高中物理 选修3-1 第一章 第九节 带电粒子在电场中的应用 学案 导学案

高二年级，物理学科选修3——1
课题：第一章、第九节、带电粒子在电场中的应用课型：新授课【学习目标】
（一）知识与技能
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）过程与方法
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。

学习重点：带电粒子在匀强电场中的运动规律。

学习难点：运用电学知识和力学知识综合处理偏转问题。

【学生自主学习】
一、基础知识诱思:
带电粒子在电场中会受到电场力的作用，就像重力场中的物体会受到重力一样。

当带电粒子在电场中只受电场力的作用时，会做什么样的运动呢？物理中遇到一些问题时往往研究一个较为特殊、较为简单的情形，在这里我们只研究带电粒子运动方向与电场平行和垂直情况下的加速和偏转问题。

二、新课预知：
（一）、带电粒子的加速
1．带电粒子：对于质量很小的带电粒子，如电子、质子等，虽然它们也会受到万有引力(重力)的作用，但一般来说________静电力，可以忽略。

2．带电粒子被加速：在匀强电场E中，被加速的粒子电荷量为q，质量为m，从静止开始加速的距离为d，加速后的速度为v，这些物理量间的关系满足________：。

在非匀强电场中，若粒子运动的初末位置的电势差为U，动能定理表达为：________。

一般情况下带电粒子被加速后的速度可表示成：。

（二）、带电粒子的偏转
带电粒子的电荷量为q，质量为m，以初速度垂直电场线射入两极板间的
匀强电场。

板长为、板间距为d，两极板间的电势差为U。

1．粒子在的方向上做________直线运动，穿越两极板的时间为：________。

2．粒子在垂直于的方向上做初速度__________的________速直线运动：加速
度为：。

粒子离开电场时在电场方向上偏离原射入方向的距离称为________距离，用y表示，离开电场时速度方向跟射入时的初速度方向的夹角称为__________，用
θ表示。

偏移距离为：y＝＝__________，偏转角：tanθ＝＝__________。

（三）、示波管的原理
1．示波管的构造：示波管是一个真空电子管，主要由三部分组成，分别是：____________、两对__________和____________。

2．示波管的基本原理：电子在加速电场中被________，在偏转电场中被________。

电子枪的作用是：发射电子后把电子，偏转电极上加的是待显示的电压，电极上接入示波管自身产生的锯齿形电压，叫做电压。

【教师精讲点拨】
1、带电粒子加速问题
（1）运动状态分析：带电粒子沿与电场线平行的方向进入匀强电场，受到的静电力与运动方向在同一直线上，做运动。

（2）用牛顿运动定律和运动学公式分析：带电粒子平行于电场方向进入匀强电场，则带电粒子做运动，可由电场力求得加速度，进而求出末速度、位移或时间。

（3）用功能观点分析：粒子动能的变化量等于静电力（忽略重力）做的功（电场可以是匀强电场或非匀强电场）
若粒子的初速度为零,则
若粒子的初速度不为零,则
2、带电粒子的偏转
（1）运动状态分析：带电粒子以速度垂直于电场线方向飞入匀强电场时，受
到恒定的与初速度方向成90°角的电场力作用而做匀变速曲线运动，类似于平抛运动．
（2）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知识分析处理。

沿初速度方向的分运动为匀速直线方向，运动时间;
沿电场力方向的分运动为初速度为零的匀加速直线运动
加速度。

离开电场时的偏角= = = =
离开电场时的偏转距离y= =
离开电场时位移与初速度夹角的正切=
【典例分析】
1、（中）带电粒子在电场中的加速
如图所示，A和B是两个相同的带电小球，可视为质点，质量均为
m，电荷量均为q。

A固定在绝缘地面上，B放在它的正上方的一
块绝缘板上。

当手持绝缘板，使B从静止开始以恒定的加速度a（a
＜g）竖直下落h时，B与绝缘板脱离。

若静电力常量为k。

求：
（1）B脱离绝缘板时的动能。

（2）B在脱离绝缘板前的运动过程中，静电力和板的支持力对B做功的代数和W。

（3）B脱离绝缘板时离A的高度x。

2、（难）带电粒子在电场中的偏转
如图所示，一束带电粒子（不计重力）垂直电场方向进
入偏转电场，试讨论在以下情况中，粒子应具有什么条
件，才能得到相同的偏转距离y和偏转角θ，已知粒子
的电荷量为q，质量为m，极板长度，间距d，电势差为U，、d、U为定值，
q、m为不定值。

(1)以相同的初速度进入偏转电场；
(2)以相同的初动能进入偏转电场；
(3)先由同一电场直线加速后再进入偏转电场。

随堂练习
1、（易）下列粒子从静止状态经过电压为U的电场加速后，速度最大的是（）。

A.质子（）
B.氘核（）
C.粒子（）
D.钠离子（）
2．（易）两平行金属板间为匀强电场，不同的带电粒子都以垂直于电场线的方向飞入该匀强电场(不计重力)，要使这些粒子经过匀强电场后有相同大小的偏转角，则它们应具备的条件是（）
A．有相同的动能和相同的比荷
B．有相同的动量(质量与速度的乘积)和相同的比荷
C．有相同的速度和相同的比荷
D．只要有相同的比荷就可以
3.（难）如图所示，两个电子a和b先后以大小不同的速度，
从同一位置沿垂直于电场的方向射入匀强电场中，其运动
轨迹如图所示，那么（）。

A．b电子在电场中运动的时间比a长
B．b电子初速度比a大
C．b电子离开电场时速度比a大
D．b电子离开电场时加速度比a大
4．（难）如图所示，一个带负电的油滴以初速度v
从P点倾斜
向上进入水平方向的匀强电场中，若油滴达到最高点时速度大
小仍为v0，则油滴的最高点位置是（）。

A．在P点左上方
B．在P点右上方
C．在P点正上方
D．上述情况都可能
5．（难）如图所示，在绝缘的水平面上方存在着匀强电场，电
场方向如图所示，水平面上的带电金属块在水平拉力F的作用
下沿水平面移动．已知金属块在移动的过程中，外力F做功32 J，
金属块克服电场力做功8.0 J，金属块克服摩擦力做功16 J，则在此过程中金属块的（）。

A．动能增加8.0 J B．电势能增加24 J
C．机械能减少24 J D．机械能增加48 J
第一章第九节带电粒子在电场中的运动
第二课时: (学生练案)
1、（易）某电场的一条电场线如图所示，在正电荷从A点移到B点
的过程中：（）
A、电场力对电荷做正功
B、电场力对电荷不做功
C、电荷克服电场力做功
D、电势能增加
2、（易）带电粒子在电场中运动时（）
A．速度总沿着电场线的切线，加速度不一定沿电场线切线
B．加速度总沿着电场线的切线，速度不一定沿电场线切线
C．速度和加速度都沿着电场线的切线
D．速度和加速度都不一定沿着电场线的切线
3、（中）如图所示P和Q为两平行金属板，板间电压为U，在P板附
近有一电子由静止开始向Q板运动，关于电子到达Q板时的速率，
下列说法正确的是：（）
A、两板间距离越大，加速时间越长，获得的速率就越大
B、两板间距离越小，加速度越大，获得的速率就越大
C、与两板间距离无关，仅与加速电压U有关
D、以上说法都不正确
4、（难）如图所示在一匀强电场中，有两个平行的电势不同的等势面A
和C，在它们的正中间放入一个金属网B，B接地。

现有一正电荷只在
电场力的作用下垂直于等势面方向运动，经过A时动能为20J，穿过B
到达C时动能减为零，那么在该正电荷运动过程中，当它的电势能为
5J时，它的动能为：（）
A、20J
B、15J
C、10J
D、5J
5、（易）电子以初速度v0沿垂直场强方向射入两平行金属板中间的匀强电场中，现增大两板间的电压，但仍使电子能够穿过平行板间，则电子穿越平行板所需要的时间：（）
A、随电压的增大而减小
B、随电压的增大而增大
C、加大两板间距离，时间将减小
D、与电压及两板间距离均无关
6、（易）带电粒子垂直进入匀强电场中偏转时（除电场力外不计其它力的作用）：（）
A、电势能增加，动能增加
B、电势能减小，动能增加
C、电势能和动能都不变
D、上述结论都不正确
7、（难）如图所示，一带电粒子沿与电场线垂直的方向从电场中央进入两平行金属板间的匀强电场，已知粒子的带电量为q，两板间的电势差为U，则粒子运动
过程中（）
A、若粒子从电场中射出，则粒子动能增加了qU
B、若粒子从电场中射出，则电场力一定对粒子做了qU/2的功
C、若粒子打在极板上，则电场力一定对粒子做了qU/2的功
D、若粒子打在极板上，则粒子的动能一定增加了qU
8、（中）一静止电子开始经电压为U1的加速电场加速后，又垂直于电场线进入电压为U2的两平行金属板间的偏转电场，射出偏转电场时沿电场线方向偏移量为y，要使y增大，则应：（）
A、U1、U2都增大
B、U1、U2都减小
C、U1减小、U2增大
D、U1增大、U2减小
9、（中）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两点间的电势差为多少？
10、（难）一初速度为零的带电粒子经电压为U=4.0×103V的匀强电场加速后，获得5.0×103m/s的速度，粒子通过加速电场的时间t=1.0×10-4s，不计重力作用，则带电粒子的荷质比为多大？匀强电场的场强为多大？粒子通过电场过程中的位移为多大？
教学反思：
答案:
典例分析
1、（1）
（2）
（3）
2、（1）比荷相同
（2）电荷量相同
（3）无影响
学生练案
1-5ACAAA
课后达标
1-5ADCDD
6-8BCC
9、
10、（1）（2）（3）0.25m。