第十章 第5节 带电粒子在电场中的运动-【正禾一本通】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（人教版）

第5节 带电粒子在电场中的运动 课程标准 核心素养 能分析带电粒子在电场中的运动情况，能解释相关的物理现象 1．物理观念：知道带电粒子在电场中加速和偏转的原理。 2．科学思维：理解带电粒子在匀强电场中的运动规律，会分析、计算加速和偏转问题 　高效导学01步　预习新知，落实必备知识 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。 (2)示波管的YY′偏转电极上加的是待测的信号电压，使电子沿YY′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XX′方向偏转。 【概念辨析·试身手】 (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)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。(　√　) (4)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。(　√　) 　高效导学02步　课堂探究，培优关键能力 要点一 | 带电粒子在电场中的加速 【要点培优】 1．带电粒子的分类及受力特点 (1)电子、质子、α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。 2．处理带电粒子在电场中加速问题的两种方法 动力学角度 功能关系角度 应用知识 牛顿第二定律以及匀变速直线运动公式 功的公式及动能定理 适用条件 匀强电场，静电力是恒力 匀强电场、非匀强电场；静电力是恒力、变力 [想一想] 炽热的金属丝可以发射电子。在金属丝和金属板之间加上电压U，发射出的电子在真空中加速后，从金属板的小孔射出。设电子的电荷量为e，质量为m，不计电子离开金属丝时的初速度，电子从金属板的小孔射出的速度大小为多少？ 提示：电子从发射至穿过金属板的过程中，由动能定理可知eU＝mv2，解得电子从金属板的小孔射出的速度为v＝。 【应用培优】 [例1] (2022·北京卷)如图所示，真空中平行金属板M、N之间距离为d，两板所加的电压为U。一质量为m、电荷量为q的带正电粒子从M板由静止释放。不计带电粒子的重力。 (1)求带电粒子所受的静电力的大小F； (2)求带电粒子到达N板时的速度大小v； (3)若在带电粒子运动距离时撤去所加电压，求该粒子从M板运动到N板经历的时间t。 解析：(1)两极板间的场强E＝ 带电粒子所受的静电力F＝qE＝q (2)带电粒子从静止开始运动到N板的过程，根据功能关系有qU＝mv2 解得v＝ (3)设带电粒子运动距离时的速度大小为v′，根据功能关系有q＝mv′2 带电粒子在前距离做匀加速直线运动，后距离做匀速运动，设用时分别为t1、t2， 有＝t1，＝v′t2 则该粒子从M板运动到N板经历的时间t＝t1＋t2＝ 答案：(1)q　(2)　(3) [训练] 1．如图所示，两块分别带等量异种电荷的大平行金属板相距5.0 cm，它们之间的电场可视为匀强电场。电子(e)从负极板表面静止释放的同时，质子(p)也从正极板表面静止释放。忽略电子和质子间的相互作用力，当它们到达同一等势面时，该等势面与正极板之间的距离是多少？(质子的质量为1.67×10－27 kg，电子的质量为9.11×10－31 kg) 解析：两粒子到达同一等势面时，该等势面距离正负极板的距离分别为x1和x2， 则根据x＝at2＝ 可得＝＝＝ 因x1＋x2＝5 cm 则x1＝×5 cm＝2.73×10－5m 答案：2.73×10－5 m 要点二 | 带电粒子在电场中的偏转 【要点培优】 1．带电粒子在匀强电场中偏转的基本规律 2．偏转位移和偏转角 (1)粒子离开电场时的偏转位移y＝at2＝＝。 (2)粒子离开电场时的偏转角tan θ＝＝。 (3)粒子离开电场时位移与初速度夹角的正切值tan α＝＝。 3．粒子从偏转电场中射出时，其速度方向