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

带电粒子在电场中的运动 【学习目标】 1.了解带电粒子在电场中的运动特点． 2.能运用静电力、电场强度的概念，根据牛顿运动定律及运动学公式研究带电粒子在电场中的运动． 3.能运用静电力做功、电势、电势差的概念，根据功能关系研究带电粒子在电场中的运动．(难点) 4.了解示波管的构造和基本原理． 【重难点】 掌握功的量度公式及单位，并能计算有关的实际问题。 【知识要点】 一、电粒子在电场中的运动 1．基本粒子的受力特点：对于质量很小的基本粒子，如电子、质子等，虽然它们也会受到万有引力(重力)的作用，但万有引力(重力)一般远远小于静电力，可以忽略不计． （1）基本粒子：如电子、质子、粒子、离子等，若无说明或明确的暗示，一般不计重力； （2）带电颗粒：如尘埃、液滴、油滴、小球等，若无说明或明确的暗示，一般要考虑重力； （3）平衡问题一般要考虑重力。 2．带电粒子加速问题的处理方法： ①利用动能定理分析． 初速度为零的带电粒子，经过电势差为U的电场加速后，qU＝mv2，则v＝. ②在匀强电场中也可利用牛顿定律结合运动学公式分析． 注意：1、动能定理是分析带电粒子在电场中加速常用的方法，试想该方法适用于非匀强电场吗？ 　适用，由于W＝qU既用于匀强电场又适用于非匀强电场，故Uq＝mv2－mv适用于任何电场． 2、(1)基本带电粒子在电场中不受重力．(×) (2)带电粒子仅在电场力作用下运动时，动能一定增加．(×) 3、质量为m、带电量为q的基本粒子(忽略重力)，以初速度v0平行于两极板进入匀强电场，极板长为l，板间距离为d，板间电压为U. 1．运动性质 (1)沿初速度方向：速度为v0的匀速直线运动． (2)垂直v0的方向上：初速度为零，加速度为a＝的匀加速直线运动． 2．运动规律 (1)偏移距离：因为t＝，a＝，所以偏移距离y＝at2＝. (2)偏转角度：因为vy＝at＝，所以tan θ＝＝. 注意： 1、带电粒子在电场中做类平抛的条件是什么？　 (1)偏转电场为匀强电场．(2)带电粒子以初速度v0，必须垂直于电场线方向进入电场． 2、 (1)带电粒子在匀强电场中偏转时，其速度和加速度均不变．(×) (2)带电粒子在匀强电场中无论是直线加速还是偏转，均做匀变速运动．(√) 二、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)、偏转电极(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． 甲　示波管的结构　　　乙　荧光屏 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偏转极板上加一个信号电压，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象． 注意：1、当示波管的偏转电极没有加电压时，电子束将打在荧光屏什么位置？　 偏转电极不加电压，电子束沿直线运动、打在荧光屏中心，形成一个亮斑． 2、 (1)示波管电子枪的作用是产生高速飞行的电子束，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．(√) (2)示波管的荧光屏上显示的是电子的运动轨迹．(×) 三、带电粒子在电场中的运动的处理方法 1.该问题的研究方法与质点动力学相同，同样遵循运动的合成与分解、力的独立作用原理、牛顿运动定律、动能定理、功能关系等力学规律．解该类问题时，主要有以下两种基本思路： (1)力和运动的关系——牛顿第二定律：根据带电粒子所受的电场力，用牛顿第二定律确定加速度，结合运动学公式确定带电粒子的速度、位移等．这种方法通常适用于粒子在恒力作用下做匀变速直线运动的情况． (2)功和能的关系——动能定理等：根据电场力对带电粒子所做的功引起带电粒子的能量发生变化，利用动能定理等研究全过程中能量的转化，研究带电粒子的速度变化、经过的位移等．这种方法既适用于匀强电场，也适用于非匀强电场． 2．带电粒子在电场中的运动类型： 运动类型 受力特点 处理依据 匀速直线运动或静止 电场力与其他力平衡，合力为零 平衡条件 匀强电场中的匀变速直线运动 电场力恒定，电场力与初速度方向共线 (1)牛顿第二定律，运动学公式 (2)动能定理 匀强电场中的类平抛运动 电场力恒定，电场力与初速度方向垂直 运动的分解：垂直电场方向做匀速直线运动；平行电场方向做初速度为零的匀加速直线运动 非匀强电场中的曲线运动 受变化的电场力，电场力方向与速度不共线 曲线运动的条件，动能定理，电场力做功与电势能变化的关系等 3.解决带电粒子在电场运动问题的思路 (1)对带电粒子进行受力分析、运动特点分析、做功情况分