第1章 第9节 带电粒子在电场中的运动（word教参）-【新课程学案】新教材2023-2024学年高中物理必修第三册（教科版2019）

第9节　带电粒子在电场中的运动 核心素养导学 物理观念 (1)知道带电粒子在电场中的运动规律。 (2)知道示波管的构造和基本原理。 科学思维 (1)能运用电场强度、静电力等概念及力学规律，分析带电粒子在电场中运动时的加速度、速度和位移等物理量的变化。 (2)知道带电粒子在电场中的运动规律，能综合运用力学和电学知识分析解决静电问题。 科学态度与责任 (1)通过对带电粒子在电场中运动的研究，学会突出主要因素，忽略次要因素的理想化、模型化的科学研究方法。 (2)通过了解直线加速器及示波管的原理，体会物理知识在实际生活、生产及科研中的应用，强化学习和研究物理的内在动机。 一、带电粒子的加速 1．带电粒子的受力特点：电子、质子和各种离子等微观粒子，由于它们在电场中所受的电场力远大于重力，故其重力可以忽略。 2．电子加速后的末速度 由动能定理得：qU＝mv2，v＝。 二、带电粒子在匀强电场中的偏转 1．偏转条件：带电粒子沿垂直电场线方向进入匀强电场。 2．运动规律：带电粒子沿初速度方向做匀速直线运动，沿电场方向受电场力作用，做初速度为零的匀加速直线运动。 3．示波管的构造和原理 (1)示波管的构造： (2)原理：经灯丝F的加热，阴极释放出的电子，经过K、A间的电场加速后从阳极A中间的小孔飞出，再通过Y1、Y2和X1、X2间的偏转电场控制电子束沿竖直方向和水平方向的偏转。 1.在真空中有一对平行金属板，由于接上电池组而带电，两板间电势差为U，若一个质量为m、带正电荷q的粒子，在静电力作用下由静止开始从正极板附近向负极板运动。请思考： 怎样计算它到达负极板时的速度？你有几种方法？ 提示：方法1：由动力学知识a＝＝＝，v2＝2ad，得v＝ 。 方法2：由动能定理qU＝mv2，得v＝ 。 2.如图所示，带电粒子(不计重力)从两极板中间垂直电场线方向进入电场。 试对以下结论作出判断： (1)带电粒子在匀强电场中做匀变速运动。(√) (2)带电粒子在沿初速度方向上做匀速直线运动。(√) (3)带电粒子在电场中运动过程中动能不断增大。(√) (4)带电粒子沿静电力方向做初速度为零的匀加速直线运动。(√) 新知学习(一)|带电粒子的加速问题 [任务驱动] 如图所示，直线上有O、a、b、c四点，a、b间的距离与b、c间的距离相等，在O点处有一固定点电荷。已知b点电势高于c点电势。若一带负电荷的粒子仅在静电力作用下先从c点运动到b点，再从b点运动到a点。试分析： (1)粒子的运动情况； 提示：根据点电荷电场及电势分布特点和b点电势高于c点电势可知，O点固定的是正电荷。带负电粒子从c点运动到b点，再从b点运动到a点，静电力对粒子一直做正功，粒子速度一直增大。 (2)从c点到b点，从b点到a点两段过程中，静电力对粒子做功的关系。 提示：静电力做功W＝qU，因为Ubc<Uab，则前一个过程中静电力做功小于后一个过程中静电力做功。　　　　 [重点释解] 1．力和运动的关系——牛顿第二定律 根据带电粒子受到的静电力，用牛顿第二定律找出加速度，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恒力作用下粒子做匀变速运动的情况。 例如：a＝＝＝，v＝v0＋at，x＝v0t＋at2。 2．功和能的关系——动能定理 根据静电力对带电粒子做的功，引起带电粒子的能量发生变化，利用动能定理或全过程中能量的转化，研究带电粒子的速度变化、位移等。这种方法也适用于非匀强电场。 例如：带电粒子经过电势差为U的电场加速后，由动能定理得qU＝mv2－mv02，则带电粒子的速度v＝，若粒子的初速度为零，则带电粒子的速度v＝。 当带电粒子以极小的速度进入电场中时，在静电力作用下做加速运动，示波器、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进行加速的。 [针对训练] 1．如图所示为电子枪的工作原理，金属丝加热后可以发射电子，发射出的电子被加速电场加速，穿出金属板上的小孔后，形成高速运动的电子束。其中加热电源的电动势为E，加速电压为U。下列说法正确的是(　 ) A．加热电源的正负极不能接反 B．加速电压的正负极不能接反 C．加速电场的电场线从金属丝发出，终止于金属板 D．电子被加速时，一定是沿着电场线运动的 解析：选B　金属丝加热后发射电子，加热电源的正负极互换也不影响，故A错误；电子加速时，当加速电压正负极互换，电子不被加速，故B正确；电场线从正极板出发，终止于负极板，故C错误；电子被加速时，受到的电场力方向与电场线方向相反，是沿着电场线反方向运动的，故D错误。 2.如图所示，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出，最远到达A点，然后返回，|OA|＝h，此电子具有的初动能是(　 ) A. B．edUh C.