10.5 带电粒子在电场中的运动 学案-2023-2024学年高二上学期物理人教版（2019）必修第三册

10.5带电粒子在电场中的运动 【学习目标】 1.会利用动力学的观点解答带电粒子在电场中的运动问题。 2.会分析带电粒子在电场中运动的能量转化情况。 3.掌握带电粒子在复合场中运动问题的分析方法。 4.了解示波管的构造和基本原理。 【学习重难点】 学习重点：带电粒子在匀强电场中的运动规律。 学习难点：综合应用力学和电学知识处理偏转问题。 【预习新知】 一、带电粒子在电场中的加速 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。 二、带电粒子在电场中的偏转 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。 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Y)、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。 Ⅲ 亮斑 电子枪 门X o y 偏转电极 甲示波管的结构 乙荧光屏（从右向左看） (2)示波管的Y偏转电极上加的是待测的信号电压，使电子沿Y方向偏转。 (3)示波管的XX偏转电极上加的是仪器自身产生的锯齿形电压（如图所示），叫作扫描 电压，使电子沿X”方向偏转。 Ux 扫描电压 3.带电粒子的分类及受力特点 (1)电子、质子、0粒子、离子等基本粒子，一般都不考虑重力。 (2)质量较大的微粒：带电小球、带电油滴、带电颗粒等，除有说明或有明确的暗示外， 处理问题时一般都不能忽略重力。 4.处理带电粒子在电场中加速问题的两种方法 可以从动力学和功能关系两个角度分析如下： 动力学角度 功能关系角度 牛顿第二定律以及匀变速直 应用知识 功的公式及动能定理 线运动公式 匀强电场、非匀强电场：静电力 适用条件 匀强电场，静电力是恒力 是恒力、变力 【重难探究】 一、带电粒子的加速 1.带电粒子的加速 当带电粒子以很小的速度进入电场中，在静电力作用下做加速运动，示波管、电视显像管 中的电子枪、回旋加速器都是利用电场对带电粒子加速的。 2.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 应用牛顿第二定律结合匀变速直线 功的公式及动能定理 知识 运动公式 选择 可以是匀强电场，也可以是非匀强电 匀强电场，静电力是恒力 条件 场，电场力可以是恒力，也可以是变 力 二、带电粒子的偏转 1.类平抛运动 一L→ ++++++ &子 0 0 带电粒子以速度6垂直于电场线的方向射入匀强电场，受到恒定的与初速度方向垂直的 静电力的作用而做匀变速曲线运动，称之为类平抛运动。可以采用处理平抛运动的方法分 析这种运动。 2.运动规律 (1)沿初速度方向：Vx=o,X=%t(初速度方向)。 《2)垂直于初速度方向：y=at,y=)a :(电场线方向，其中a=9E=V)。 m md 3.两个结论 (1)偏转距离：y= qLU 2mgd (2)偏转角度：tan日=业=glU Yo mvid 4.几个推论 (1)粒子从偏转电场中射出时，其速度方向反向延长线与初速度方向延长线交于一点， 此点平分沿初速度方向的位移。 2tang。 【2)位移方向与初速度方向间夹角的正切为速度偏转角正切的，即an0手 (3)以相同的初速度进入同一个偏转电场的带电粒子，不论m、q是否相同，只要夕相 同，即比荷相同，则偏转距离y和偏转角相同。 (4)若以相同的初动能Eko进入同一个偏转电场，只要g相同，不论m是否相同，则偏 转距离y和偏转角相同。 (5)同种电性的不同带电粒子经同一加速电场加速后（即加速电压U1相同），进入同一 偏转电场，则偏转距离y和偏转角相同。 【巩固训练】 (一）巩固训练 1如图所示，实线表示某电场的电场线（方向未标出），虚线是一带负电的粒子只在电场 力作用下的运动轨迹，粒子在M点和N点时加速度大小分别为aM、aw,速度大小分别 为Vw、Vw,下列判断正确的是() N A.au<ax,vy<Vv B.au<ay,vu>w C.au ax,vy<vN D.ay >ax.vu>VN 2.如图所示的电路中，电源电动势为E=200V,内阻为”=20W,定值电阻R2=32W。AB、 CD为两个平行金属板，板长为L=80cm,板间距离为d=32cm。质量为m=1'10kg、 带电量为g=.1'103C的颗粒从两金属板左端沿板间中线以。=4m/s的速度射入两板间。 闭合开关S,调节电阻箱R,使颗粒刚好