10.5 带电粒子在电场中的运动 教学设计-2022-2023学年高二上学期物理人教版（2019）必修第三册

第十章 静电场中的能量 课时10.5 带电粒子在匀强电场中的运动 1、 教材分析 在前面学习静电场性质的基础上，本节学习处理带电粒子在电场中运动的问题。本节主要培养学生综合应用力学知识和电学知识的能力。 本节内容由“带电粒子的加速”和“带电粒子的平衡”两部分组成。由于力学与电学的综合程度逐渐提高，学生在学习中出现一些难以理解的现象很正常。教师应帮助学生铺设合理的台阶，逐步提高学生的综合分析能力。 2、 学情分析 本节是在力学和静电场的基础上，学习处理带电粒子在电场中运动的问题。综合性较强，教学中应循序渐进，给学生充足的时间进行思考。 学生处理带电粒子在电场中的运动时，常常因为重力是否可以可以忽略而出现错误。带电粒子做匀加速运动的处理，往往运用动能定理来处理，动能定理对于学生来说也是一个较为困难的知识点。 3、 教学目标 1. 通过复习平抛运动的处理方法，能够使用“化曲为直”的思想方法，类比分析带电粒子在电场中的加速和偏转问题。 2..理解带电粒子在电场中的运动规律，并能分析解决加速和偏转问题。 3.能分析实际生活中带电粒子的加速和偏转问题，并解释相关物理现象。 4、 重难点 重点难点：1.带电粒子在匀强电场中的运动规律 2.运用电学知识和力学知识综合处理偏转问题 5、 授课内容 一、带电粒子的加速 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，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。 【典例1】.如图所示，两平行金属板相距为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. 【练习1】.如图所示，在P板附近有一电子由静止开始向Q板运动，则关于电子到达Q时的速率与哪些因素有关的下列解释中正确的是 (　　) A.两极板间的距离越大，加速的时间就越长，则电子获得的速率越大 B.两极板间的距离越小，加速的时间就越短，则电子获得的速率越小 C.两极板间的距离越小，加速度就越大，则电子获得的速率越大 D.与两板间的距离无关，仅与加速电压U有关 【练习2】在显像管的电子枪中，从炽热的金属丝不断放出的电子进入电压为U的加速电场，设其初速度为零，经加速后形成横截面积为S、电流为I的电子束。已知电子的电荷量为e、质量为m，则在刚射出加速电场时，一小段长为Δl的电子束内的电子个数是 (　　) A. B. C. D. 二、带电粒子的偏转 1．条件：带电粒子的初速度方向跟电场力的方向垂直。 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。 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。 【典例1】.如图所示，两金属板与电源相连接，电子从负极板边缘垂直电场方向射入匀强电场，且恰好从正极板边缘飞出。现在使电子入射速度变为原来的两倍，而电子仍从原位置射入，且仍从正极板边缘飞出，则两极板长度应变为原来的 (　　) A.2倍 B.4倍 C. D. 【典例2】如图所示，平行板电容器上极板带正电，从上极板的端点A释放一个带电荷量为+Q(Q>0)的粒子，粒子重力不计，以水平初速度v0向右射出，当它的水平速度与竖直速度的大小之比为1∶2时，恰好从下极板的端点B射出，则d与L之比为 (　　) A.1∶1 B.2∶1 C.1∶2 D.1∶3 【典例3】如图所示，有一电子(电荷量为e)经电压U0加速后，进入两块间距为d、电压为U的平行金属板间。若电子从两板正中间垂直电场方向射入，且正好能穿过电场，求： (1)金属板AB的长度； (2)电子穿出电场时的动能。易错 解析　(1)设电子飞离加速电场时的速度为v0，由动能定理得 eU0=m① 设金属板AB的长度为L，电子偏转时间t=② 电子在偏转电场中的加速度a=③ 电子在电场中偏转的距离y=d=at2④ 由①②③④得：L=d。 (2)设电子穿出电场时的动能为Ek，根据动能定理得 Ek=eU0+e=e 易错警示　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静电力远大于重力，通常情况下，重力可忽略；而像带电小球、液滴、烟尘等，重力不可忽略。 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′和YY′上都没有加电压，电子束将打在荧光屏的中心O点。 甲　示波管的结构　　　　乙　荧