19带电粒子在电场中的运动

2015年下学期醴陵四中高二物理选修3-1导学案编号1-09编写：孔淑梅审核：刘醴湘19、带电粒子在电场中的运动姓名班级完成率书写正确率学习目标:1、学习运用力与运动关系、功能关系求解带电粒子在电场中运动问题的方法；2、重点掌握初速度与场强方向垂直的带电粒子在匀强电场中的运动规律。3、知道示波管的主要构造和工作原理，体会静电场知识对科学技术的影响。学习重点、难点：带电粒子在电场中的加速和偏转规律，带电粒子在电场中的偏转问题及应用。学时安排：两课时学习过程：第1课时带电粒子在电场中的加速一、独学文本，初步感知请同学们在阅读教材并查阅相关知识的基础上解决以下问题：1．带电粒子沿电场线方向进入匀强电场中，若忽略带电粒子的重力，则粒子所受的合外力为，其方向与粒子的运动方向在，且电场力是恒力，所以带电粒子做。2．应用牛顿运动定律求解带电粒子加速问题：根据带电粒子受到电场力，用牛顿第二定律找出加速度，结合运动学公式确定带电粒子的速度、位移等。这种方法通常适用于受恒力作用下作运动。问题1、如图1所示，真空中有一对平行金属板，两板间距离为d，电势差为U。质量为m带正电荷q的粒子，在静电力作用下由静止开始从正极板向负极板运动。（1）分析粒子受力情况，判断粒子做何种运动？（2）求粒子在电场中的运动时间、粒子到达负极板时的速度。二、互学解疑，习得方法（一）带电粒子的加速问题2、从功能关系的角度来求解问题1。（1）带电粒子从正极板运动到负极板的过程中，静电力对它做的功是：（2）设粒子到达负极板时的速率为v，则根据动能定理建立的功能关系是：（3）粒子到达负极板的速度为：思考1：在问题2中，两块金属板间的电场是匀强电场。如果两极板是其它形状，中间的电场不再均匀，上面的求解方法是否仍然适用？为什么？思考2：在问题2中，若带电粒子的初速度为v0，则到达负极板时的速度是多大？Uq图12015年下学期醴陵四中高二物理选修3-1导学案编号1-09编写：孔淑梅审核：刘醴湘2方法归纳：（1）关于带电粒子的重力是否可以忽略的处理方法：（2）应用功能关系解决带电粒子加速运动问题的要点：变式题1、（课本P39问题与练习1）真空中有一对平行金属板，相距6.2cm，两板电势差为90V。二价的氧离子由静止开始加速，从一个极板到达另一个极板时，动能是多大？（1）这个问题有哪几种解法？请分别说出其思路和方法。（2）请用最简单的方法求解变式2、让原来静止的氢核、氘核、氚核的混合物经同一电场加速后，则三个粒子（）A、获得的速度相同B、获得的动能相同C、在电场中的运动时间相同.D、在电场中的加速度相同三、迁移运用，巩固提高1、炽热的金属丝可以发射电子。在金属丝和金属板之间加以U=180V的电压，发射出的电子在真空中加速后，从金属板的小孔中穿出。电子穿出时的速度有多大？（设电子刚离开金属丝时速度为零）e=1.6x10-19cm=0.9x10-30Kg2、下列粒子从初速度为零的状态经过电压为U的电场后，速度最大的是（）A、质子B、电子C、氦核D、钠离子3、如图2，电子由静止开始从A板向B板运动，保持两板间的电压不变，当增大两板间的距离时，电子到达B板时的（）A、速度增大B、动能增大C、加速度增大D、时间增大4、上题中，如果是一个质子（质量为m，带电量e）沿水平方向以初速度v0从A板小孔飞入真空中两带电平行板产生的电场中。则（1）质子将如何运动？（2）如质子能从B孔飞出，两板间的电势差U不能超过多高？5、课本P39问题与练习2e图2UAB2015年下学期醴陵四中高二物理选修3-1导学案编号1-09编写：孔淑梅审核：刘醴湘3第2课时带电粒子在电场中的偏转一、独学文本，初步感知：请同学们在阅读教材并查阅相关知识的基础上解决以下问题：问题1、如图3所示，在真空中水平放置一对金属板Y和Y’，两板与电源相接，中间形成匀强电场。现有一带负电的粒子（不计重力），沿水平方向从左侧射入电场，从电场的右侧射出。（1）分析粒子受力情况，画出受力分析图。（2）根据粒子受力情况及初始运动状态，判断粒子将做怎样的运动？请在图中大致画出其运动轨迹。（3）根据粒子的受力情况和运动情况，如果要求出粒子穿过电场的时间t和穿过电场时的速度v，你认为解决问题的思路和方法是什么？二、互学解疑，习得方法（二）带电粒子在电场中的偏转问题2、（课本P34例2）问题3、如图4，真空中炽热的金属丝发射的电子经过电压为U1的加速电场后，接着从金属板A中心的小孔飞入电压为U2的竖直方向的偏转电场，偏转场两金属板间的距离是d。设电子刚刚离开金属丝时速度为零。求：（1）电子刚进入A板小孔时的速度多大?（2）电子沿竖直方向偏转的角度多大？（3）电子射出偏转场时沿竖直方向偏移多大距离？v0YY’图3U1U2A图42015年下学期醴陵四中高二物理选修3-1导学案编号1-09编写：孔淑梅审核：刘醴湘4（三）示波管的原理问题4：如图4为示波管工作原理示意图，电子经过电压U1加速后，垂直进入电压为U2的偏转电场，偏转场极板长为L，板间距离为d，电子离开电场时的偏转量为y。用每单位偏转电压引起的偏转量2Uy表示示波管的灵敏度。为提高灵敏度，可采取的方法是（）A、增大偏转电压U2B、减小偏转电极板的长度LC、增大加速电压U1D、减小偏转电极板的间距d三、迁移运用，巩固提高1、课本P39“问题与练习”题32、课本P39“问题与练习”题43、课本P39“问题与练习”题54、如图5所示，空间有一水平方向的匀强电场，场强为E。有一带电油滴以竖直向上的初速度v0自M点飞入电场，到达N点时，速度方向恰好变为水平，大小等于初速v0。试求：（1）油滴从M点到N点的时间t．（2）M、N两点间的电势差UMN．v0v0MNE图5