新课标人教版高中物理选修3-1第一章静电场第9节带电粒子在电场中的运动导学案+课件+练习 （3份打包）

第9节　带电粒子在电场中的运动 学 习 目 标 1．能应用静电力、电场强度等概念研究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．能应用静电力做功、电势、电势差、等势面等概念研究带电粒子在电场中运动时的能量转化． 3．了解示波管的工作原理，体会静电场知识对科学技术的影响． 知识点一 带电粒子在电场中的加速运动 1．用运动状态分析：带电粒子沿电场线平行的方向进入匀强电场，受到的电场力与运动方向在同一直线上，做匀加(减)速直线运动． 2．用功能观点分析：粒子动能的变化量等于电场力做的功(电场可以是匀强电场或非匀强电场)． 若粒子的初速度为零，则：eq \f(1,2)mv2＝qU⇒v＝eq \r(\f(2qU,m)). 若粒子的初速度不为零，则：eq \f(1,2)mv2－eq \f(1,2)mveq \o\al(2,0)＝qU⇒v＝2,0)eq \r(v＋\f(2qU,m)) . 例1 如图所示，水平放置的平行板电容器相距h，上极板A带正电，下极板B带等量的负电．现有质量为m，带电量为＋q的小球从B板下方H处以初速度v0竖直向上从B板小孔进入板间电场，欲使小球刚好打到A板，求A、B间电势差？ 分析：如图，平行板电容器上极板A带正电，下极板B带负电，电场方向向下．质量为m，带电量为＋q的小球从B板进入电场后受到重力和电场力，电场力方向向下，对小球做负功，小球刚好打到A板时，速度恰好为零，电场力做功为qUBA＝－qUAB，整个过程中重力做功为－mg(H＋h)．根据动能定理求解电势差 UAB. 解析：由题，小球刚好打到A板时，速度恰好为零，根据动能定理，对整个过程进行研究得－mg(H＋h)－qUAB＝eq \f(1,2)mveq \o\al(2,0). 解得：UAB＝2,0)eq \f(mv－2mg（H＋h）,2q) . 答案：UAB＝2,0)eq \f(mv－2mg（H＋h）,2q) 点评：本题涉及两个过程，采用全程法运用动能定理研究，比较简洁，也可以分段研究，或运用牛顿定律和运动学公式结合研究． ►变式训练 1．如图所示，P和Q为两平行金属板，板间电压为U，在P板附近有一电子由静止开始向Q板运动．关于电子到达Q板时的速率，下列说法正确的是 (C) A．两板间距离越大，加速时间越长，获得的速率就越大 B．两板间距离越小，加速度越大，获得的速率就越大 C．与两板间距离无关，仅与加速电压U有关 D．以上说法都不正确 分析：粒子运动过程只有电场力做功，根据动能定理列出末动能与电场力做功的关系，判断末速度的大小． 解析：粒子运动过程只有电场力做功，根据动能定理：qU＝eq \f(1,2)mv2. A．两板间距离越大，场强E＝eq \f(U,d)越小，加速时间越长，因为加速电压不变，所以最后的末速度大小不变，故A错误．B.两板间距离越小，场强E＝eq \f(U,d)越大，加速度越大，因为加速电压不变，所以最后的末速度大小不变，故B错误．C.根据动能定理：qU＝eq \f(1,2)mv2，虽然极板间距发生变化，但是电压不变，所以最后的末速度大小不变，故C正确，故选C. 点评：电场力做功仅与加速的电压高低有关，当极板间的间距发生变化时要首先判断极板间的电压是否发生变化． 知识点二 带电粒子在电场中的偏转 1．运动状态分析：带电粒子以速度v0垂直于电场线方向飞入匀强电场时，受到恒定的与初速度方向成90°角的电场力作用而做匀变速曲线运动． 2．偏转问题的分析处理方法类似于平抛运动的分析处理，应用运动的合成和分解的知识． 沿初速度方向为匀速直线运动，运动时间：t＝eq \f(l,v0). 沿电场力方向初速度为零的匀加速直线运动： 沿电场力方向初速度为零的匀加速直线运动： a＝eq \f(F,m)＝eq \f(qE,m)＝eq \f(qU,md). 离开电场时的偏移量： y＝eq \f(1,2)at2＝2,0)eq \f(ql2U,2mvd) . 离开电场时的偏转角： tan θ＝eq \f(vy,v0)＝2,0)eq \f(qlU,mvd) . 3．对粒子偏转角的讨论． 如下图所示，设带电粒子质量为m、带电荷量为q，以速度v0垂直于电场线射入匀强偏转电场，偏转电压为U1. 若粒子飞出电场时偏转角为θ，则tan θ＝eq \f(vy,vx). 式中vy＝at＝eq \f(qU1,dm)·eq \f(l,v0)，vx＝v0， 代入得tan θ＝2,0)eq \f(qU1l,mvd) .① (1)若不同的带电粒子是从静止经过同一加速电压U0加速后进入偏转电场的，则由动能定理有qU0＝eq \f(1,2)mveq \o\al(2,0).② 由①②式得：tan θ＝eq \f(U1l,2U0d).③