10.5 带电粒子在电场中的运动（学案）——高中物理人教版（2019）必修第三册（word版含答案）

第十章
静电场中的能量
第5节
带电粒子在电场中的运动
学习目标
1.通过探究活动结合生活实际，认识理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.引导学生经历科学探究过程，知道示波管的构造和基本原理，能解释相关的物理现象。
重点难点
重点
带电粒子在匀强电场中的运动规律。
难点
运用电学知识和力学知识综合处理带电粒子在电场中的偏转问题。
自主探究
知识点1
带电粒子在电场中的加速
1.基本粒子的受力特点：对于质量很小的基本粒子，如电子、质子等，虽然它们也会受到万有引力(重力)的作用，但万有引力(重力）一般①
静电力，可以忽略不计。
2.带电粒子加速问题的处理方法：
(1)利用②
分析。初速度为0的带电粒子，经过电势差为U的电场加速后，③
，则。
（2）在匀强电场中也可利用牛顿定律结合运动学公式进行分析。
知识点2
带电粒子在电场中的偏转
极板长为l，极板间距离为d，电压为U。质量为m、电荷量为q的基本粒子，以初速度平行两极板进入匀强电场中后，粒子的运动特点和平抛运动相似。
(1)初速度方向做匀速直线运动，穿越两极板的时间为④
。
(2)电场线方向做初速度为0的匀加速直线运动，加速度为⑤
。
知识点3
示波管的原理
1.构造：示波管是示波器的核心部件，外部是一个抽成真空的玻璃壳，内部主要由⑥
(由发射电子的灯丝、加速电极组成)、偏转电极(由一对X偏转电极板和一对Y偏转电极板组成)和⑦
组成，如图所示。
2.原理：
(1)扫描电压：XX'偏转电极接入的是由仪器自身产生的锯齿形电压。
(2)灯丝被电源加热后，出现热电子发射，发射出来的电子经加速电场加速后，以很大的速度进入偏转电场，如果在Y偏转极板上加一个⑧
，在X偏转极板上加一⑨
，在荧光屏上就会出现按Y偏转电压规律变化的可视图像。
答案：
①远远小于
②动能定理
③
④
⑤
⑥电子枪
⑦荧光屏
⑧信号电压
⑨扫描电压
预习检测
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
B.氘核
C.α粒子
D.钠离子
2.一束带电粒子以相同的速率从同一位置，垂直于电场方向飞入匀强电场中，所有粒子的运动轨迹都是一样的。这说明所有粒子
（
）
A.都具有相同的质量
B.都具有相同的电荷量
C.电荷量与质量之比都相同
D.都是同位素
3.如图所示，从F处释放一个无初速度的电子向B板方向运动，则下列对电子运动的描述中错误的是(设电源电动势为U)
（
）
A.电子到达B板时的动能是eU
B.电子从B板到达C板动能变化量为0
C.电子到达D板时动能是3eU
D.电子在A板和D板之间做往复运动
答案
1.A
?2.C
?3.C
探究思考
【探究一】带电粒子在电场中的加速问题
1.带电粒子的加速
带电粒子以很小的速度进入电场中，在静电力作用下会做加速运动。示波器、电视显像管中的电子枪、回旋加速器都是利用电场对带电粒子进行加速的。
2.处理方法
(1)利用牛顿第二定律结合匀变速直线运动公式来分析。此种方法必须在匀强电场中使用(，F为恒力，E恒定）。
(2)利用静电力做功结合动能定理来分析。由于在非匀强电场中，公式W=qU同样适用，故此种方法可行性更高，应用程度更高。
【探究二】带电粒子在电场中的偏转问题
1.基本规律
(1)初速度方向
速度：
位移：
(2)电场线方向
速度：
位移：
(3)离开电场时的偏转角：
(4)离开电场时位移与初速度方向的夹角：
2.几个常用推论
(1)以相同的初速度进入同一个偏转电场的带电粒子，不论m、q是否相同，只要相同，即荷质比相同，则偏转距离y和偏转角α相同。
(2)若以相同的初动能进入同一个偏转电场，只要q相同，不论m是否相同，则偏转距离y和偏转角α相同。
(3)不同的带电粒子经同一加速电场加速后(即加速电压相同)，进入同一偏转电场，则偏转距离y和偏转角α相同。
知识梳理
随堂训练
1.如图所示，电子由静止开始从A板向B板运动，到达B板的速度为v，保持两板间电压不变，则(
)
A.当减小两板间的距离时，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变长
2.如图所示，静止的电子在加速电压的作用下从O经P板的小孔射出，又垂直进入平行金属板间的电场，在偏转电压的作用下偏转一段距离。现使加倍，要想使电子的运动轨迹不发生变化，应该(
)
A.使加倍
B.使变为原来的4倍
C.使变为原来的倍
D.使变为原来的
3.如图所示，在匀强电场E中，一带电粒子－q的初速度恰与电场线方向相同，则带电粒子－q在开始运动后，将(　
　)
A．沿电场线方向做匀减速直线运动
B．沿电场线方向做变加速直线运动
C．沿电场线方向做匀加速直线运动
D．偏离电场线方向做曲线运动
4.如图所示,空间有一水平匀强电场,在竖直平面内的初速度为的带电微粒,沿图中虚线由运动到,其能量变化情况是(?
?)
A.动能减少,重力势能增加,电势能减少
B.动能减少,重力势能增加,电势能增加
C.动能不变,重力势能增加,电势能减少
D.动能增加,重力势能增加,电势能减少
答案以及解析
1.答案：C
解析：由动能定理得，当改变两极板间的距离时，U不变，v就不变，故选项AB错误，C正确；电子在极板间做初速度为零的匀加速直线运动，，即，当d减小时，v不变，电子在两极板间运动的时间变短，故选项D错误。
2.答案：A
解析：设偏转电极的长度为L，板间距离为d，则根据推论可知，偏转距离。使加倍，要想使电子的运动轨迹不发生变化，即y不变，则必须使加倍，故选A。
3.答案：A
解析：在匀强电场E中，带电粒子所受静电力为恒力。带电粒子受到与运动方向相反的恒定的静电力作用，产生与运动方向相反的恒定的加速度，因此，带电粒子?q在开始运动后，将沿电场线做匀减速直线运动。故A正确。
4.答案：B
解析：由于粒子做直线运动,受力的方向一定与运动方向在一条直线上,对微粒进行受力分析可知,粒子受电场力方向一定水平向左,如图所示,因此从到的过程中,合外力做负功,动能减小,电场力做负功,电势能增加,重力做负功,重力势能增加,B正确,A、C、D错误.