1、课题 1.9 带电粒子在电场中的运动学习目标1通过预习了解带电粒子在电场中的运动只受电场力，带电粒子做匀变速运动。2通过讨论和分析重点掌握初速度与场强方向垂直的带电粒子在电场中的运动(类平抛运动)。3 通过阅读知道示波管的主要构造和工作原理。学习重、难点重点：带电粒子在电场中的加速和偏转规律 难点：带电粒子在电场中的偏转问题及应用。学法指导 通过简化过程分步骤解决问题。课前预习一、带电粒子的加速1带电粒子：对于质量很小的带电粒子，如电子、质子等，虽然它们也会受到万有引力(重力)的作用，但一般来说_静电力，可以忽略2带电粒子被加速：在匀强电场 E 中，被加速的粒子电荷量为 q，质量为 m，从静止
2、开始加速的距离为 d，加速后的速度为 v，这些物理量间的关系满足_：qEd mv2.在非匀强电场中，若粒子运动的12初末位置的电势差为 U，动能定理表达为：_.一般情况下带电粒子被加速后的速度可表示成：v .2qUm二、带电粒子的偏转带电粒子的电荷量为 q，质量为 m，以初速度 v0垂直电场线射入两极板间的匀强电场板长为 l、板间距为d，两极板间的电势差为 U.1粒子在 v0的方向上做_直线运动，穿越两极板的时间为：_.2粒子在垂直于 v0的方向上做初速度_的_速直线运动：加速度为：a .qUdm粒子离开电场时在电场方向上偏离原射入方向的距离称为_距离，用 y 表示，离开电场时速度方向跟射入时
3、的初速度方向的夹角称为_，用 表示偏移距离为：y at2_，偏转角： tan 12 _.vv0三、示波管的原理1示波管的构造：示波管是一个真空电子管，主要由三部分组成，分别是：_、两对_和_2示波管的基本原理：电子在加速电场中被_，在偏转电场中被_预习评价1下列粒子从静止状态经过电压为 U 的电场加速后，速度最大的是( ) A质子( H) B氘核(1H)21C 粒子( He) D钠离42子(Na )2. 如图 5 所示，两平行金属板相距为 d，电势差为 U，一电子质量为 m，电荷量为 e，从 O 点沿垂直于极板的方向射出，最远到达 A 点，然后返回，如图所示，h，此电子具有的初动能是( )OA
4、图 5A. BedUh C. edhU eUdhD.eUhd3有一束正离子，以相同速率从同一位置进入带电平行板电容器的匀强电场中，所有离子的运动轨迹一样，说明所有离子( )A具有相同的质量B具有相同的电荷量C具有相同的比荷D属于同一元素的同位素4. 长为 L 的平行金属板电容器，两板间形成匀强电场，一个带电荷量为q，质量为 m 的带电粒子，以初速度v0紧贴上极板沿垂直于电场线方向射入匀强电场中，刚好从下极板边缘射出，且射出时速度方向恰好与下板成30角，如图 6 所示，求匀强电场的场强大小和两极板间的距离图 6课堂学习流程设计用案人自我创新【课程导学】一、带电粒子的加速问题情境 带电粒子在电场中
5、受静电力作用，我们可以利用电场来控制粒子，使它加速或偏转直线加速器就是在真空金属管中加上高频交变电场使带电粒子获得高能的装置(如图 1 所示)，它能帮助人们更深入地认识微观世界你知道它的加速原理吗？图 11带电粒子在电场中受哪些力作用？重力可以忽略吗？2带电粒子进入电场后一定沿直线加速吗？沿直线加速(或减速)需要什么条件？3有哪些方法可以处理带电粒子的加速问题？要点提炼1带电粒子：质量很小的带电体，如电子、质子、 粒子、离子等，处理问题时它们的重力通常忽略不计(因重力远小于电场力)2带电微粒：质量较大的带电体，如液滴、油滴、尘埃、小球等，处理问题时重力不能忽略3粒子仅在静电力作用下运动，所以静
6、电力做的功等于_，即 WqU mv2得 v_.12二、带电粒子的偏转问题情境1带电粒子以初速度 v0垂直电场方向射入匀强电场，不计重力作用，它的受力有什么特点？2它的运动规律与什么运动相似？3推导粒子离开电场时沿垂直于极板方向的偏移量和偏转的角度要点提炼1处理方法：应用运动的合成与分解知识分析处理，一般将匀变速曲线运动分解为：沿初速度方向的_和沿电场力方向的初速度为_的匀加速直线运动2基本关系：Error!3导出关系：(1)粒子离开电场时的侧移位移为：yql2U2mv20d(2)粒子离开电场时的偏转角 tan vyv0 qlUmv20d三、示波器原理问题情境1示波管主要由哪几部分构成？2电子枪
7、和偏转电极分别利用了本节哪一部分的知识？3回答课本“思考与讨论”部分的问题【范例精析】例 1 如图 2 所示，在点电荷Q 激发的电场中有 A、B 两点，将质子和 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？图 2解析 质子和 粒子都是正离子，从 A 点释放将受电场力作用加速运动到 B 点，设 A、B 两点间的电势差为 U，由动能定理有：对质子： mHv q HU，对 粒12 2H子： m v q U.12 2所以 .vHv qHmq mH 1421 21答案 12点拨 (1)要知道质子和 粒子是怎样的粒子，qHe，q 2e，m Hm，m 4m；(2)该电场为非匀强电场
8、，带电粒子在 A、B 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 WqU 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变式训练 1 如图 3 所示，电子由静止开始从 A 板向 B板运动，到达 B 板的速度为 v，保持两板间的电压不变，则( )图 3A当增大两板间的距离时，速度 v 增大B当减小两板间的距离时，速度 v 减小C当减小两板间的距离时，速度 v 不变D当减小两板间的距离时，电子在两板间运动的时间增大答案 C解析 由动能定理得 eU mv2.当改变两板间的距离时，12U 不变，v 就不变，故 A、 B 项错误，
9、C 项正确；粒子做初速度为零的匀加速直线运动， ， ，即vdt v2 dtt ，当 d 减小时，电子在板间运动的时间变小，2dv故 D 选项不正确例 2 一束电子流在经 U5 000 V 的加速电场加速后，在距两极板等距处垂直进入平行板间的匀强电场，如图 4 所示若两板间距 d1.0 cm，板长 l5.0 cm，那么，要使电子能从平行板间飞出，两个极板上最多能加多大电压？图 4解析 设极板间电压为 U时，电子能飞出平行板间的偏转电场加速过程，由动能定理得： eU mv . 12 20进入偏转电场，电子在平行于板面的方向上做匀速运动： l v0t. 在垂直于板面的方向做匀加速直线运动，加速度：a
10、 ， Fm eUdm偏转距离： y at2, 12能飞出的条件为： y . d2解式得：U V 400 V.2Ud2l2 25 000 10 2 2 510 2 2答案 400 V变式训练 2 试证明：(1)粒子从偏转电场射出时，其速度 v 的反向延长线过水平位移的中点答案 作粒子速度的反向延长线，设交于 O 点，O 点与电场边缘的距离为 x，则 x ytan qUl22dmv20 dmv20qUl，即粒子从偏转电场射出时，其速度 v 的反向延长l2线过水平位移的中点，如图所示达标检测A 类1下列粒子从初速度为零的状态经过电压为 U 的电场加速后，粒子速度最大的是( )A质子 B氘核C 粒子
11、D钠离子 Na2有一束正离子，以相同速率从同一位置进入带电平行板电容器的匀强电场中，所有离子运动轨迹一样，说明所有离子( )A具有相同质量 B具有相同电荷量C具有相同的比荷 D属于同一元素同位素3一带电粒子在电场中只受静电力作用时，它不可能出现的运动状态是( )A匀速直线运动 B匀加速直线运动C匀变速曲线运动 D匀速圆周运动4平行板间有如图所示周期变化的电压不计重力的带电粒子静止在平行板中央，从 t0 时刻开始将其释放，运动过程无碰板情况下图中，能定性描述粒子运动的速度图象正确的是( )5电子经电压为 U1的加速电场后以速度 v0垂直进入偏转电场，离开电场时的偏转量是h，两平行板间的距离为 d
12、，电势差 U2，板长 L，为了提高示波管的灵敏度(每单位电压引起的偏转量 h/U2)可采取的方法是( )A增大两板间电势差 U2B尽可能使板长 L 短些C尽可能使板间距离 d 小一些D使加速电压 U1升高一些6如图所示，电子由静止开始从 A 板向 B 板运动，当到达 B 板时速度为 v，保持两板电压不变，则( )A当增大两板间距离时， v 增大B当减小两板间距离时， v 减小C当改变两板间距离时， v 不变D当增大两板间距离时，电子在两板间运动的时间增大7.一平行板电容器中存在匀强电场，电场沿竖直方向两个比荷(即粒子的电荷量与质量之比)不同的带正电的粒子 a 和 b，从电容器边缘的 P 点(如图所示)以相同的水平速
