物理選修3-1第一章靜電場9 帶電粒子在電場中的運(yùn)動學(xué)案設(shè)計(jì)-學(xué)案下載-教習(xí)網(wǎng)

1．了解帶電粒子在電場中的運(yùn)動——只受電場力，帶電粒子做勻變速運(yùn)動。
2．重點(diǎn)掌握初速度與場強(qiáng)方向垂直的帶電粒子在電場中的運(yùn)動(類平拋運(yùn)動)。
3．知道示波管的主要構(gòu)造和工作原理。
重點(diǎn)
帶電粒子在電場中的加速和偏轉(zhuǎn)規(guī)律
難點(diǎn)
帶電粒子在電場中的偏轉(zhuǎn)問題及應(yīng)用。
知識梳理
1、研究帶電粒子在電場中運(yùn)動的兩條主要線索
帶電粒子在電場中的運(yùn)動，是一個綜合電場力、電勢能的力學(xué)問題，研究的方法與質(zhì)點(diǎn)動力學(xué)相同，它同樣遵循運(yùn)動的合成與分解、力的獨(dú)立作用原理、牛頓運(yùn)動定律、動能定理、功能原理等力學(xué)規(guī)律．研究時，主要可以按以下兩條線索展開．
（1）力和運(yùn)動的關(guān)系——牛頓第二定律
根據(jù)帶電粒子受到的電場力，用牛頓第二定律找出加速度，結(jié)合運(yùn)動學(xué)公式確定帶電粒子的速度、位移等．這條線索通常適用于恒力作用下做勻變速運(yùn)動的情況．
（2）功和能的關(guān)系——動能定理
根據(jù)電場力對帶電粒子所做的功，引起帶電粒子的能量發(fā)生變化，利用動能定理或從全過程中能量的轉(zhuǎn)化，研究帶電粒子的速度變化，經(jīng)歷的位移等．這條線索同樣也適用于不均勻的電場．
2、研究帶電粒子在電場中運(yùn)動的兩類重要的思維技巧
（1）類比與等效
電場力和重力都是恒力，在電場力作用下的運(yùn)動可與重力作用下的運(yùn)動類比．例如，垂直射入平行板電場中的帶電粒子的運(yùn)動可類比于平拋，帶電單擺在豎直方向勻強(qiáng)電場中的運(yùn)動可等效于重力場強(qiáng)度g值的變化等．
（2）整體法(全過程法)
電荷間的相互作用是成對出現(xiàn)的，把電荷系統(tǒng)的整體作為研究對象，就可以不必考慮其間的相互作用．電場力的功與重力的功一樣，都只與始末位置有關(guān)，與路徑無關(guān)．它們分別引起電荷電勢能的變化和重力勢能的變化，從電荷運(yùn)動的全過程中功能關(guān)系出發(fā)(尤其從靜止出發(fā)末速度為零的問題)往往能迅速找到解題入口或簡化計(jì)算．
例題精講
例1.如圖所示，帶正電的粒子以一定的初速度v0沿兩板的中線進(jìn)入水平放置的平行金屬板內(nèi)，恰好沿下板的邊緣飛出，已知板長為L，平行板間距離為d，板間電壓為U，帶電粒子的電荷量為q，粒子通過平行板的時間為t，則(不計(jì)粒子的重力)( )
A．在前eq \f(t,2)時間內(nèi)，電場力對粒子做的功為eq \f(Uq,4)
B．在后eq \f(t,2)時間內(nèi)，電場力對粒子做的功為eq \f(3Uq,8)
C．在粒子下落前eq \f(d,4)和后eq \f(d,4)的過程中，電場力做功之比為1∶2
D．在粒子下落前eq \f(d,4)和后eq \f(d,4)的過程中，電場力做功之比為1∶1
解析粒子在電場中做類平拋運(yùn)動的加速度為a=eq \f(Eq,m)=eq \f(Uq,dm)，t時間內(nèi)加速度方向上的位移y=eq \f(1,2)at2=eq \f(d,2)，前eq \f(t,2)加速度方向上的位移y1=eq \f(1,2)?aeq \f(t2,4)=eq \f(d,8)，后eq \f(t,2)加速度方向上的位移y2=y-y1=eq \f(3,8)d.由公式?W=Fl可知前eq \f(t,2)、后eq \f(t,2)、前eq \f(d,4)、后eq \f(d,4)電場力做的功分別為W1=eq \f(1,8)qU，W2=eq \f(3,8)qU，W3=eq \f(1,4)qU，W4=eq \f(1,4)qU.
答案 BD
例2.如圖所示，在一塊足夠大的鉛板A的右側(cè)固定著一小塊放射源P，P向各個方向放射出電子，速率為107 m/s.在A板右方距A為2 cm處放置一個與A平行的金屬板B，在B、A之間加上直流電壓．板間的勻強(qiáng)電場場強(qiáng)10?E=3.644 N/C，方向水平向左．已知電子質(zhì)量10?m=9.1-31 kg、電荷量10?e=1.6-19C，求電子打在B板上的范圍
解析電子離開放射源后做勻變速運(yùn)動．初速度垂直板的電子直接沿電場線運(yùn)動到B板的O點(diǎn)．其他電子打在以O(shè)點(diǎn)為中心的周圍某一位置．設(shè)初速度與板平行的電子打在B板上的N點(diǎn)，且距O點(diǎn)最遠(yuǎn)．
電子豎直方向上的分運(yùn)動eq \x\t(ON)=v0t①
水平方向上的分運(yùn)動d=eq \f(1,2)?eq \f(eE,m)t2 ②
將v0=107 m/s，10?e=1.6-19C，10?m=9.1-31kg，10?E=3.644 N/C，10?d=2-2m代入①②求得eq \x\t(ON)10?=2.5-2 m=2.5 cm.
即電子打在B板上的范圍是以O(shè)為圓心，以2.5 cm為半徑的圓面．
答案以O(shè)為圓心，以2.5 cm為半徑的圓面．
【反思】
當(dāng)堂練習(xí)
1.如圖所示,從F處釋放一個無初速度的電子向B板方向運(yùn)動,指出下列對電子運(yùn)動的描述中錯誤的是（設(shè)電源電動勢為2V）（）
A.電子到達(dá)B板時的動能是2eV
B.電子從B板到達(dá)C板動能變化量為零
C.電子到達(dá)D板時動能是6 eV
D.電子在A板和D板之間做往復(fù)運(yùn)動
答案 C
2.真空中的某裝置如圖所示,其中平行金屬板A、B之間有加速電場,C、D之間有偏轉(zhuǎn)電場,M為熒光屏.今有質(zhì)子11H、氘核21H和α粒子(42He)均由A板從靜止開始被加速電場加速后垂直于電場方向進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場,最后打在熒光屏上.已知質(zhì)子、氘核和α粒子的質(zhì)量之比為1∶2∶4,電荷量之比為1∶1∶2,則下列判斷中正確的是（）
A.三種粒子從B板運(yùn)動到熒光屏經(jīng)歷的時間相同
B.三種粒子打到熒光屏上的位置相同
C.偏轉(zhuǎn)電場的電場力對三種粒子做功之比為1∶2∶2
D.偏轉(zhuǎn)電場的電場力對三種粒子做功之比為1∶2∶4
答案 B
3.如圖所示，水平放置的A、B兩平行金屬板相距為h，上板A帶正電現(xiàn)有一質(zhì)量為m，帶電荷量為+q的小球，在B板下方距離B板H處，以初速v0豎直向上從B板小孔進(jìn)入板間電場.欲使小球剛好能到A板，則A、B間電勢差UAB______.
答案:
收
獲
疑
問