名师精编人教版高中物理选修3-1第一章第9节带电粒子在匀强电场中的运动学案.doc

……………………………………………………………名校名师推荐………………………………………………… PAGE PAGE 1 第9节 带电粒子在匀强电场中的运动 学习目标 1．掌握带电粒子在电场中的运动规律； 2．会计算相关的问题。 知识梳理 1．带电粒子的加速 (1)动力学分析：带电粒子沿与电场线平行方向进入电场，受到的电场力与运动方向在同一直线上，做加(减)速直线运动，如果是匀强电场，则做匀加(减)速运动． (2)功能关系分析：粒子只受电场力作用，动能变化量等于电势能的变化量． (初速度为零)； 此式适用于一切电场． 2．带电粒子的偏转 (1)动力学分析：带电粒子以速度v0垂直于电场线方向飞入两带电平行板产生的匀强电场中，受到恒定的与初速度方向成900角的电场力作用而做匀变速曲线运动 (类平抛运动)． (2)运动的分析方法(看成类平抛运动)： ①沿初速度方向做速度为v0的匀速直线运动． ②沿电场力方向做初速度为零的匀加速直线运动． 例1、如图所示，两板间电势差为U，相距为d，板长为L．—正离子q以平行于极板的速度v0射入电场中，在电场中受到电场力而发生偏转，则电荷的偏转距离y和偏转角θ为多少? 解析：电荷在竖直方向做匀加速直线运动，受到的力F＝Eq＝Uq/d 由牛顿第二定律，加速度a = F/m = Uq/md 水平方向做匀速运动，由L = v0t得t = L/ v0 由运动学公式可得： 带电离子在离开电场时，竖直方向的分速度：v⊥ 离子离开偏转电场时的偏转角度θ可由下式确定： 电荷射出电场时的速度的反向延长线交两板中心水平线上的位置确定：如图所示，设交点P到右端Q的距离为x，则由几何关系得： 答案：见解析 例2、两平行金属板相距为d，电势差为U，一电子质量为m，电荷量为e，从O点沿垂直于极板的方向射出，最远到达A点，然后返回，如图所示，OA＝h，此电子具有的初动能是 ( ) A． B．edUh C． D． 解析：电子从O点到A点，因受电场力作用，速度逐渐减小，根据题意和图示可知，电子仅受电场力，由能量关系：，又E＝U／d，，所以. 答案：D． 例3、一束质量为m、电荷量为q的带电粒子以平行于两极板的速度v0进入匀强电场，如图所示．如果两极板间电压为U，两极板间的距离为d、板长为L．设粒子束不会击中极板，则粒子从进入电场到飞出极板时电势能的变化量为 ．(粒子的重力忽略不计) 解析：水平方向匀速，则运动时间t ＝L/ v0 ① 竖直方向加速，则侧移 ② 且 ③ 由①②③得 则电场力做功 由功能原理得电势能减少了 答案：减少 例4、如图所示，离子发生器发射出一束质量为m，电荷量为q的离子，从静止经加速电压U1加速后，获得速度，并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，以速度离开电场，已知平行板长为，两板间距离为d，求： ①的大小； ②离子在偏转电场中运动时间； ③离子在偏转电场中受到的电场力的大小F； ④离子在偏转电场中的加速度； ⑤离子在离开偏转电场时的横向速度； ⑥离子在离开偏转电场时的速度的大小； ⑦离子在离开偏转电场时的横向偏移量y； ⑧离子离开偏转电场时的偏转角θ的正切值tgθ 解析：①不管加速电场是不是匀强电场，W＝qU都适用，所以由动能定理得： ②由于偏转电场是匀强电场，所以离子的运动类似平抛运动． 即：水平方向为速度为v0的匀速直线运动，竖直方向为初速度为零的匀加速直线运动． ∴在水平方向 ③ F=qE= ④ ⑤ ⑥ ⑦（和带电粒子q、m无关，只取决于加速电场和偏转电场） 答案： 见解析 基础演练 1．如图所示，电子由静止开始从A板向B板运动，当到达B板时速度为v，保持两板间电压不变．则 ( ) A．当增大两板间距离时，v也增大 B．当减小两板间距离时，v增大 C．当改变两板间距离时，v不变 D．当增大两板间距离时，电子在两板间运动的时间延长 2．如图所示，两极板与电源相连接，电子从负极板边缘垂直电场方向射入匀强电场，且恰好从正极板边缘飞出，现在使电子入射速度变为原来的两倍，而电子仍从原位置射入，且仍从正极板边缘飞出，则两极板的间距应变为原来的 ( ) A．2倍 B．4倍 C．