高中物理人教版 (新课标)选修39 带电粒子在电场中的运动学案设计

这是一份高中物理人教版 (新课标)选修39 带电粒子在电场中的运动学案设计，共4页。学案主要包含了学习目标，知识铺垫，知识评价等内容，欢迎下载使用。

1.通过带电粒子在电场中的受力情况和运动情况,能分析其运动规律;
2.能分析解决带电粒子在电场中的加速和偏转问题；
2.能够根据力的观点和能的观点求解带电粒子在电场中的运动；
3.阅读教材和观察示波管的实物,明白示波管的构造和基本原理.
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偏转问题。
【知识铺垫】
问1:带电粒子在电场中的运动可能有几种运动形式？

问2:分析带电粒子运动形式的思路?
问3:带电粒子在电场中要受到哪些力的作用?
练一练1:一个电子的质量为0.91×10-30kg, 电荷量e=1.6×10-19 C，当它在E=5×104V/m的电场中时:受到的重力G为多大？受到的电场力F为多大？F/G=？你会发现什么？
练一练2:带电粒子在电场中处于静止状态，该粒子带正电还是负电?
【模块一】带电粒子在电场中的加速
做一做:如图所示，在真空中有一对平行金属板，两板间加以电压U。两板间有一带正电荷q的带电粒子。它在电场力的作用下，由静止开始从正极板向负极板运动，到达负板时的速度有多大？(不考虑粒子的重力,请用两种方法求解）
如两极板间不是匀强电场该用何种方法求解？为什么？
练一练:下列粒子由静止经加速电压为U的电场加速后，
哪种粒子动能最大 （ ）哪种粒子速度最大 （ ）
A、质子 B、电子 C、氘核 D、氦核
【模块二】带电粒子在电场中的偏转
根据右图回答:
1.q的受力怎样? －q的受力又怎样?
2.水平方向和竖直方向的运动性质怎样?
3.与学过的哪种运动形式类似?并试分析
练一练1、质子(质量为m、电量为e)和二价氦离子(质量为4m、电量为2e)以相同的初动能垂直射入同一偏转电场中，离开电场后，它们的偏转角正切之比为 ，侧移之比为 。
练一练2、如图,三个电子在同一地点同时沿同一直线垂直飞入偏转电场。则由此可判断（ ）
A、 b和c同时飞离电场
B、在b飞离电场的瞬间，a刚好打在下极板上
C、进入电场时，c速度最大，a速度最小
D、c的动能增量最小，a和b的动能增量一样大
【模块三】示波管原理
阅读教材,结合示波管的原理图思考以下问题:
问1、如果在电极XX’之间和YY’之间都不加电压，电子将打在荧光屏的什么位置？
问2、如果在电极XX’之间不加电压，而在YY’之间加不变电压，使Y的电势比Y’高，电子将打在荧光屏的什么位置？若Y’的电势比Y高呢?
问3、如果在电极 YY’之间不加电压，但在XX’之间加不变电压，使X的电势比X’高，电子将打在荧光屏的什么位置？若X’的电势比X高呢?
问4、如果在电极 YY’之间加不变电压，使Y的电势比Y’高，在XX’之间加不变电压，使X的电势比X’高，电子将打在荧光屏的什么位置？
第二课时(拓展例与练):
【拓展一】加速与偏转一体
例:离子发生器发射出一束质量为m，电荷量为q的负离子，从静止经加速电压U 1 加速后，沿垂直于电场线方向射入两平行板中央，受偏转电压U2作用后，以速度Ｖ离开电场，已知平行板长为Ｌ，两板间距离为d，求:1）离子在偏转电场中运动的时间、加速度、速度v的大小； 2）离子在离开偏转电场时的沿电场方向的偏移量和偏转角的正切值。
练一练:1.如图所示,初速度为零的α粒子和电子在电势差为U1的电场中加速后,垂直进入电势差为U2的偏转电场,在满足电子能射出偏转电场的条件下,正确的说法是( )
A. α粒子的偏转量大于电子的偏转量
B. α粒子的偏转量小于电子的偏转量
C. α粒子的偏转角大于电子的偏转角
D. α粒子的偏转角等于电子的偏转角
2.如图，电子在电势差为U1的加速电场中由静止开始加速，然后射入电势差为U2的两块平行极板间的电场中，入射方向跟极板平行。整个装置处在真空中，重力可忽略。在满足电子能射出平行板区的条件下，下述四种情况中，一定能使电子的偏转角θ变大的是 （ ）
A、U1变大、U2变大
B、U1变小、U2变大
C、U1变大、U2变小
D、U1变小、U2变小
【拓展二】带电粒子的先加速再偏转后匀速
例:一个电荷量为-q质量为m的带电粒子，由静止进入一个电压为U1的加速电场加速后，又垂直进入一个电压为U2的偏转电场，经偏转电场偏转后打在荧光屏上,整个装置如图示. (不计粒子的重力).求:
(1)出偏转电场时的偏移距离y；
(2)出偏转电场时的偏转角θ
(3)打在荧光屏上时的偏移距离Y.
练一练:如图所示，二价氦离子和质子的混合体，经同一加速电场加速后，垂直射入同一偏转电场中，偏转后，打在同一荧光屏上，则它们( )
A、侧移距离相同 B、偏转角相同
C、到达屏上同一点 D、到达屏上不同点
【知识评价】
1．电子从负极板的边缘垂直进入匀强电场，恰好从正极板边缘飞出，如图所示，现在保持两极板间的电压不变，使两极板间的距离变为原来的2倍，电子的入射方向及位置不变，且要电子仍从正极板边缘飞出，则电子入射的初速度大小应为原来的（ ）
A． B． C． D．2
2．下列带电粒子经过电压为U的电压加速后，如果它们的初速度均为0，则获得速度最大的粒子是 ( )
A．质子 B．氚核 C．氦核 D．钠离子Na＋
3．如图所示，—电子具有100 eV的动能．从A点垂直于电场线飞入匀强电场中，当从D点飞出电场时，速度方向跟电场强度方向成1500角．则A、B两点之间的电势差UAB＝ V．
4．静止在太空中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高速电子流，从而对飞行器产生反冲力，使其获得加速度．已知飞行器质量为M，发射的是2价氧离子．发射离子的功率恒为P，加速的电压为U，每个氧离子的质量为m．单位电荷的电荷量为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．(离子速度远大于飞行器的速度，分析时可认为飞行器始终静止不动)
5. 如图所示一质量为m，带电荷量为+q的小球从距地面高h处以一定初速度水平抛出，在距抛出点水平距离处，有一根管口比小球直径略大的竖直细管，管上口距地面h/2，为使小球能无碰撞地通过管子，可在管子上方的整个区域里加一个场强方向水平向左的匀强电场，求：
(1)小球的初速度v0.
(2)电场强度E的大小．
(3)小球落地时的动能Ek．