高中物理《1.5 帶電粒子在電場中的運動》教案 新人教版選修3-1

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1、高中物理《1.5帶電粒子在電場中的運動》教案新人教版選修3-1【基本內(nèi)容】一、帶電粒子在勻強(qiáng)電場中的平衡1．靜止：帶電粒子在勻強(qiáng)電場中靜止時，如果只受重力和電場力，則電場力的方向為豎直向上；若帶電粒子的質(zhì)量為m，電場的強(qiáng)度為E，則粒子的帶電荷量為mg/E；若粒子帶負(fù)電,場強(qiáng)方向為豎直向下。2．勻速直線運動：帶電粒子在勻強(qiáng)電場中作勻速直線運動，且只受重力和電場力，必有重力等于電場力；設(shè)勻強(qiáng)電場兩極板電壓為U，板間距離為d,帶電粒子的電荷量為+q，則電容器的下極板帶正電荷；帶電粒子的質(zhì)量為mgd/U。二、帶電粒子在電場中的加速3．粒子只受電場力作用：動能增量等于電場力做的

2、功，其動能定理表達(dá)式為上面公式適用于一切電場。三、帶電粒子在勻強(qiáng)電場中的偏轉(zhuǎn)4．運動狀態(tài)分析：通常只分析帶電粒子垂直進(jìn)入勻強(qiáng)電場的情況，且不考慮帶電粒子的重力。此時帶電粒子做“類平拋運動”（勻變速曲線運動）。5．研究方法：運動的合成與分解的方法。以速度v0垂直于電場E方向飛入兩帶電平行板產(chǎn)生的勻強(qiáng)電場時，受到恒定的與初速度方向成直角的電場力作用而做“類平拋運動”。6．運動規(guī)律：（1）沿初速度方向做勻速直線運動：x=v0t;沿電場力方向做初速為零的勻加速直線運動運動：（2上述運動中，粒子的加速度a=F/m=Eq/m=Uq/dm(板間距離為d，電壓為U)；(3)若能射出電

3、場，則運動時間（板長為l），離開電場的側(cè)位移為y=qUl2/2mdv02偏轉(zhuǎn)角tanθ=vy/vx=qUl/wdv02。四、帶電粒子在復(fù)合場中的運動7．分析方法：（1）從力和能兩條主線進(jìn)行分析；（2）分析是否可以忽略重力；（3）根據(jù)力與運動的關(guān)系分析運動狀態(tài)。8．基本思路：（1）以帶電粒子為研究對象；（1）將帶電粒子所處的電場、重力場合成一個“等效重力場”；（3）分析力與運動的關(guān)系，確定運動形式，按相應(yīng)規(guī)律列式解題?！镜淅治觥坷?．如圖所示，一束帶電粒子（不計重力）垂直電場方向進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場，試討論以下情況中，粒子應(yīng)具備什么條件下才能得到相同的偏轉(zhuǎn)距離y和偏轉(zhuǎn)角φ（U

4、、d、L保持不變）。（1）進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場的速度相同；（2）進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場的動能相同；（3）先由同一加速電場加速后，再進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場[解析]由題意可得：偏轉(zhuǎn)距離y：偏轉(zhuǎn)角φ：（1）因為v0相同，若q/m相同，則y、φ相同；（2）因為相同，若q相同，則y、φ相同；（3）設(shè)加速電壓為U′，由可得：不論帶電粒子的m、q如何，只要經(jīng)過同一加速電場加速，再垂直進(jìn)入同一偏轉(zhuǎn)電場，y和φ都相同。例2．一束電子流在經(jīng)U=5000V的加速電壓加速后，在距兩極板等距處垂直進(jìn)入平行板間的勻強(qiáng)電場，如圖所示，若兩板間d=1.0cm，板長l=5.0cm，那么，要使電子能從平行板間的邊緣飛出，兩個極板上

5、最多能加多大電壓？[解析]在加速電壓一定時，偏轉(zhuǎn)電壓越大，電子在極板間的偏距就越大。當(dāng)偏轉(zhuǎn)電壓大到電子剛好擦著極板的邊緣飛出，此時的偏轉(zhuǎn)電壓即為題目要求的最大電壓。加速過程，由動能定理得：①進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場，電子在平行于板面的方向上做勻速運動②在垂直于板面的方向做勻加速直線運動，加速度③偏距④能飛出的條件為⑤解①~⑤式得：即要使電子能飛出，所加電壓最大為400V。例3．靜止在太空的飛行器上有一種裝置，它利用電場加速帶電粒子，形成向外發(fā)射的粒子流，從而對飛行器產(chǎn)生反沖力，使其獲得加速度。已知飛行器的質(zhì)量為M，發(fā)射的是2價氧離子，發(fā)射功率為P，加速電壓為U，每個氧離子的質(zhì)量為

6、m，單位電荷的電量為e，不計發(fā)射氧離子后飛行器質(zhì)量的變化，求：（1）射出的氧離子速度（2）每秒鐘射出的氧離子數(shù)（3）射出氧離子后飛行器開始運動的加速度〖解析〗（1）．以氧離子為研究對象，由動能定理：△所以，氧離子的速度為：（2）．設(shè)每秒鐘射出的氧離子數(shù)為，則發(fā)射功率可表示為：P=N·△Ek=2NeU所以，氧離子數(shù)為：N=P/2eU（3）．以氧離子和飛行器為系統(tǒng)，設(shè)飛行器的反沖速度為，由動量受恒定律：N△tmv－MV=0，即：N△tmv=MV所以，飛行器的加速度為例4．有帶平行板電容器豎直安放如圖所示，兩板間距d=0.1m，電勢差U=100V，現(xiàn)從平行板上A處以vA=3

7、m/s速度水平射入一帶正電小球（已知小球帶電荷量q=10-7C，質(zhì)量m=0．02g）經(jīng)一段時間后發(fā)現(xiàn)小球打在A點正下方的B處，求A、B間的距離SAB。（g取10m/s2）〖解析〗小球m在處以vA以水平射入勻強(qiáng)電場后，運動軌跡如圖所示。對于這類較復(fù)雜的運動，中學(xué)中常用的處理方法是將其分解成兩個或幾個簡單的直線運動，根據(jù)力的獨立作用原理及運動的互不相干性分別加以分析。（1）考察豎直方向情況：小球無初速，只受重力mg，可看作是自由落體運動；考察水平方向情況，有初速vA，受恒定的電場力qE作用，作勻變速直線運動，因A、B在同一豎直線上，A到B的過程中，電場力