带电粒子在电场中的运动

带电粒子在电场中的运动

课前预习学案

 

一、预习目标

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．

二、预习内容

1、带电粒子在电场中加速，应用动能定理，即                   

                               

所以    

2、（1）带电粒子在匀强电场中偏转问题的分析处理方法，类似于平抛运动的分析处理，应用运动的合成和分解的知识。

①离开电场运动时间      。

②离开电场时的偏转量         。

③离开电场时速度的大小        。

④以及离开电场时的偏转角         。

（2）若电荷先经电场加速然后进入偏转电场，则y=     

      （U₁为加速电压，U₂为偏转电压）

3、处理带电粒子在匀强电场中运动问题的方法

（1）等效法：                                                       

（2）分解法：带电微粒在匀强电场中偏转这种较复杂的曲线运动，可分解成沿初速方向的                  和沿电场力方向的                 来分析、处理。

三、提出疑惑

同学们，通过你的自主学习，你还有哪些疑惑，请把它填在下面的表格中

疑惑点	疑惑内容

 

 

课内探究学案

一学习目标

通过带电粒子在电场中加速、偏转过程分析，培养学生的分析、推理能力

二学习过程

1引导学生复习回顾相关知识

（1）牛顿第二定律的内容是                              ?

（2）动能定理的表达式是                              ?

（3）平抛运动的相关知识:1                                    

2.                                         

2、带电粒子的加速

提出问题要使带电粒子在电场中只被加速而不改变运动方向该怎么办?

学生探究活动：结合相关知识提出设计方案并互相讨论其可行性。

学生介绍自己的设计方案。

师生互动归纳：

方案

1                                                  。

2：                                                        。

可求得当带电粒子从静止开始被加速时获得的速度为：

    v_t=

深入探究：

（1）结合牛顿第二定律及动能定理中做功条件（W=Fscosθ恒力  W=Uq 任何电场）讨论各方法的实用性。

（2）若初速度为v₀（不等于零），推导最终的速度表达式。

学生活动：思考讨论，列式推导

3、带电粒子的偏转

教师投影：如图所示，电子以初速度v₀垂直于电场线射入匀强电场中．

问题讨论：

（1）分析带电粒子的受力情况。

（2）你认为这种情况同哪种运动类似，这种运动的研究方法是什么?

（3）你能类比得到带电粒子在电场中运动的研究方法吗?

学生活动：讨论并回答上述问题：

深入探究：如右图所示，设电荷带电荷量为q，平行板长为L，两板间距为d，电势差为U，初速为v₀．试求：

（1）带电粒子在电场中运动的时间t。

（2）粒子运动的加速度。

（3）粒子受力情况分析。

（4）粒子在射出电场时竖直方向上的偏转距离。

（5）粒子在离开电场时竖直方向的分速度。

（6）粒子在离开电场时的速度大小。

（7）粒子在离开电场时的偏转角度θ。

拓展：若带电粒子的初速v₀是在电场的电势差U₁下加速而来的（从零开始），那么上面的结果又如何呢?（y，θ）

学生活动：结合所学知识，自主分析推导。

θ=arctan

与q、m无关。

3、示波管的原理

出示示波器，教师演示操作

①光屏上的亮斑及变化。

②扫描及变化。

③竖直方向的偏移并调节使之变化。

④机内提供的正弦电压观察及变化的观察。

学生活动：观察示波器的现象。

三、反思总结

1                                                                 

2                                                                 

四、当堂检测

1、如图所示，水平安放的A、B两平行板相距h，上板A带正电，现有 质量m，带电量为+q的小球，在B板下方距离H处，以初速v₀竖直向上从B板小孔进入板间电场，欲使小球刚好能到A板，则A、B间电势差U_AB=       。

2、质子 H和粒子 He在匀强电场中由静止开始加速，通过相同位移时，它们的动能比为     ，所用时间比为    。

3、一个电子以3.2×10⁶m/s的初速度沿电场线方向射入匀强电场，在电场中飞行了9.1×10^-7s后开始返回，则匀强电场的场强大小为     ，电子在匀强电场中从进入到返回原处所通过的路程为     。

 

课后练习与提高

 

1、粒子和质子以相同速度垂直于电场线进入两平行板间匀强电场中，设都能飞出电场，则它们离开匀强电场时，侧向位移之比y:y_H=    ，动能增量之比 =   。

2、如图所示，水平平行金属板A、B间距为d，带电质点质量为m，电荷量为q，当质点以速率v从两极板中央处于水平飞入两极间，两极不加电压时，恰好从下板边缘飞出，若给A、B两极加一电压U，则恰好从上板边缘飞出，那么所加电压U=    。

3、如图所示，电子的电荷量为e，质量为m，以v₀的速度沿与场强垂直的方向从A点飞入匀强电场，并从另一侧B点沿与场强方向成150°角飞出。则A、B两点间的电势差为    。

 

 

课内探究学案

1（1）a=F_合/m（注意是F_合）

（2）W_合=△E_k= （注意是合力做的功）

（3）平抛运动的相关知识

2方案1：v₀=0，仅受电场力就会做加速运动，可达到目的。

方案2：v₀≠0，仅受电场力，电场力的方向应同v₀同向才能达到加速的目的。

3解：由于带电粒子在电场中运动受力仅有电场力（与初速度垂直且恒定），不考虑重力，故带电粒子做类平抛运动。

粒子在电场中的运动时间           t=  

加速度                       a= =qU/md

竖直方向的偏转距离：

y= at²=

粒子离开电场时竖直方向的速度为

v₁=at=

速度为：                 v=

粒子离开电场时的偏转角度θ为：

tanθ=

三反思总结

1．带电粒子的加速 功能关系分析：粒子只受电场力作用，动能变化量等于电势能的变化量．

   (初速度为零)；  此式适用于一切电场．

2．带电粒子的偏转运动的分析方法(看成类平抛运动)：

    ①沿初速度方向做速度为v₀的匀速直线运动．

    ②沿电场力方向做初速度为零的匀加速直线运动．

四、当堂检测

1、  2、1：2    3、2V/m   0.29m

课后练习与提高

1、1：2  2：1     2、         3、-3eBV₀