10.5带电粒子在电场中的运动 导学案-2023-2024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．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方向的问题。 2．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。 3．知道示波管的构造和基本原理。 【合作探究】 一、带电粒子的加速 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，它们受到重力的作用一般________静电力，故可以_______。 1．问题思考 问题1：如图，两平行极板之间的距离为d，板间电压为U，有一电荷量为e，质量为m的电子，从左侧极板附近由静止加速，求：电子的加速度、到达右侧极板时的速度及所需时间。 思考：如两极板间不是匀强电场该用何种方法求解？为什么？若粒子初速度不为0呢？ 2、总结： （1）带电粒子在电场加速(直线运动)条件：只受电场力作用时，初速度为零或与电场力方向相同。 （2）分析方法：动能定理。 （3）结论：初速度为零，带电荷量为q，质量为m的带电粒子， 过电势差为U的电场加速后，获得的速度为_________。 例1、如图所示，在 P 板附近有一电子由静止开始向 Q 板运动，则关于电子在两板间的运动情况，下列叙述正确的是( ) A.两板间距越大，加速度越小 B.两板间距离越小，则电子到达 Q 板时的速度就越大 C.电子到达 Q 板时的速度与板间距离无关，仅与加速电压有关 D.电子的加速度和末速度都与板间距离无关 二、带电粒子的偏转 若粒子以初速度 v0 沿垂直场强方向进入电场，离子的运动情况如何？ 1．问题思考 问题2：如图所示，电子以初速度v0垂直于电场线射入匀强电场中，两极板之间的电压为U，板长为l，板间距离为d，电子电荷量为e，质量为m，初速度为v0水平向右，电子能从极板右侧打出。 问题讨论： ①分析电子的受力情况。 ②你认为这种情境同哪种运动类似，这种运动的研究方法是什么? ③你能类比得到带电粒子在匀强电场中运动的研究方法吗? 求：①电子在射出电场时竖直方向上的偏转距离。 ②电子在离开电场时的速度偏转角的正切值。 2、总结： （1）运动性质 ①沿初速度方向：速度为v0的_______________。 ②垂直v0的方向：初速度为_____，加速度为_______的匀加速直线运动。 （2）运动规律 ①偏移距离：因为__________，__________，所以偏移距离__________ ②偏转角度：因为_________，所以_________。 拓展提升 电子从静止开始经加速电压U1加速后，沿垂直于电场线方向射入两平行板中央，已知两偏转极板之间的电压为U2，板长为l，板间距离为d，电子能从极板右侧打出。 求：①电子在射出电场时竖直方向上的偏转距离。 ②电子在离开电场时的速度偏转角的正切值。 思考：如果偏转电场的两极板如图示竖直放置，电子会如何偏转呢？ 三、示波管 （1）示波器：用来观察电信号随时间变化的电子仪器。其核心部分是示波管。 （2）示波管的构造及原理 例2、已知加速电压极板长偏转电极的电压板间距、板端到荧光屏的距离。 求：电子射出偏转电场时的偏向角正切值及打到屏上电子的偏移量。 【巩固练习】 1、如图所示，P和Q为两平行金属板，两极板间电压为U，在P板附近有一电子由静止开始向Q板运动，关于电子到达Q板时的速率，下列说法正确的是（　　） A．两极板间距离越大，加速时间越长，获得的速率就越大 B．两极板间距离越小，加速度越大，获得的速率就越大 C．与两极板间距离无关，仅与加速电压U有关 D．以上说法都不正确 2、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入电场，最远到达A点，然后返回，如图所示，OA间距为h，则此电子的初动能为（　　） A． B． C． D． 3.如图所示，两极板与电源相连接，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，则两极板的间距应变为原来的(　　) A.2倍 B.4倍 C. D. 4、如图所示，一质量为m、电荷量为的粒子以速度从连线上的点水平向右射入大小为、方向竖直向下的匀强电场中。已知与水平方向成角，粒子的重力可以忽略，则粒子到达连线上的某点时（　　） A． 所用时间为 B．速度大小为 C．与点的距离为 D．速度方向与竖直方向的夹角为 5、（多选）如图所示，有三个质量相等分别带正电、负电和不带电的小球，从平行板电场中的左侧以相同的初速垂直于电场方向进入电场，它们分别落到A、B、C三点，则可以断定 A．落到a点的小球带正电，落到c点的小球带负电 B．三小球在电场中运动时间相等 C．三小球到达负极板的动能关系是E