高中物理人教必修三10.5 帶電粒子在電場中的運(yùn)動(dòng)學(xué)案

1、帶電粒子在電場中的運(yùn)動(dòng)【學(xué)習(xí)目標(biāo)】1理解帶電粒子在電場中的運(yùn)動(dòng)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。3通過帶電粒子在電場中加速、偏轉(zhuǎn)過程分析，培養(yǎng)學(xué)生的分析、推理能力。4通過知識(shí)的應(yīng)用，培養(yǎng)學(xué)生熱愛科學(xué)的精神?！緦W(xué)習(xí)重點(diǎn)】帶電粒子在勻強(qiáng)電場中的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。【學(xué)習(xí)難點(diǎn)】綜合應(yīng)用力學(xué)和電學(xué)知識(shí)處理偏轉(zhuǎn)問題?！緦W(xué)習(xí)過程】一、自主學(xué)習(xí)（一）帶電粒子在電場中的的平衡問題1基本粒子的受力特點(diǎn)：對于質(zhì)量很小的基本粒子，如電子、質(zhì)子等，它們受到重力的作用一般_靜電力，故可以_。2問題思考問題1：水平放置的兩平行金屬板間有一勻強(qiáng)電場，已知板間距離為d=5cm，有一質(zhì)量為m=1.01

2、0-9kg、帶負(fù)電的液滴懸浮其中，其電荷量為5.010-12C，要使液滴處于靜止?fàn)顟B(tài)，兩極板間應(yīng)加多大的電勢差？哪塊極板的電勢較高？（二）帶電粒子的加速1問題思考問題2：如圖，兩平行極板之間的距離為d，板間存在場強(qiáng)為E的勻強(qiáng)電場，有一電荷量為e，質(zhì)量為m的電子，從左側(cè)極板附近由靜止加速，求：電子的加速度、到達(dá)右側(cè)極板時(shí)的速度及所需時(shí)間。問題3：如圖，兩平行極板之間的距離為d，板間電壓為U，有一電荷量為e，質(zhì)量為m的電子，從左側(cè)極板附近由靜止加速，求：電子的加速度、到達(dá)右側(cè)極板時(shí)的速度及所需時(shí)間。問題4：如圖，兩平行極板之間的距離為d，板間電壓為U，有一電荷量為e，質(zhì)量為m的電子，以初速度為v0

3、從左側(cè)極板附近加速，求：電子的加速度和到達(dá)右側(cè)極板時(shí)的速度。2規(guī)律總結(jié)：（1）帶電粒子在電場加速(直線運(yùn)動(dòng))條件：只受電場力作用時(shí)，初速度為零或與電場力方向相同。（2）分析方法：動(dòng)能定理。（3）結(jié)論：初速度為零，帶電荷量為q，質(zhì)量為m的帶電粒子， 過電勢差為U的電場加速后，獲得的速度為_。3深入探究：（1）結(jié)合牛頓第二定律及動(dòng)能定理中做功條件（W=Fscos恒力（2）若初速度為v0（不等于零），推導(dǎo)最終的速度表達(dá)式。（三）帶電粒子的偏轉(zhuǎn)1問題思考問題5：如圖所示，電子以初速度v0垂直于電場線射入勻強(qiáng)電場中，兩極板之間的電壓為U，板長為l，板間距離為d，電子電荷量為e，質(zhì)量為m，初速度為v0水平

4、向右，電子能從極板右側(cè)打出。問題討論：分析電子的受力情況。你認(rèn)為這種情境同哪種運(yùn)動(dòng)類似，這種運(yùn)動(dòng)的研究方法是什么?你能類比得到帶電粒子在勻強(qiáng)電場中運(yùn)動(dòng)的研究方法嗎?求：電子在射出電場時(shí)豎直方向上的偏轉(zhuǎn)距離。電子在離開電場時(shí)的速度偏轉(zhuǎn)角的正切值。2規(guī)律總結(jié)：（1）運(yùn)動(dòng)性質(zhì)沿初速度方向：速度為v0的_。垂直v0的方向：初速度為_，加速度為_的勻加速直線運(yùn)動(dòng)。（2）運(yùn)動(dòng)規(guī)律偏移距離：因?yàn)閠=_，a=_，所以偏移距離y=_偏轉(zhuǎn)角度：因?yàn)関y=_，所以tan3拓展拓展1：如果偏轉(zhuǎn)電壓增大，則電子的偏轉(zhuǎn)位移和偏轉(zhuǎn)角如何變化？如果偏轉(zhuǎn)電場的上極板帶負(fù)電，下極板帶正電，電子又會(huì)往哪兒偏？如果偏轉(zhuǎn)電場的兩極板如

5、圖示豎直放置，電子會(huì)如何偏轉(zhuǎn)呢？拓展2電子從靜止開始經(jīng)加速電壓U1加速后，沿垂直于電場線方向射入兩平行板中央，如何處理這種先加速后偏轉(zhuǎn)的問題？（四）示波管（1）示波器：用來觀察電信號(hào)隨時(shí)間變化的電子儀器。其核心部分是示波管。（2）示波管的構(gòu)造及原理例題：已知加速電壓U1、極板長l、YY偏轉(zhuǎn)電極的電壓U求：電子射出偏轉(zhuǎn)電場時(shí)的偏向角正切值tan及打到屏上電子的偏移量y（3）常見波形三、鞏固練習(xí)1如圖所示，?、?是在真空中豎直放置的兩塊平行金屬板，質(zhì)量為?、電量為+?的質(zhì)子，以極小的初速度由小孔進(jìn)入電場，當(dāng)?、?間電壓為?時(shí)，粒子到達(dá)?板的速度為?，如果要使這個(gè)帶電粒子到達(dá)?板的速度為2?，則下述

6、方法能滿足要求的是（ ）A、使?、?間電壓增加為2?B、使?、?間電壓增加為4?C、使?、?間電壓不變，距離減半D、使?、?間電壓不變，距離加倍2氫的三種同位素氕、氘、氚的原子核分別為11H、12H、A氕核 B氘核 C氚核 D一樣大3如圖所示，電子在電勢差為U1的電場中加速后，垂直進(jìn)入電勢差為U2的偏轉(zhuǎn)電場，在滿足電子能射出的條件下，下列四種情況中，一定能使電子的偏轉(zhuǎn)角AU1變大、UBU1變小、U2CU1變大、UDU1變小、U4.（多選）如圖，二價(jià)氦離子和質(zhì)子的混合體，經(jīng)同一加速電場加速后垂直射入同一偏轉(zhuǎn)電場中，偏轉(zhuǎn)后打在同一熒光屏上，則它們（ ）A側(cè)移相同B偏轉(zhuǎn)角相同C到達(dá)屏上同一點(diǎn)D到達(dá)屏

7、上不同點(diǎn)5如圖所示，水平安放的A、B兩平行板相距h，上板A帶正電，現(xiàn)有質(zhì)量m，帶電量為+q的小球，在B板下方距離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=_。6質(zhì)子11H和粒子24He在勻強(qiáng)電場中由靜止開始加速，通過相同位移時(shí)，它們的動(dòng)能比為7一個(gè)電子以3.2106m/s的初速度沿電場線方向射入勻強(qiáng)電場，在電場中飛行了9.110-7s后開始返回，則勻強(qiáng)電場的場強(qiáng)大小為_，電子在勻強(qiáng)電場中從進(jìn)入到返回原處所通過的路程為_。8粒子和質(zhì)子以相同速度垂直于電場線進(jìn)入兩平行板間勻強(qiáng)電場中，設(shè)都能飛出電場，則它們離開勻強(qiáng)電場時(shí)，側(cè)向位移之比y:yH=_9如圖所示，水平平行金屬板A、B間距為d，帶電質(zhì)點(diǎn)質(zhì)量為m，電荷量為q，當(dāng)質(zhì)點(diǎn)以速率v從兩極板中央處于水平飛入兩極間，兩極不加電壓時(shí)，恰好從下板邊緣飛出，若