第十章　5　第1课时　带电粒子在电场中的运动（课件+学案+练习）高中物理人教版（2019）必修第三册

5　带电粒子在电场中的运动 第1课时　带电粒子在电场中的运动 [学习目标]　1.能从力和能量的角度分析带电粒子在电场中的加速问题(重点)。2.能运用类平抛运动的分析方法研究带电粒子在电场中的偏转问题(重难点)。 一、带电粒子在电场中的加速 例1　如图所示，炽热的金属丝可以发射电子。在金属板P、Q间加电压U，发射出的电子在真空中加速后，从金属板的小孔穿出。设电子刚离开金属丝时的速度为零，电子质量为m、电荷量大小为e。 (1)已知电子的质量为m=9.1×10-31 kg，电荷量为e=1.6×10-19 C，若极板电压U=200 V，板间距离为d=2 cm，则电子的重力与所受静电力的比值为　　　　(g取10 m/s2，结果保留一位有效数字)，通过以上数据可知，在研究电子运动的过程中　　　(选填“需要”或“不需要”)考虑重力。 (2)电子在P、Q间做什么运动？ (3)求电子到达正极板时的速度大小(尝试用动力学方法和动能定理两种方法求解，结果用字母表示)。 拓展1　(1)若保持P、Q间电压不变，增大P、Q两板间的距离，电子到达极板时所用的时间　　　　(填“变长”“不变”或“变短”)，电子到达Q板的速率　　　　(填“增大”“减小”或“不变”)。 (2)如何增大电子到达Q板的速率？ 拓展2　若粒子的初速度v0≠0，电子到达Q板的速率为　　　　。 拓展3　如图所示，若Q板为其他形状，两极板间不是匀强电场，该用何种方法求解。 1.带电粒子的分类及受力特点 (1)电子、质子、α粒子、离子等基本粒子，重力远小于静电力，一般都不考虑重力，但不能忽略质量。 (2)质量较大的微粒，如带电小球、带电油滴、带电颗粒等，除有说明或有明确的暗示外，处理问题时一般都不能忽略重力。 2.带电粒子在带电金属板间加速后的速率仅与带电粒子的初速度大小及两板间的电压有关，与板间距离无关。 例2　如图所示，从电子枪O逸出的电子，初速度可以认为是零，电子通过小孔A、B，最终打在C板上。 (1)描述电子在OA间、AB间、BC间的运动情况； (2)电子通过小孔A、B时的动能分别是多少电子伏？电子打在C板上时的动能是多少电子伏？ 二、带电粒子在电场中的偏转 例3　如图甲，两个相同极板Y与Y'的长度为l，相距d，极板间的电压为U。一个质量为m、电荷量为e的电子从左边两极板正中央沿平行于板面的方向射入电场中，从右边射出，射入时的速度为v0。把两极板间的电场看作匀强电场。 (1)电子在电场中做什么运动？如何处理？ (2)设电子不与平行板相撞，如图乙，完成下列内容(均用题中所给字母表示)。 ①电子通过电场的时间t=　　　　。 ②静电力方向：加速度a=　　　　　，离开电场时垂直于极板方向的分速度vy=　　　　。 ③离开电场时速度与初速度方向夹角的正切值tan θ=　　　　。 ④离开电场时沿静电力方向的偏移量y=　　　　。 带电粒子在匀强电场中的偏转问题类似于平抛运动，运用运动的合成与分解来分析：将运动分解为沿初速度方向的匀速直线运动和垂直初速度方向的初速度为零的匀加速直线运动，在这两个方向上分别列运动学方程或牛顿第二定律求解物理量。 拓展　在例3中，若电子可以飞出极板，两极板间距d应满足什么条件？ 答案精析 例1　(1)6×10-15　不需要　(2)匀加速直线运动　 (3)见解析 解析　(1)G=mg=9.1×10-30 N， 两极板间的电场强度E==1×104 V/m 电子在两极板间所受静电力F=eE=1.6×10-15 N，≈6×10-15。重力远小于静电力，故在研究电子运动过程中不需要考虑重力。 (2)电子在P、Q间向右做匀加速直线运动 (3)方法一：运用动力学方法求解 电子受到的静电力 F=eE= 加速度a== 由v2=2ad=2得v= 方法二：由动能定理有eU=mv2 得v=。 拓展1　(1)变长　不变　(2)见解析 解析　(1)极板间的电压U不变，由E=可知，两板间距离d越大，电场强度E越小，静电力F=Ee越小，加速度越小，加 ... ...