2022年高中物理《1.5 带电粒子在电场中的运动》教案 新人教版选修3-1

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1、2022年高中物理1.5 带电粒子在电场中的运动教案 新人教版选修3-1【基本内容】 一、带电粒子在匀强电场中的平衡 1静止：带电粒子在匀强电场中静止时，如果只受重力和电场力，则电场力的方向为竖直向上；若带电粒子的质量为m，电场的强度为E，则粒子的带电荷量为mg/E；若粒子带负电,场强方向为竖直向下。 2匀速直线运动：带电粒子在匀强电场中作匀速直线运动，且只受重力和电场力，必有重力等于电场力；设匀强电场两极板电压为U，板间距离为d,带电粒子的电荷量为+q，则电容器的下极板带正电荷；带电粒子的质量为mgd/U。二、带电粒子在电场中的加速3粒子只受电场力作用：动能增量等于电场力做的功，其动能定理表

2、达式为上面公式适用于一切电场。 三、带电粒子在匀强电场中的偏转4运动状态分析：通常只分析带电粒子垂直进入匀强电场的情况，且不考虑带电粒子的重力。此时带电粒子做“类平抛运动”（匀变速曲线运动）。5研究方法：运动的合成与分解的方法。以速度v0垂直于电场E方向飞入两带电平行板产生的匀强电场时，受到恒定的与初速度方向成直角的电场力作用而做“类平抛运动”。6运动规律：（1）沿初速度方向做匀速直线运动：x=v0t ; 沿电场力方向做初速为零的匀加速直线运动运动： （2上述运动中，粒子的加速度a=F/m=Eq/m=Uq/dm (板间距离为d，电压为U)；(3)若能射出电场，则运动时间（板长为l），离开电场的

3、侧位移为y=qUl2/2mdv02偏转角tan=vy/vx=qUl/wd v02。 四、带电粒子在复合场中的运动 7分析方法：（1）从力和能两条主线进行分析；（2）分析是否可以忽略重力；（3）根据力与运动的关系分析运动状态。8基本思路：（1）以带电粒子为研究对象；（1）将带电粒子所处的电场、重力场合成一个“等效重力场”；（3）分析力与运动的关系，确定运动形式，按相应规律列式解题。【典例分析】例1如图所示，一束带电粒子（不计重力）垂直电场方向进入偏转电场，试讨论以下情况中，粒子应具备什么条件下才能得到相同的偏转距离y和偏转角 （U、d、L保持不变）。（1）进入偏转电场的速度相同；（2）进入偏转电

4、场的动能相同；（3）先由同一加速电场加速后，再进入偏转电场解析由题意可得：偏转距离y： 偏转角：（1）因为v0相同，若q/m相同，则y、相同；（2）因为相同，若q相同，则y、相同；（3）设加速电压为U，由 可得： 不论带电粒子的m、q如何，只要经过同一加速电场加速，再垂直进入同一偏转电场，y和都相同。 例2一束电子流在经U=5000V的加速电压加速后，在距 两极板等距处垂直进入平行板间的匀强电场，如图所示， 若两板间d=1.0cm ，板长l=5.0cm，那么，要使电子能从平行板 间的边缘飞出，两个极板上最多能加多大电压？ 解析在加速电压一定时，偏转电压越大，电子在极板间的偏距就越大。当偏转电压

5、大到电子刚好擦着极板的边缘飞出，此时的偏转电压即为题目要求的最大电压。加速过程，由动能定理得： 进入偏转电场，电子在平行于板面的方向上做匀速运动 在垂直于板面的方向做匀加速直线运动，加速度 偏距 能飞出的条件为 解式得：即要使电子能飞出，所加电压最大为400V。例3静止在太空的飞行器上有一种装置，它利用电场加速带电粒子，形成向外发射的粒子流，从而对飞行器产生反冲力，使其获得加速度。已知飞行器的质量为M，发射的是2价氧离子，发射功率为P，加速电压为U，每个氧离子的质量为m，单位电荷的电量为e，不计发射氧离子后飞行器质量的变化，求：（1）射出的氧离子速度（2）每秒钟射出的氧离子数（3）射出氧离子后

6、飞行器开始运动的加速度解析（1）以氧离子为研究对象，由动能定理： 所以，氧离子的速度为：（2）设每秒钟射出的氧离子数为，则发射功率可表示为：P=NEk=2NeU所以，氧离子数为：N=P/2eU（3）以氧离子和飞行器为系统，设飞行器的反冲速度为，由动量受恒定律：NtmvMV=0 ，即：Ntmv=MV所以，飞行器的加速度为例4有带平行板电容器竖直安放如图所示， 两板间距d=0.1m，电势差U=100V，现从平行板上A处以 vA=3m/s速度水平射入一带正电小球（已知小球带电荷量 q=10-7C，质量m=002g）经一段时间后发现小球打在A 点正下方的B处，求A、B间的距离SAB。（g取10m/s2

7、）解析小球m在处以vA以水平射入匀强电场后， 运动轨迹如图所示。对于这类较复杂的运动，中学中常用的处理方法是将其分解成两个或几个简单的直线运动，根据力的独立作用原理及运动的互不相干性分别加以分析。（1）考察竖直方向情况：小球无初速，只受重力mg，可看作是自由落体运动；考察水平方向情况，有初速vA，受恒定的电场力qE作用，作匀变速直线运动，因A、B在同一竖直线上，A到B的过程中，电场力对小球做功为零。小球的曲线运动由上述两个正交的直线运动叠加而成。由题可知：E=U/d=100/0.1=104V/m设球飞行时间为t，则在竖直方向上有：在水平方向上有：所以=7210-2m【知识检测】1一带电粒子在电

8、场中只受电场力作用时，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2对公式的适用条件，正确的有 （ ）A只适用于匀强电场中，v0=0的带电粒子被加速B只适用于匀强电场中，粒子运动方向和场强方向平行的情况C只适用于匀强电场中，粒子运动方向和场强方向垂直的情况D适用于任何电场中，v0=0的带电粒子被加速3电子、质子、粒子由静止状态经相同电压加速后，垂直电场线进入同一匀强电场中，则 （ ）A最后离开电场时，粒子偏角最大B最后离开电场时，质子的动能最大C最后离开电场时，质子的速率最大D电子通过匀强电场的时间最短4中从A极释放的一个无初速度的电子向 B

9、板方向运动，指出下列说法中哪些是正确的（ ）A电子到达B时动能为1eVB电子从B到C，动能变化为零 C电子达到D点时动能为1eVD电子将在A、D间往复运动 5如图所示，将光滑金属环竖直放置在水平向右的匀强电场中，场强为E。在环上套有一质量为m、带电量为q的小球，当小球从水平直径A端由静止释放，沿顺时针滑到B时，小球对圆环的压力为_。 6如图所示，相距为d的两平行金属板M、N与 电池组相连后，其间形成匀强电场，一带正点粒子从M极板边 缘垂直于电场方向射入，并打在N极板的正中央。不计重力， 现欲把N极板远离M极板平移，使原样射入的粒子能够射出电 图959 场，就下列两种情况求出N极板至少移动的距离

10、。 （1）电键闭合 （2）把闭合的电键打开后 7如图所示，在一匀强电场中的A点有一点电荷， 并用绝缘细线与O点相连，原来细线刚好被水平拉直而没有张 力。现让点电荷从A点由静止开始运动，试求电荷经O点正下 方时的速率v。已知m=1.010-4 kg,，q=+1.010-7C，细线长度 为L=10cm，电场强度E=1.73104N/C，（g取10m/s2）。答案1A 2D 3D 4ABD 5 5Eq 6d，3d 72.1m/s 【课外阅读】电子管的发明简介电子管是一种在气密性封闭容器（一般为玻璃管）中产生电流传导，利用电场对真空中的电子流的作用以获得信号放大或振荡的电子器件。早期应用于电视机、收音

11、机扩音机等电子产品中，近年来逐渐被晶体管和集成电路所取代，但目前在一些高保真音响器材中，仍然使用电子管作为音频功率放大器件（香港人称使用电子管功率放大器为“煲胆”）。 说起电子管的发明，我们首先得从“爱迪生效应”谈起。爱迪生这位举世闻名的大发明家，在研究白炽灯的寿命时，在灯泡的碳丝附近焊上一小块金属片。结果，他发现了一个奇怪的现象：金属片虽然没有与灯丝接触，但如果在它们之间加上电压，灯丝就会产生一股电流，趋向附近的金属片。这股神秘的电流是从哪里来的？爱迪生也无法解释，但他不失时机地将这一发明注册了专利，并称之为“爱迪生效应”。后来，有人证明电流的产生是因为炽热的金属能向周围发射电子造成的。但最先预见到这一效应具有实用价值的，则是英国物理学家和电气工程师弗莱明。1904年，世界上第一只电子管在弗莱明的手下诞生了。弗莱明为此获得了这项发明的专利权。人类第一只电子管的诞生，标志着世界从此进入了电子时代。