(人教版)物理选修【3-1】：1.9《带电粒子在电场中的运动》导学案(含答案)

第九节带电粒子在电场中的运动课前篇（学会自主学习——不看不清）【学习目标】1．掌握带电粒子在电场中加速和偏转所遵循的规律．2．知道示波管的主要构造和工作原理．【知识储备】1．动能定理的内容及表达式：2．求电场力做功的方法：【自主预习】1．带电粒子沿电场线方向进入匀强电场后，由于电场力方向与粒子的运动方向在，且电场力是恒力，所以带电粒子只能做．2．带电粒子的偏转（限于匀强电场）v垂直于电场线方向飞入匀强电场时，由于电场力方向①运动状态分析：带电粒子以速度与粒子的初速方向垂直，且电场力是恒力，所以带电粒子只能做．②粒子偏转问题的分析处理方法类似于平抛运动的分析处理，即应用运动的合成和分解的知识方法：（已知极板长l，两极板间的距离为d，电势差为U；带电粒子的质量为m，电荷量为q）t．沿初速度方向为匀速直线运动，运动时间=a．沿电场力方向为初速度为零的匀加速直线运动，加速度=3．示波管的结构如图，示波管主要由、和三部分组成．管内抽成，电子枪通电后发射，电子在Array电场作用下被加速，然后进入电场．偏转电极一般有相互的两组，一组控制偏转，一组控制偏转．电子经过偏转电场后打到荧光屏上使荧光粉发光．【我的困惑】课上篇（学会合作交流——不议不明）【要点突破】1．带电粒子2．带电粒子的加速3．带电粒子的偏转4． 示波管的原理【典例剖析】【例1】如图所示，水平放置的A 、B 两平行板相距h ，上板A 带正电，现有质量为m 、带电量为+q 的小球在B 板下方距离B 板为H 处，以初速υ0竖直向上从B 板小孔进入板间电场，欲使小球刚好打到A 板，A 、B 间电势差为多少？【例2】如图所示，两个相同的极板Y 与Y ，的长度cm l 0.6=，相距cm d 2=，极板间的电压V U 200=．一个电子沿平行于板面的方向射入电场中，射入时的速度s m v /100.370⨯=．把两极板间的电场看做匀强电场，求电子射出电场时沿垂直于板面方向偏移的距离y 和偏转的角度θ．【例3】如图所示，电子在电势差为U 1的加速电场中由静止开始运动，然后射入电势差为U 2的两块平行极板间的偏转匀强电场中，在满足电子能射出平行极板区的条件下，下述四种情况中，一定能使电子的偏转角θ变大的是（ ）A ．U 1变大、U 2变大B ．U 1变小、U 2变大C ．U 1变大、U 2变小D ．U 1变小、U 2变小 【达标检测】 1．如图所示，M 和N 是匀强电场中的两个等势面，相距为d ，电势差为U ．一质量为m(不计重力)、电荷量为-q 的粒子，以速度v 0通过等势面M 射入两等势面之间，此后穿过等势面N 的速率应是( )A ．m 2qUB ．m 2qU v 0+C ．m 2qU v 20+D ．m 2qU v 20-U 1 U 2 υ0 ． A B2．关于带电粒子(不计重力)在匀强电场中的运动情况，下列说法正确的是( )A ．一定是匀变速运动B ．不可能做匀减速运动C ．一定做曲线运动D ．可能做匀变速直线运动，不可能做匀变速曲线运动3．如图所示，在P 板附近有一电子由静止开始向Q 板运动，则关于电子到达Q 板时的速度，下列说法正确的是( )A ．两板间距离越大，加速的时间就越长，获得的速度就越大B ．两板间距离越小，加速度就越大，获得的速度就越大C ．与两板间距离无关，仅与加速电压有关D ．以上说法均不正确4．电子以初速度v 0沿垂直场强方向射入两平行金属板中间的匀强电场中，现增大两板间的电压，但仍能使电子穿过该电场．则电子穿越平行板间的电场所需时间( )A ．随电压的增大而减小B ．随电压的增大而增大C ．与电压的增大无关D ．不能判定是否与电压增大有关5．如图所示，一个电子(电荷量为-e ，质量为m)以速度v 0从A 点沿着电场线方向射入场强为E 的匀强电场中，到达B 点时速度恰为零，求在此过程中，（1）电子的电势能的增量；（2）A 、B 两点的电势差；（3）A 、B 两点的距离．6．如图所示，匀强电场的宽度为d ，电子以速率V 0沿垂直于场强方向穿越匀强电场，偏角θ= 600，电子的电荷量为－e ，质量为m ，求：⑴电子在场强方向的侧移； ⑵匀强电场的场强大小．课后篇（学会应用与拓展——不练不通）1．如图所示，有三个质量相等，分别带正电，负电和不带电的小球，从上、下带电平行金属板间的P 点．以相同速率垂直电场方向射入电场，它们分别落到A 、B 、C 三点，则（ ）A ．A 带正电、B 不带电、C 带负电B ．三小球在电场中运动时间相等C ．在电场中加速度的关系是a C >a B >a AD ．到达正极板时动能关系E A >E B >E C2．带电粒子经加速电场加速后垂直进入两平行金属板间的偏转电场，要使它离开偏转电场时偏转角增大，可采用的方法有（ ）A 、增加带电粒子的电荷量B 、增加带电粒子的质量C、增高加速电压D、增高偏转电压3．(2011年广东省实验中学高二月考)如图所示，一电子枪发射出的电子(初速度很小，可视为零)进入加速电场加速后，垂直射入偏转电场，射出后偏转位移为y，要使偏转位移增大，下列哪些措施是可行的(不考虑电子射出时碰到偏转电极板的情况)( )A．增大偏转电压UB．减小加速电压U0C．增大偏转电场的极板间距离dD．将发射电子改成发射负离子4． (2010年济南市高二质检)如图所示，在水平向右的匀强电场中的A点，有一个质量为m、带电荷量为－q的油滴以速度v竖直向上运动．已知当油滴经过最高点B时，速度大小也为v．求场强E的大小及A、B两点间的电势差．。

1.9 带电粒子在电场中的运动 班级 姓名 ， 1课时 使用时间一.学习目标1．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．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知道示波管的主要构造和工作原理。

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。

二、自学检测一、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 ＝12mv 2.在非匀强电场中，若粒子运动的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 ＝2qU m. 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v 0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v 0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v 0的方向上做初速度__________的________速直线运动：加速度为：a ＝qU dm. 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的初速度方向的夹角称为__________，用θ表示．偏移距离为：y ＝12at 2＝__________，偏转角：tan θ＝v ⊥v 0＝__________. 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________．三、合作探究任务一、带电粒子的加速带电粒子在电场中受静电力作用，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，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？1．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？[归纳小结]1．带电粒子：质量很小的带电体，如电子、质子、α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，所以静电力做的功等于________，即W ＝qU ＝12mv 2得v ＝__________.任务二、带电粒子的偏转[问题情境]1．带电粒子以初速度v 0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．[归纳小结]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：⎩⎪⎨⎪⎧ v x ＝v 0 x ＝v 0初速度方向v y ＝at y ＝12at 2电场线方向3．导出关系：(1)粒子离开电场时的侧移位移为：y ＝ql 2U 2mv 0d(2)粒子离开电场时的偏转角tan θ＝v y v 0＝qlU mv 20d任务三、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．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α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？例2一束电子流在经U ＝5 000 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d ＝1.0 cm ，板长l ＝5.0 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【当堂检测】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(11H)B ．氘核(21H)C ．α粒子(42He)D ．钠离子(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，OA＝h ，此电子具有的初动能是( ) A .edh U B ．edUh C .eU dh D .eUh d3．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v 0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．。

19 《带电粒子在电场中的运动》导案【习目标】1、解带电粒子在电场中的运动规律，并能分析解决加速和偏转方向的问题．2、知道示波管的构造和基本原。

【重点难点】运用电知识和力知识综合处偏转问题【法指导】认真阅读教材，观察教材插图，体会分析带电粒子在电场中运动的方法；解示波管的工作原【知识链接】1、牛顿第二定律的表达式是2、动能定的表达式是3、（1）平抛运动的特点：速度沿方向，受力作用，受力方向与速度方向，运动轨迹为抛物线。

（2）处平抛运动的方法：分解为水平方向的，竖直方向的（3）运动规律：经过时间，速度关系：V= V y= V合=速度偏转角正切值θ=位移关系：= y= 【习过程】一、带电粒子的受力特点1、对于基本粒子，如电子、质子、α粒子、正负离子等，除有说明或明确的暗示以外，在电场中运动时均不考虑重力。

（但并不忽略质量）2、对于宏观带电体，如液滴、小球、尘埃等，除有说明或明确的暗示以外，必须考虑重力。

二、带电粒子的加速例1 图为两个带小孔的平行金属板，板间电压为U ，一带电粒子质量为、电荷量为－q ，从左孔以初速度V 0进入板间电场，最终从右孔射出。

不计粒子重力。

求：粒子从右孔射出时的速度V ？（1（2）由功能关系求解。

（动能定） （3）比较两种解法有什么不同？思考：若粒子初速度为零，则从左孔进入，到右孔的速度是多少？尝试应用1：1、如上图，氢核（H 11）、氘核（H 21）、氚核（H 31）分别由左孔由静止－+释放，后由右孔射出，则：⑴射出时的动能之比为________________⑵射出时的速度之比为________________三、带电粒子的偏转如果带电粒子垂直电场方向进入匀强电场，受力有什么特点？会做什么运动呢？（不计重力）例2 如图，平行板间电压为U，板间距离为d，板长为L1。

一带电粒子质量为，电荷量为q，以初速度v0垂直于场强方向射入电场中，离开电场中沿直线打在光屏上。

光屏到平行板近端的距离为L2。

带电粒子在电场中的运动【学习目标】要点一 处理带电粒子在电场中运动的两类基本思维程序1．求解带电体在电场中平衡问题的一般思维程序这里说的“平衡”，即指带电体加速度为零的静止或匀速直线运动状态，仍属“静力学”范畴，只是带电体受的外力中多一个静电力而已。

解题的一般思维程序为： （1）明确研究对象。

（2）将研究对象隔离开来，分析其所受全部外力，其中的静电力要根据电荷正、负和电场的方向来判定。

（3）根据平衡条件（F ＝0）列出方程，求出结果。

2．用能量观点处理带电体在电场中的运动对于受变力作用的带电体的运动，必须借助于能量观点处理。

即使都是恒力作用的问题，用能量观点处理也显得简洁。

具体方法常有两种：（1）用动能定理处理的思维程序一般为： ①弄清研究对象，明确所研究的物理过程。

②分析物体在所研究过程中的受力情况，弄清哪些力做功，做正功还是负功。

③弄清所研究过程的始、末状态（主要指动能）。

④根据W ＝ΔE k 列出方程求解。

（2）用包括电势能和内能在内的能量守恒定律处理，列式的方法常有两种： ①从初、末状态的能量相等（即E 1＝E 2）列方程。

②从某些能量的减少等于另一些能量的增加（即ΔE ＝ΔE′）列方程。

要点二 在带电粒子的加速或偏转问题中对粒子重力的处理若所讨论的问题中，带电粒子受到的重力远远小于静电力，即mg ≪qE ，则可忽略重力的影响。

譬如，一个电子在电场强度为4．0×103 V/m 的电场中，它所受到的静电力F ＝eE ＝6．4×10－16N ，它所受的重力G ＝mg ＝9．0×10－30 N （g 取10 N/kg ），F G＝7．1×1013．可见，重力在此问题中的影响微不足道，应该略去不计。

此时若考虑了重力，反而会给问题的解决带来不必要的麻烦，要指出的是，忽略粒子的重力并不是忽略粒子的质量。

反之，若是带电粒子所受的重力跟静电力可以比拟，譬如，在密立根油滴实验中，带电油滴在电场中平衡，显然这时就必须考虑重力了。