第2章 第4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（鲁科版2019）

第4节　带电粒子在电场中的运动(赋能课—精细培优科学思维) 课标要求 层级达标 1.能分析带电粒子在电场中的运动情况。 2.能解释相关的物理现象。 学考 层级 1.了解带电粒子在电场中的运动规律，能解释简单的实际问题。 2.能在熟悉的问题情境中应用类平抛的规律解决问题。 选考 层级 1.理解带电粒子在电场中的运动规律，综合运用规律解决实际问题。 2.能将实际问题的对象和过程转化成类平抛运动模型。 一、带电粒子加速 1．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远小于静电力，故重力可以忽略。 2．带电粒子的加速 (1)带电粒子在电场中加速(做直线运动)的条件：只受电场力作用，初速度为零或初速度方向与电场力方向相同。 (2)分析方法：根据动能定理eU＝mv2。 (3)结论：初速度为零、带电荷量大小为e、质量为m的带电粒子(不计重力)，经过电势差为U的电场加速后，获得的速度为v＝ 。 二、带电粒子偏转 1．示波管的构造 示波管是示波器的核心部件，外部是一个抽成真空的玻璃壳，内部主要由电子枪(由发射电子的金属丝和加速电极组成)、竖直偏转板、水平偏转板和荧光屏组成，如图所示。 2．带电粒子在匀强电场中的偏转 质量为m、带电荷量为q的基本粒子(忽略重力)，以初速度v0平行于两极板进入并穿过匀强电场，极板长为l，板间距离为d，板间电压为U 运动性质 ①平行于极板方向：速度为v0的匀速直线运动。 ②垂直于极板方向：初速度为零、加速度为a＝的匀加速直线运动 运动规律 ①偏移距离：因为t＝，a＝，所以偏移距离y＝at2＝。 ②偏转角度：因为vy＝at＝，所以tan θ＝＝ 　　　带电粒子从偏转电场中射出时，其速度的反向延长线过水平位移的中点。 [微情境·大道理] 1.如图所示，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)带电粒子在电场中的运动过程，动能不断增大。(√) (4)带电粒子在沿静电力方向上做初速度为零的匀加速直线运动。(√) 3．如图所示，为示波管的核心部件。 试对以下结论作出判断。 (1)在偏转电极上不加偏转电压时，荧光屏中心出现亮斑。(√) (2)若在竖直偏转板加上如图甲所示电压，则荧光屏上会出现一条竖直线。(√) (3)若在水平偏转板加上如图乙所示电压，则荧光屏上会出现正弦曲线。(×) 强化点(一)　带电粒子的加速问题 任务驱动　 如图所示，电子由静止从P板向Q板运动。 电子到达Q板的速度大小与什么因素有关？ 提示：由eU＝mv2得v＝，因电子的e、m确定，所以速度大小只与加速电压有关。 [要点释解明] 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：如带电小球、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 可以从动力学和功能关系两个角度分析。 角度 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 [典例]　(多选)示波管中电子枪的原理示意图如图所示，示波管内被抽成真空。A为发射电子的阴极，K为接在高电势点的阳极，A、K间电压为U，电子离开阴极时的速度可以忽略，电子经加速后从K的小孔中射出时的速度大小为v。下列说法正确的是(　 ) A．如果A、K间距离减半而电压仍为U，则电子离开K时的速度变为v B．如果A、K间距离减半而电压仍为U，则电子离开K时的速度变为 C．如果A、K间距离不变而电压减半，则电子离开K时的速度变为v D．如果A、K间距离不变而电压减半，则电子离开K时的速度变为 [解析]　电子在两个电极间的加速电场中进行加速，由动能定理eU＝mv2－0得v＝；当电压不变，A、K间距离变化时，不影响电子离开K时的速度，A正确；当电压减半时，电子离开K时的速度变为v，C正确。 [答案]　AC 分析带电粒子在电场中加速运动的两种思路　 (1)牛顿第二定律和运动学公式 q＝ma，得a＝； v2－v02＝2ad，得v＝ (2)动