知两粒子同时经过一平行于正极板且与其相距 2 5 l的平面．若两粒子间相互 作用力可忽略．不计重力，则 M∶m为( ) A．3∶2 B．2∶1 C．5∶2 D．3∶1 方法归纳： 3、带电粒子在电场中的偏转 例 2：如图一所示，一电荷量 q，质量 m的带正电的粒子以速度 v0，沿中线垂直进入平行板间的匀 强电场，上极板带正电，下极板带负电，若上下两板间电 势差为 U2，间距为 d，极板长度为 L1，求当粒子能从平行 板间飞出时粒子的沿电场方向偏移距离 y 为多少？速度的 偏转角θ为多少？ 问题 1：带电粒子在垂直电场方向和沿电场方向各受到怎 00 v ?tv U E 样的力？带电粒子在这两个方向各做什么运动？ 问题 2：带电粒子的运动方式是否与平抛运动类似？ 解答： 练习 2：（2019 年全国 2 卷 24T）如图，两金属板 P、Q水平放置，间距为 d。两金属板正中间有一 水平放置的金属网 G，PQG 的尺寸相同。G接地，P、Q的电势均为（ >0）。质量为 m，电荷量 为 q（q>0）的粒子自 G的左端上方距离 G为 h的位置，以速度 v0平行于纸面水平射入电场，重力 忽略不计。 求粒子第一次穿过 G时的动能，以及它从射入电场至此时在水平方向上的位移大小； 方法归纳： 4、 带电粒子在电场中的加速和偏转一体 例 3、若该粒子先经过一个电势差为 U1 加速度电场后，再进入电势差为 U2 的偏转电场，其他条件 不变，求当粒子能从平行板间飞出时粒子的沿电场方向偏移距离 y 为多少？速度的偏转角θ为多少？ 【课后拓展】：若该粒子先经过一个电势差为 U1 加速度电场后，再进入电势差为 U2 的偏转电场， 偏出偏转电场后，粒子打在距离极板右侧为 L2 荧光屏上，其他条件不变，求当粒子从进入偏转电场 到打在荧光屏上总共偏移距离 Y 为多少？ U1