高三物理《带电粒子在匀强电场中的运动》教案13.docVIP

[科目] 物理 [关键词] 教案/带电粒子在匀强电场中的运动 [年级] 高二 [文件] jan15.doc [标题] 带电粒子在匀强电场中的运动 [内容] 带电粒子在匀强电场中的运动 【教学结构】 一、带电粒子在电场中加速 1．电场力对带电粒子做功 如图1所示的匀强电场，场强为E，AB之间电势差为U，把带电量为q的正电荷放在A处，设初速度为零，在电场力作用下，q从A加速运动到B，设到达B处速度为υ． 带电粒子从A运动到B，电场力对带电子做正功，W=Uq．电场力做功使电势能减少Uq，而转化成为动能．因而带电粒子获得动能为Uq． 2．动能定理 （1）因为带电粒子的重力很小，远远小于电场力，可以忽略不计． （2）外力对带电粒子的总功就等于电场力的功：Uq． （3）根据动能定理Uq=mυ2 （4）如带电粒子到达A点时速度不为O，而是υ0，则Uq=mυ2－m 3．计算加速后带电粒子速度 如图2所示，一对平行金属板AB，中间有小孔MN，AB与电源相连，A板接负极，两板间电压为U，电子在M处初速为零，经电场加速后从N孔穿出，穿出时速度υ=？ Uq=mυ2 υ=，若在M处初速为υ0，则， Uq=mυ2－m υ= 二、带电粒子在电场中偏移 1．分析带电粒子在电场中运动过程 如图3所示，平行金属板与电压为U的电源相连，板间为匀强电场，板长为L，两板间距离为d，质量为m，带电量为q的正电荷以初速υ0沿两板中轴线进入电场．设轴线方向为x，与轴线垂直方向为y． 在x方向带电粒子不受力，应做匀速运动． 在y方向：带电粒子应受电场力，若y方向为竖直方向，还应受重力，但带电粒子重力很小可忽略不计．故只受沿正y方向的电场力，带电粒子沿正y方向做初速为零的匀加速运动．综上所示，粒子运动轨迹与平抛运动很相似，故又称类平抛运动． 2．研究带电粒子偏转规律 （1）借此机会复习平抛运动研究方法，提高解决平抛问题的能力． （2）根据处理平抛运动的方法，分两个方向研究运动过程 x方向：L=υ0 t，带电粒子穿出电场时位移为L，所用时间为t． y方向：y=at2，y为离开电场时，在y方向上的位移，有的书称为横向位移．a是在电场力作用下产生加速度．a=．认真分析：E=，F=Eq=，a== y=．利用运动学知识进一步推进．在y方向带电粒子离开电场时的速度： υy =at=．带电粒子离开电场中偏转角φ的决定式： t gφ ==．注意：带电粒子离开电场后应以，作匀速直线运动，方向为与υ0成φ角． 作速度υ的反向延长线与平行金属板轴线相交于O点，正好是轴线的中点，如图5所示．可想像成经过偏转电场的粒子都是从两板正中点射出来的．证明如下，设板的边缘与O间距离为x，y=x·tgφ x=y/tgφ=． （3）带电粒子能离开偏转电场的条件． 当偏转电场装置一定，即L、d不变，带电粒子m、q、υ0一定，带电粒子能否离开电场，就取决于两板电压U．y=，即．如U大于此值粒子打在板的某处而不能出偏转电场． 当偏转电场装置一定，板间电压一定，粒子m、q一定，带电粒子能否离开电场，就取决于带电粒子射入电场时υ0大小（υ0方向沿轴线方向）．当时，带电粒子可离开偏转电场． 【课余思考】 1．电场使带电粒子加速和偏转的原理是什么，点电荷电场能否给带电粒子加速？ 带电粒子离开偏移电场时的横向位移，偏转角，横向速度表达式是什么？ 【解题点要】 例一、如图6所示，B板电势为U，质量为m的带电粒子以速度υ0水平射入电场，若粒子带－q 电量，则粒子到达B板时速度大小为 ，若粒子带+q电量，它到达B板时速度大小为 ． 解析：A板接地电势为零，B板电势为U，高于A板电势．板间电场方向从B向A，负电荷受电场力方向为由A向B，带电粒子由A板到达B板电场力做正功，动能增大，根据电场加速原理：Uq= ．带电粒子带正电时，电场力做负功，－Uq= ． 电场力对带电粒子做正功时，把电势能转化为动能，电场力做负功时，把动能转化为电势能．从能量角度更容易理解带电粒子在电场中加速． 例二、一个初动能为2000ev的电子，垂直电场线方向进入场强为5×104v/m的匀强电场，离开电场时偏转距离为1cm，那么电子离开电场时的动能为 ． 解析：本题是研究带电粒子在电场中加速还是偏转？粒子的初速度与场强方向垂直，电场作用方向与场强方向为同一条直线上，能用电场对带电粒子加速的公式吗？ 从题给的条件里很容易理解为带电粒子在电场中偏转，仔细审题便知．本题的要求还是电场对电子做功而使电子动能变化，求出所求，应是电子在电场中加速．速度是矢量当方向不同时，速度之和满足平行四边形法则，动能是标量、无