第2章 第2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（粤教版2019）

第二节　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、带电粒子在电场中的加速　加速器 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，虽然它们也会受到万有引力(重力)的作用，但万有引力(重力)一般远小于电场力，可以忽略。 2．带电粒子加速问题的处理方法：利用动能定理分析。 初速度为零的带电粒子，经过电势差为U的电场加速后，qU＝mv2，则v＝。 3．加速器：利用高电压的电场来加速带电粒子，由于实际电压有限，科学家制成了直线加速器，让带电粒子通过多级电场加速。 二、带电粒子在电场中的偏转　示波器 1．运动特点 (1)垂直电场方向：不受力，做匀速直线运动。 (2)沿着电场方向：受恒定的电场力，做初速度为零的匀加速直线运动。 2．运动规律。 3．示波器 (1)构造：示波管是示波器的核心部件，主要由电子枪、偏转系统和荧光屏组成，如图所示。 (2)原理：示波器的灯丝通电后给阴极加热，使阴极发射电子，电子经阳极和阴极间的电场加速聚焦后形成一很细的电子束，电子射出打在管底的荧光屏上，形成一个小亮斑。亮斑在荧光屏上的位置可以通过调节Y偏转板与X偏转板上的电压大小来控制。 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。　　 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。(√) 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。(×) 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