第10章 第5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（人教版2019）

第5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 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。 学考 层级 1.知道带电粒子垂直于电场线进入匀强电场运动的特点。 2.了解示波管的主要构造和工作原理。 选考 层级 1.会从运动和力的关系的角度、功和能量变化的关系的角度分析带电粒子在匀强电场中的加速问题。 2.能对带电粒子在电场中的偏移距离、偏转角度、离开电场时的速度等物理量进行分析和计算。 一、带电粒子在电场中的加速 1．运动状态 利用电场使带电粒子加速时，带电粒子的速度方向与电场强度的方向相同或相反。 2．两种分析思路 (1)利用牛顿第二定律结合匀变速直线运动公式分析，适用于解决的问题属于匀强电场，且涉及运动时间等描述运动过程的物理量。 (2)利用静电力做功结合动能定理来分析，适用于问题只涉及位移、速率等动能定理公式中的物理量或非匀强电场的情景。 二、带电粒子在电场中的偏转 1．偏转条件：带电粒子的初速度方向跟电场方向垂直。 2．运动轨迹：在匀强电场中，带电粒子的运动轨迹是一条抛物线，类似平抛运动的轨迹。 3．分析思路：跟分析平抛运动是一样的，不同的仅仅是平抛运动物体所受的是重力，带电粒子所受的是静电力。 　　　 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，M和N是匀强电场中的两个等势面，相距为d，电势差为U，一质量为m(不计重力)、电荷量为－q的粒子，以速度v0通过等势面M射入两等势面之间，则该粒子穿过等势面N的速度是多少？ 提示：由动能定理得qU＝mv2－mv02，解得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。(√) 强化点(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可知，b点电势高于c点电势，则O点固定的是正电荷。带负电荷的粒子从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的功小于后一个过程中静电力做的功。 [要点释解明] 1．关于带电粒子在电场中的重力 (1)基本粒子：如电子、质子、α粒子等，除有说明或有明确的暗示以外，此类粒子一般不考虑重力(但并不忽略质量)。 (2)带电微粒：如液滴、油滴、尘埃、小球等，除有说明或有明确的暗示以外，一般都不能忽略重力。 2．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，示波器、电视显像管中的电子枪都是利用电场对带电粒子加速的。 3．处理方法 可以从动力学和功能关系两个角度进行分析，其比较如表所示。 项目 动力学角度 功能关系角度 涉及 知识 牛顿第二定律结合匀变速直线运动公式 功的公式及动能定理 选择 条件 匀强电场，静电力是恒力 可以是匀强电场，也可以是非匀强电场，静电力可以是恒力，也可以是变力 [题点全练清] 1.如图所示，一个平行板电容器充电后与电源断开，从负极板处释放一个电子(不计重力)，设其到达正极板时的速度为v1，加速度为a1。若将两极板间的距离增大为原来的2倍，再从负极板处释放一个电子，设其到达正极板时的速度为v2，加速度为a2，则(　 ) A．a1∶a2＝1∶1，v1∶v2＝1∶2 B．a1∶a2＝2∶1，v1∶v2＝1∶2 C．a1∶a2＝2∶1，v1∶v2＝∶1 D．a1∶a2＝1∶1，v1∶v2＝1∶ 解析：选D　电容器充电后与电源断开，再增大两极板间的距离时，两极板间电场强度不变，电子在电场中受到的静电力不变，故a1∶a2＝1∶1。由动能定理得Ue＝mv2，解得v＝，因两极板间的距离增大为原来的2倍，由U＝Ed知，电势差U增大为原来的2倍，故v1∶v2＝1∶。故选D。 2.如图所示，平行板电容器两板间的距离为d＝10 cm，电势差为U＝100 V。一质量为mα、电荷量为q的α粒子(带正电)，在静电力的作用下由静止开始从正极板A向负极板B运动。 (1)比较α粒子所受静电力和重力的大小，说明重力能