专题1.9带电粒子的运动-高中物理人教版选修3-1精品导学案
文档属性
| 名称 | 专题1.9带电粒子的运动-高中物理人教版选修3-1精品导学案 |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 32.1KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（新课程标准） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2018-08-30 15:10:54 | ||
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文档简介
1.9《带电粒子在电场中的运动》精品导学案
【学习目标】
1、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、知道示波管的构造和基本原理。
【重点难点】
运用电学知识和力学知识综合处理偏转问题
【学法指导】
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；理解示波管的工作原理
【知识链接】
1、牛顿第二定律的表达式是
2、动能定理的表达式是
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）处理平抛运动的方法：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：VX= Vy= V合=
速度偏转角正切值tanθ=
位移关系：x= y=
【学习过程】
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m、电荷量为－q，从左孔以初速度V0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）由动力学知识求解（先求加速度，再根据运动学公式求V）
（2）由功能关系求解。（动能定理）
（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（）、氘核（）、氚核（）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m，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。不计粒子重力。求
（1）粒子在电场中运动的时间。
（2）图中的偏转距离y 。（3）速度的偏转角θ 的正切值。
（4）光屏上对应偏距y′（选做）。
尝试应用2：
2、如上图，两质子分别以速度 v 和 2v 垂直场强方向射入同一匀强电场中，则两质子
⑴ 在电场中运动时间之比为_______
⑵ 离开电场时沿场强方向偏移的距离之比为________
【训练测试】
1．一带电粒子在电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
1．【答案】A
【解析】因为粒子只受到电场力的作用，所以不可能做匀速直线运动．
2．如图所示，在场强为E，方向水平向右的匀强电场中，A、B为一竖直线上的两点，相距为L，外力F将质量为m，带电量为－q的微粒，从A点匀速移到B点，重力不能忽略，则下面说法中正确的是 ( )
A．外力的方向水平
B．外力的方向竖直向上
C．外力的大小等于qE＋mg
D．外力的大小等于
2．【答案】D
【解析】分析微粒受力，重力mg、电场力qE、外力F，由于微粒作匀速运动，三个力的合力为零，外力的大小和重力与电场力的合力大小相等．
F＝
F的方向应和重力与电场力的合力方向相反，选项D正确．
3．平行板间加如图(a)所示周期变化的电压，重力不计的带电粒子静止在平行板中央，从t＝0时刻开始将其释放，运动过程无碰板情况．如图(b)中，能定性描述粒子运动的速度图象正确的是 ( )
3．【答案】A
【解析】粒子在第一个内，做匀加速直线运动，时刻速度最大，在第二个内，电场反向，粒子做匀减速直线运动，到T时刻速度为零，以后粒子的运动要重复这个过程．
4．(2009·济南模拟)如图所示，质子(H)和α粒子(He)，以相同的初动能垂直射入偏转电场(粒子不计重力)，则这两个粒子射出电场时的侧位移y之比为 ( )
A．1?1 B．1?2
C．2?1 D．1?4
4．【答案】B
【解析】由y＝ 和Ek0＝mv，得：y＝可知，y与q成正比，B正确．
5．如图所示，一电荷量为＋q，质量为m的带电粒子以初速度为v0，方向与极板平行射入一对平行金属板之间．已知两极板的长度l，相距为d，极板间的电压为U，试回答下列问题．(粒子只受电场力作用且上极板带正电)
(1)粒子在电场中所受的电场力的大小为________，方向__________，加速度大小为__________，方向________．
(2)粒子在x方向上做________运动，在电场中的运动时间为________．
(3)粒子在y方向上做________运动，离开电场时，在y方向上偏离的距离为________．当其他条件不变，d增大时偏离距离将________．
(4)粒子离开电场时，在y方向上的分速度为________，如果偏转的角度为θ，那么tanθ＝________.当其他条件不变，U增大时θ角将________
5．【答案】(1) 垂直v0方向向下 垂直v0方向向下 (2)匀速直线
(3)初速度为零的匀加速直线 U 减小
(4)U U 增大
【解析】（1）粒子在电场中所受的电场力大小为F=qE=
上极板带正电，极板间的电场方向向下，粒子受到的电场力向下；
由牛顿第二定律可知，粒子的加速度大小：a=，方向：竖直向下．
（2）粒子在x方向上不受力，做匀速直线运动，在电场中运动的时间：
??粒子在y方向上，初速度为零，受到电场力作用，做初速度为零的匀加速直线运动，
离开电场时，在y方向上偏离的距离：
（3）粒子离开电场时，在y方向上的分速度：
如果偏转的角度为θ，那么
【学习目标】
1、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、知道示波管的构造和基本原理。
【重点难点】
运用电学知识和力学知识综合处理偏转问题
【学法指导】
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；理解示波管的工作原理
【知识链接】
1、牛顿第二定律的表达式是
2、动能定理的表达式是
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）处理平抛运动的方法：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：VX= Vy= V合=
速度偏转角正切值tanθ=
位移关系：x= y=
【学习过程】
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m、电荷量为－q，从左孔以初速度V0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）由动力学知识求解（先求加速度，再根据运动学公式求V）
（2）由功能关系求解。（动能定理）
（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（）、氘核（）、氚核（）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m，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。不计粒子重力。求
（1）粒子在电场中运动的时间。
（2）图中的偏转距离y 。（3）速度的偏转角θ 的正切值。
（4）光屏上对应偏距y′（选做）。
尝试应用2：
2、如上图，两质子分别以速度 v 和 2v 垂直场强方向射入同一匀强电场中，则两质子
⑴ 在电场中运动时间之比为_______
⑵ 离开电场时沿场强方向偏移的距离之比为________
【训练测试】
1．一带电粒子在电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
1．【答案】A
【解析】因为粒子只受到电场力的作用，所以不可能做匀速直线运动．
2．如图所示，在场强为E，方向水平向右的匀强电场中，A、B为一竖直线上的两点，相距为L，外力F将质量为m，带电量为－q的微粒，从A点匀速移到B点，重力不能忽略，则下面说法中正确的是 ( )
A．外力的方向水平
B．外力的方向竖直向上
C．外力的大小等于qE＋mg
D．外力的大小等于
2．【答案】D
【解析】分析微粒受力，重力mg、电场力qE、外力F，由于微粒作匀速运动，三个力的合力为零，外力的大小和重力与电场力的合力大小相等．
F＝
F的方向应和重力与电场力的合力方向相反，选项D正确．
3．平行板间加如图(a)所示周期变化的电压，重力不计的带电粒子静止在平行板中央，从t＝0时刻开始将其释放，运动过程无碰板情况．如图(b)中，能定性描述粒子运动的速度图象正确的是 ( )
3．【答案】A
【解析】粒子在第一个内，做匀加速直线运动，时刻速度最大，在第二个内，电场反向，粒子做匀减速直线运动，到T时刻速度为零，以后粒子的运动要重复这个过程．
4．(2009·济南模拟)如图所示，质子(H)和α粒子(He)，以相同的初动能垂直射入偏转电场(粒子不计重力)，则这两个粒子射出电场时的侧位移y之比为 ( )
A．1?1 B．1?2
C．2?1 D．1?4
4．【答案】B
【解析】由y＝ 和Ek0＝mv，得：y＝可知，y与q成正比，B正确．
5．如图所示，一电荷量为＋q，质量为m的带电粒子以初速度为v0，方向与极板平行射入一对平行金属板之间．已知两极板的长度l，相距为d，极板间的电压为U，试回答下列问题．(粒子只受电场力作用且上极板带正电)
(1)粒子在电场中所受的电场力的大小为________，方向__________，加速度大小为__________，方向________．
(2)粒子在x方向上做________运动，在电场中的运动时间为________．
(3)粒子在y方向上做________运动，离开电场时，在y方向上偏离的距离为________．当其他条件不变，d增大时偏离距离将________．
(4)粒子离开电场时，在y方向上的分速度为________，如果偏转的角度为θ，那么tanθ＝________.当其他条件不变，U增大时θ角将________
5．【答案】(1) 垂直v0方向向下 垂直v0方向向下 (2)匀速直线
(3)初速度为零的匀加速直线 U 减小
(4)U U 增大
【解析】（1）粒子在电场中所受的电场力大小为F=qE=
上极板带正电，极板间的电场方向向下，粒子受到的电场力向下；
由牛顿第二定律可知，粒子的加速度大小：a=，方向：竖直向下．
（2）粒子在x方向上不受力，做匀速直线运动，在电场中运动的时间：
??粒子在y方向上，初速度为零，受到电场力作用，做初速度为零的匀加速直线运动，
离开电场时，在y方向上偏离的距离：
（3）粒子离开电场时，在y方向上的分速度：
如果偏转的角度为θ，那么