1.9 《帶電粒子在電場中的運動》導學案





【學習目標】


1、理解帶電粒子在電場中的運動規(guī)律，并能分析解決加速和偏轉(zhuǎn)方向的問題．


2、知道示波管的構(gòu)造和基本原理。


【重點難點】


運用電學知識和力學知識綜合處理偏轉(zhuǎn)問題


【學法指導】


認真閱讀教材，觀察教材插圖，體會分析帶電粒子在電場中運動的方法；理解示波管的工作原理


【知識鏈接】


1、牛頓第二定律的表達式是


2、動能定理的表達式是


3、（1）平拋運動的特點：速度沿 方向，受 力作用，受力方向與速度方向


，運動軌跡為拋物線。


（2）處理平拋運動的方法：分解為水平方向的 ，豎直方向的


（3）運動規(guī)律：經(jīng)過時間，


速度關(guān)系：VX= Vy= V合=


速度偏轉(zhuǎn)角正切值tanθ=


位移關(guān)系：x= y=


【學習過程】


一、帶電粒子的受力特點


1、對于基本粒子，如電子、質(zhì)子、α粒子、正負離子等，除有說明或明確的暗示以外，在電場中運動時均不考慮重力。（但并不忽略質(zhì)量）


2、對于宏觀帶電體，如液滴、小球、塵埃等，除有說明或明確的暗示以外，必須考慮重力。





二、帶電粒子的加速


例1 圖為兩個帶小孔的平行金屬板，板間電壓為U，一帶電粒子質(zhì)量為m、電荷量為－q，從左孔以初速度V0進入板間電場，最終從右孔射出。不計粒子重力。求：粒子從右孔射出時的速度V ？


U


－+


（1）由動力學知識求解（先求加速度，再根據(jù)運動學公式求V）


（2）由功能關(guān)系求解。（動能定理）


（3）比較兩種解法有什么不同？








思考：若粒子初速度為零，則從左孔進入，到右孔的速度是多少？








嘗試應用1：


1、如上圖，氫核（）、氘核（）、氚核（）分別由左孔由靜止釋放，后由右孔射出，則：


⑴ 射出時的動能之比為________________


⑵ 射出時的速度之比為________________


三、帶電粒子的偏轉(zhuǎn)


如果帶電粒子垂直電場方向進入勻強電場，受力有什么特點？會做什么運動呢？（不計重力）





例2 如圖，平行板間電壓為U，板間距離為d，板長為L1。一帶電粒子質(zhì)量為m，電荷量為q，以初速度v0垂直于場強方向射入電場中，離開電場中沿直線打在光屏上。光屏到平行板近端的距離為L2。不計粒子重力。求


v0


θ


y


y′


L2


L1


（1）粒子在電場中運動的時間。


（2）圖中的偏轉(zhuǎn)距離y 。[來源]


（3）速度的偏轉(zhuǎn)角θ 的正切值。


（4）光屏上對應偏距y′（選做）。











[來源:ZXXK]














嘗試應用2：


2、如上圖，兩質(zhì)子分別以速度 v 和 2v 垂直場強方向射入同一勻強電場中，則兩質(zhì)子


⑴ 在電場中運動時間之比為_______


⑵ 離開電場時沿場強方向偏移的距離之比為________





【訓練測試】


1．一帶電粒子在電場中只受電場力作用時，它不可能出現(xiàn)的運動狀態(tài)是( )


A．勻速直線運動 B．勻加速直線運動


C．勻變速曲線運動 D．勻速圓周運動


2．如圖所示，在場強為E，方向水平向右的勻強電場中，A、B為一豎直線上的兩點，相距為L，外力F將質(zhì)量為m，帶電量為－q的微粒，從A點勻速移到B點，重力不能忽略，則下面說法中正確的是( )





A．外力的方向水平


B．外力的方向豎直向上


C．外力的大小等于qE＋mg


D．外力的大小等于eq \r((qE)2＋(mg)2)


3．平行板間加如圖(a)所示周期變化的電壓，重力不計的帶電粒子靜止在平行板中央，從t＝0時刻開始將其釋放，運動過程無碰板情況．如圖(b)中，能定性描述粒子運動的速度圖象正確的是( )[來源:ZXXK]


[來源:學_科_網(wǎng)Z_X_X_K]





4．(2009·濟南模擬)如圖所示，質(zhì)子(eq \\al(1,1)H)和α粒子(eq \\al(4,2)He)，以相同的初動能垂直射入偏轉(zhuǎn)電場(粒子不計重力)，則這兩個粒子射出電場時的側(cè)位移y之比為( )





A．11 B．12


C．21 D．14


5．如圖所示，一電荷量為＋q，質(zhì)量為m的帶電粒子以初速度為v0，方向與極板平行射入一對平行金屬板之間．已知兩極板的長度l，相距為d，極板間的電壓為U，試回答下列問題．(粒子只受電場力作用且上極板帶正電)





(1)粒子在電場中所受的電場力的大小為________，方向__________，加速度大小為__________，方向________．


(2)粒子在x方向上做________運動，在電場中的運動時間為________．


(3)粒子在y方向上做________運動，離開電場時，在y方向上偏離的距離為________．當其他條件不變，d增大時偏離距離將________．


(4)粒子離開電場時，在y方向上的分速度為________，如果偏轉(zhuǎn)的角度為θ，那么tanθ＝________.當其他條件不變，U增大時θ角將________





【參考答案】


1．答案：A


解析：因為粒子只受到電場力的作用，所以不可能做勻速直線運動．


2．答案：D


解析：分析微粒受力，重力mg、電場力qE、外力F，由于微粒作勻速運動，三個力的合力為零，外力的大小和重力與電場力的合力大小相等．


F＝eq \r((qE)2＋(mg)2)


F的方向應和重力與電場力的合力方向相反，選項D正確．


3．答案：A


解析：粒子在第一個eq \f(T,2)內(nèi)，做勻加速直線運動，eq \f(T,2)時刻速度最大，在第二個eq \f(T,2)內(nèi)，電場反向，粒子做勻減速直線運動，到T時刻速度為零，以后粒子的運動要重復這個過程．[來源:]


4．答案：B


解析：由y＝eq \f(1,2) eq \f(Eq,m) eq \f(L2,v\\al(2,0))和Ek0＝eq \f(1,2)mveq \\al(2,0)，得：y＝eq \f(EL2q,4Ek0)可知，y與q成正比，B正確．


5．答案：(1)eq \f(qU,d) 垂直v0方向向下 eq \f(qU,md) 垂直v0方向向下 (2)勻速直線 eq \f(l,v0)


(3)初速度為零的勻加速直線 eq \f(ql2,2mv\\al(2,0)d)U 減小


(4)eq \f(ql,mv0d)U eq \f(ql,mv\\al(2,0)d)U 增大





【學習反思】


分析處理帶電粒子在電場中偏轉(zhuǎn)的方法是什么？要使粒子在電場中的側(cè)移量變大，可采取哪些措施？[來源:學*科*網(wǎng)]





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9 帶電粒子在電場中的運動

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