5 带电粒子在电场中的运动 定位·学习目标 1.通过了解带电粒子在电场中的运动,知道带电粒子在静电力作用下的运动与其他物体的受力运动遵循相同的规律,形成物理观念。 2.通过对带电粒子在电场中加速、偏转问题的分析,强化分析、推理能力,进一步培养科学思维能力。 3.通过分析带电粒子在电场中的运动情况及解释相关的物理现象,培养热爱科学的精神,形成科学态度与责任。 知识点一 带电粒子在电场中的加速 探究新知 1.特点:利用电场使带电粒子加速,带电粒子的速度方向与电场强度的方向相同或相反。 2.两种思路 (1)利用牛顿第二定律结合匀变速直线运动公式,适用于匀强电场且涉及描述运动过程的物理量。 (2)利用静电力做功结合动能定理,对只涉及位移、速率等动能定理公式中的物理量或非匀强电场情景时,适合运用该思路。 新知检测 [判断正误,正确的打“√”,错误的打“×”] (1)带电粒子在电场中不受重力。( × ) (2)带电粒子只有在匀强电场中由静止释放才能做直线运动。( × ) (3)带电粒子在电场中由静止释放后一定做直线运动。( × ) (4)带电粒子仅在静电力作用下运动时,动能一定增加。( × ) 知识点二 带电粒子在电场中的偏转 探究新知 1.带电粒子的初速度方向跟电场方向垂直时,静电力方向跟速度方向不在同一直线上,带电粒子的运动轨迹将发生偏转。 2.在匀强电场中,带电粒子的运动轨迹是一条抛物线,其分析思路跟分析平抛运动是一样的,不同的仅仅是平抛运动物体所受的是重力,而带电粒子所受的是静电力。 新知检测 (1)带电粒子在电场中做类平抛运动的条件是什么 提示:①偏转电场为匀强电场;②带电粒子的初速度方向与电场方向垂直。 (2)如图所示,带电粒子(不计重力)从两板中间垂直电场线方向进入电场,在电场中的运动时间与什么因素有关 提示:粒子若能离开电场,根据t=可知,运动时间与板的长度l和初速度v0有关;若粒子打在极板上,则由=at2,a=可知,t=,即运动时间与电场强度大小E和板间距离d有关。 知识点三 示波管的原理 探究新知 1.构造 示波管由电子枪、偏转电极和荧光屏组成,管内抽成真空,如图所示。 2.原理 (1)如果在偏转电极XX′之间和偏转电极YY′之间都没有加电压,电子束打在荧光屏中心,形成一个亮斑。 (2)扫描电压:XX′偏转电极接入仪器自身产生的锯齿形电压。 (3)在YY′偏转电极上加待测的周期性信号电压,并且扫描电压与信号电压的周期相同,就可以在荧光屏上得到待测信号在一个周期内随时间变化的稳定图像。 新知检测 带电粒子在电场中受静电力作用,我们可以利用电场来控制粒子,使它加速或偏转。如图所示是示波器的核心部件———示波管。请思考:示波管中电子的运动可分为几个阶段 各阶段的运动遵循什么规律 提示:示波管中电子的运动一般可分为三个阶段:第一阶段为加速,遵循动能定理;第二阶段为偏转,遵循类平抛运动规律;第三阶段为从偏转电极出来后做匀速直线运动到达荧光屏,遵循匀速运动规律。 要点一 带电粒子在电场中的加速运动 情境探究 如图所示,在真空中有一对平行金属板,两板间电势差为U,若一个质量为m、电荷量为q的带正电粒子,以初速度v0从正极板附近向负极板运动。 试结合上述情境讨论: (1)怎样计算它到达负极板时的速度大小 (2)若粒子带的是负电荷(初速度为v0),将做匀减速直线运动,如果能到达负极板,其速度是多大 (3)上述问题中,两块金属板是平行的,两板间的电场是匀强电场,如果两金属板是其他形状,中间的电场不再均匀,上面的结果是否仍然适用 为什么 答案:(1)由动能定理有qU=mv2-m,得v=。 (2)由动能定理有-qU=mv2-m,得v=。 (3)结果仍然适用。因为不管是否为匀强电场,静电力做功都可以用W=qU计算,动能定理仍然适用。 要点归纳 解答问题的基本思路 典例研习 [例1] (带电粒子在电场中的加速)(2022·北京卷, ... ...
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