第二章 第二节 带电粒子在电场中的运动-【金版新学案】2023-2024学年新教材高二物理必修3同步课堂高效讲义教师用书（粤教版）

第二节　带电粒子在电场中的运动 【核心素养目标】 物理观念 会分析带电粒子在电场中的运动情况。了解示波管的结构和原理。 科学思维 会从力和能量的角度分析、计算带电粒子在电场中的加速问题。能够用类平拋运动分析带电粒子在电场中的偏转问题。 科学探究 探究带电粒子在示波管中的直线运动和偏转 知识点一　带电粒子在电场中的加速　加速器 1．研究电子、质子、α粒子在电场中的运动时，重力能否忽略不计？ 2．带电粒子在匀强电场或非匀强电场中加速，计算末速度，分别应用什么规律研究？ 提示：1.电子、质子、α粒子在电场中所受电场力远大于重力，故重力可忽略不计。 2．分析带电粒子在匀强电场中的加速运动，可以用牛顿运动定律结合运动学公式列式求解，也可以用动能定理列式求解。分析带电粒子在非匀强电场中的加速运动，可以用动能定理或功能关系求解。 1．加速装置 真空中安装一对面积较大的平行金属板，并在两板间加上电压U，两板之间便形成一个匀强电场。 2．带电粒子加速问题的处理方法 带正电的粒子由静止开始向负极板做匀加速直线运动，根据动能定理，可知qU＝mv2，则到达负极板时速度的大小为v＝。 3．加速器 由于电子每经过缝隙就被电场加速，所以进入每个圆筒左侧的小孔时速度都变大了，又由于经过每个圆筒的时间相同，则越往后，圆筒的长度必定越长，但都与进入圆筒时的速度成正比。 【链接实景　判断正误】 如图所示，电子由静止开始从A板向B板运动，当到达B板时速度为v。 (1)电子做初速度为零的匀加速直线运动。(　　) (2)保持电压不变，板间距离改变时，到达B板时速度仍为v。(　　) (3)板间距离不变，电压改变时，到达B板时速度仍为v。(　　) (4)板间距离和电压都改变时，到达B板时速度可能仍为v。(　　) 答案：(1)√　(2)√　(3)×　(4)× 1．电场中带电粒子的分类 (1)带电的基本粒子：如电子、质子、α粒子、正离子、负离子等，这些粒子所受重力和电场力相比要小得多，除非有特别的说明或明确的标识，一般都不考虑重力(但并不能忽略其质量)。 (2)带电体：如带电小球、液滴、尘埃等，除非有特别的说明或明确的标识，一般都要考虑重力。某些带电体是否考虑重力，要根据题目说明或运动状态来判定。 2．受力分析 仍按力学中受力分析的方法分析，只是多了一个静电力，若带电粒子在匀强电场中，则静电力为恒力(qE)；若在非匀强电场中，则静电力为变力。 学生用书第50页 如图所示，一个质子以初速度v0＝5×106 m/s水平射入一个由两块带电的平行金属板组成的区域。两板之间的距离为20 cm，设金属板之间的电场是匀强电场，电场强度为3×105 N/C。质子质量m＝1.67×10－27 kg，电量q＝1.60×10－19 C。求质子由板上小孔射出时的速度大小。 解析：根据动能定理W＝mv－mv，而W＝qEd 联立并代入数据解得v1＝≈6×106 m/s， 即质子飞出时的速度约为6×106 m/s。 答案：6×106 m/s 拓展变式　例1中，若质子刚好不能从小孔中射出，其他条件不变，则金属板之间的电场强度为多大？方向如何？ 解析：根据动能定理－qE′d＝0－mv，则E′＝＝ N/C≈6.5×105 N/C，方向水平向左。 答案：6.5×105 N/C　方向水平向左 方法技巧 带电体在匀强电场中的直线运动的分析方法 针对练1．如图所示，在A板附近有一电子由静止开始向B板运动，则关于电子到达B板时的时间和速率，下列说法正确的是(　　) A．两板间距越大，则加速的时间越长，获得的速率越小 B．两板间距越小，则加速的时间越短，获得的速率越小 C．两板间距越小，则加速的时间越短，获得的速率不变 D．两板间距越小，则加速的时间不变，获得的速率不变 C　[两板之间的电压不变，两板之间的场强为E＝，电子的加速度为a＝＝，由此可见，两板间距离越小，加速度越大，电子在电场中一直做匀加速直线运动，由d＝at2＝·t2，得电子加速的时间为t＝d ，由此可见，两板间距离越小，加速时间越短，对于整个过程，由动能定理可得qU＝mv2，所以电子到达B板时的速率与两板间距离无关，仅与加速电压U有关，故C正确，A、B、D错误。] 针对练2．(多选)如图所示，平行板电容器的两个极板与水平地面成一角度，两极板与一直流电源相连。若一带电粒子恰能沿图中所示水平直线通过电容器，则在此过程中，该粒子(　　) A．所受合力为零 B．做匀减速直线运动 C．电势能逐渐增加 D．机械能逐渐增加 BC　[对带电粒子受力分析如图所示，F合≠0，A错误；由图可知电场力与重力的合力方向与v0方向相反，所以粒子做匀减速直线运动，B正确；除重力外，电场力qE做负功，故电势能增加，机械能减少，C正确，D错误。] 针对练3．如图所示，