高中物理 第一章 第11讲 带电粒子在电场中的运动教学案 新人教版选修.doc

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1、重庆市万州区分水中学高中物理第一章第11讲带电粒子在电场中的运动教学案新人教版选修3-1[目标定位]　1.会从力和能量角度分析计算带电粒子在电场中加速和偏转的有关问题.2.知道示波管的主要构造和工作原理．一、带电粒子的加速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，虽然它们也会受到万有引力(重力)的作用，但万有引力(重力)一般远小于静电力，可以忽略．图11112．带电粒子加速问题的处理方法：利用动能定理分析．如图1111所示初速度为零，质量为m、带电量为q的带电粒子，经过电势差为U的电场加速

2、后，求其到达负极板的速度．可根据qU＝mv2，得v＝.想一想　上述问题中如果两极板是其他形状，中间电场不再均匀，上面的结果是否仍然适用？为什么？答案　仍然适用，因为电场力做功公式W＝qU对任意电场都适用．二、带电粒子的偏转以质量为m电量为q的粒子，初速度v0垂直于电场方向进入两平行板间场强为E匀强电场，板间距离为d，两板间电势差为U，板长为l.1．运动性质(1)沿初速度方向：初速度为v0的匀速直线运动．(2)沿电场力方向：初速度为零，加速度为a＝＝的匀加速直线运动．2．运动规律(1)偏转距离：因为时间t＝，a＝

3、，所以y＝at2＝()2.(2)偏转角度：因为v⊥＝at＝，所以tanθ＝＝.想一想　对带电粒子在电场中的偏转问题能否选择动能定理求解？答案　能，但只能求出速度大小，不能求出速度方向，涉及到方向问题，必须采用把运动分解的方法．三、示波管的原理1．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(发射电子的灯丝、加速电极组成)、偏转电极(是由一对X偏转电极板和一对Y偏转电极板组成)和荧光屏组成，如图1112所示．2．原理(1)扫描电压：XX′偏转电极接入的是由仪器自身产生的锯齿形电压．

4、(2)灯丝被电源加热后，发射热电子，发射出来的电子经加速电场加速后，以很大的速度进入偏转电场，如在Y偏转板上加一个信号电压，在X偏转板上加一周期相同的扫描电压，在荧光屏上就会出现按Y偏转电压规律变化的可视图象．想一想　示波管荧光屏上的亮线是怎样产生的？所加的扫描电压和信号电压的周期要满足什么条件才能得到待测信号在一个周期内的稳定图象？答案　电子打在荧光屏上将出现一个亮点，若电子打在荧光屏上的位置快速移动，由于视觉暂留效应，能在荧光屏上看到一条亮线．周期相等．一、带电粒子在电场中的直线运动1．研究对象(1)基本粒

5、子：如电子、质子、α粒子、离子等，除特殊说明外一般忽略粒子的重力(但并不忽略质量)．(2)带电微粒：如液滴、油滴、尘埃、小球等，除特殊说明外，一般不忽略重力．2．运动状态分析：带电粒子沿平行电场线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，做匀变速直线运动．3．物理过程分析方法(1)根据带电粒子受的力(包含电场力)，用牛顿定律求出加速度，结合运动学公式确定带电粒子的速度、位移等．(2)由动能定理，粒子动能的变化量等于合外力做的功(电场可以是匀强电场或非匀强电场)．图1113例1　如图1113所示，在

6、点电荷＋Q激发的电场中有A、B两点，将质子和α粒子分别从A点由静止释放到达B点时，它们的速度大小之比为多少？答案　∶1解析　质子和α粒子都带正电，从A点释放将受静电力作用加速运动到B点，设A、B两点间的电势差为U，由动能定理可知，对质子：mHv2＝qHU，对α粒子：mαv2＝qαU.所以＝＝＝.借题发挥　该电场为非匀强电场，带电粒子在AB间的运动为变加速运动，不可能通过力和加速度的途径解出该题，但注意到电场力做功W＝qU这一关系对匀强电场和非匀强电场都适用，因此从能量的角度入手，由动能定理来解该题很方便．二、带

7、电粒子的偏转1．运动状态分析：带电粒子(不计重力)以初速度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垂直的静电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方法，即应用运动的合成与分解的知识分析处理．3．运动的规律：4．两个特殊结论图1114(1)粒子射出电场时速度方向的反向延长线过水平位移的中点，即粒子就像是从极板间处射出的一样．证明：作粒子速度的反向延长线，设交于O点，利用上述①、②两式结合几何关系可得出x＝＝＝③(2)无论粒子的m、q如何，只要经过同一电场加

8、速，再垂直进入同一偏转电场，它们飞出的偏移量和偏转角θ都是相同的，所以同性粒子运动轨迹完全重合．证明：若加速电场的电压为U0，有qU0＝mv④由①和④得偏移量y＝，由②和④得偏转角正切tanθ＝.y和tanθ与m和q均无关．图1115例2　一束电子流在经U＝5000V的加速电压加速后，在距两极板等距离处垂直进入平行板间的匀强电场，如图1115所示．若两板间距离d＝1.0cm，板长l＝5