【正文】 ．把板向下平移一小段距離，質(zhì)點(diǎn)自點(diǎn)自由下落后將穿過孔繼續(xù)下落167。 帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)【學(xué)習(xí)目標(biāo)】（一）知識(shí)與技能．了解帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)——只受電場(chǎng)力，帶電粒子做勻變速運(yùn)動(dòng)。．重點(diǎn)掌握初速度與場(chǎng)強(qiáng)方向垂直的帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)(類平拋運(yùn)動(dòng))。．知道示波管的主要構(gòu)造和工作原理。（二）過程與方法培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用力學(xué)和電學(xué)的知識(shí)分析解決帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)。（三）情感態(tài)度與價(jià)值觀．滲透物理學(xué)方法的教育：運(yùn)用理想化方法，突出主要因素，忽略次要因素，不計(jì)粒子重力。．培養(yǎng)學(xué)生綜合分析問題的能力，體會(huì)物理知識(shí)的實(shí)際應(yīng)用【重點(diǎn)難點(diǎn)】重點(diǎn)：帶電粒子在電場(chǎng)中的加速和偏轉(zhuǎn)規(guī)律 難點(diǎn)：帶電粒子在電場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)問題及應(yīng)用。【預(yù)習(xí)】:在前面學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，本節(jié)學(xué)習(xí)處理帶電粒子在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的問題。．帶電粒子沿電場(chǎng)線方向進(jìn)入勻強(qiáng)電場(chǎng)后，由于電場(chǎng)力方向與粒子的運(yùn)動(dòng)方向在，且電場(chǎng)力是恒力，所以帶電粒子只能做。誦終決懷區(qū)馱倆側(cè)澩賾鱺罷。.帶電粒子的偏轉(zhuǎn)（限于勻強(qiáng)電場(chǎng)）（）運(yùn)動(dòng)狀態(tài)分析：帶電粒子以速度垂直于電場(chǎng)線方向飛入勻強(qiáng)電場(chǎng)時(shí)，由于電場(chǎng)力方向與粒子的初速方向，且電場(chǎng)力是恒力，所以帶電粒子只能做。醫(yī)滌侶綃噲睞齒辦銩凜贗囂。（）粒子偏轉(zhuǎn)問題的分析處理方法類似于平拋運(yùn)動(dòng)的分析處理，即應(yīng)用運(yùn)動(dòng)的合成和分解的知識(shí)方法：沿初速度方向?yàn)?，位移與時(shí)間的關(guān)系為，運(yùn)動(dòng)時(shí)間。沿電場(chǎng)力方向?yàn)槌跛俣葹榱愕膭蚣铀僦本€運(yùn)動(dòng)，加速度。離開電場(chǎng)時(shí)的偏移量離開電場(chǎng)時(shí)的偏轉(zhuǎn)角．圖示波管的結(jié)構(gòu)如圖，示波管主要由、和三部分組成。管內(nèi)抽成，電子槍通電后發(fā)射，電子在電場(chǎng)作用下被加速，然后進(jìn)入電場(chǎng)。偏轉(zhuǎn)電極一般有相互的兩組，一組控制偏轉(zhuǎn)，一組控制偏轉(zhuǎn)。電子經(jīng)過偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)后打到熒光屏上使熒光粉發(fā)光。艫當(dāng)為遙頭韙鰭噦暈糞窶適。答案：. 類平拋 勻速直線運(yùn)動(dòng) .電子槍 偏轉(zhuǎn)電極 熒光屏 真空 電子 加速 偏轉(zhuǎn) 垂直 豎直 水平 鴣湊鸛齏嶇燭罵獎(jiǎng)選鋸宮煬。【思考與討論】若帶電粒子在電場(chǎng)中所受合力∑≠，且與初速度方向有夾角(不等于176。，176。)，則帶電粒子將做什么運(yùn)動(dòng)？（曲線運(yùn)動(dòng)）引出筧驪鴨櫨懷鏇頤嶸悅廢顓鯛。．帶電粒子在電場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)（不計(jì)重力，且初速度⊥，則帶電粒子將在電場(chǎng)中做類平拋運(yùn)動(dòng)）　　復(fù)習(xí)：物體在只受重力的作用下，被水平拋出，在水平方向上不受力，將做勻速直線運(yùn)動(dòng)，在豎直方向上只受重力，做初速度為零的自由落體運(yùn)動(dòng)。物體的實(shí)際運(yùn)動(dòng)為這兩種運(yùn)動(dòng)的合運(yùn)動(dòng)。韋鋯鯖榮擬滄閡懸贖蘊(yùn)詡蟬。詳細(xì)分析講解例題。解：粒子在電場(chǎng)中做類平拋運(yùn)動(dòng)沿電場(chǎng)方向勻速運(yùn)動(dòng)所以有：①電子射出電場(chǎng)時(shí)，在垂直于電場(chǎng)方向偏移的距離為： ②粒子在垂直于電場(chǎng)方向的加速度：③由①②③得：④代入數(shù)據(jù)得：即電子射出時(shí)沿垂直于板面方向偏離電子射出電場(chǎng)時(shí)沿電場(chǎng)方向的速度不變?nèi)詾?，而垂直于電?chǎng)方向的速度：⑤故電子離開電場(chǎng)時(shí)的偏轉(zhuǎn)角為：⑥代入數(shù)據(jù)得：176?！居懻摗浚喝暨@里的粒子不是電子，而是一般的帶電粒子，則需考慮重力，上列各式又需怎樣列？指導(dǎo)學(xué)生列出。．示波管的原理（）示波器：用來觀察電信號(hào)隨時(shí)間變化的電子儀器。其核心部分是示波管（）示波管的構(gòu)造：由電子槍、偏轉(zhuǎn)電極和熒光屏組成（如圖）。（）原理：利用了電子的慣性小、熒光物質(zhì)的熒光特性和人的視覺暫留等，靈敏、直觀地顯示出電信號(hào)隨間變化的圖線。濤貶騸錟晉鎩錈撳憲騸狀張?！蜃寣W(xué)生對(duì)的【思考與討論】進(jìn)行討論。（三）小結(jié)：、研究帶電粒子在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的兩條主要線索帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)，是一個(gè)綜合電場(chǎng)力、電勢(shì)能的力學(xué)問題，研究的方法與質(zhì)點(diǎn)動(dòng)力學(xué)相同，它同樣遵循運(yùn)動(dòng)的合成與分解、力的獨(dú)立作用原理、牛頓運(yùn)動(dòng)定律、動(dòng)能定理、功能原理等力學(xué)規(guī)律．研究時(shí)，主要可以按以下兩條線索展開．鈿蘇饌?cè)A檻榪鐵樣說瀉嘆錒。（）力和運(yùn)動(dòng)的關(guān)系——牛頓第二定律根據(jù)帶電粒子受到的電場(chǎng)力，用牛頓第二定律找出加速度，結(jié)合運(yùn)動(dòng)學(xué)公式確定帶電粒子的速度、位移等．這條線索通常適用于恒力作用下做勻變速運(yùn)動(dòng)的情況．戧礱風(fēng)熗澆鄖適濘嚀贗鏃窮。（）功和能的關(guān)系——?jiǎng)幽芏ɡ砀鶕?jù)電場(chǎng)力對(duì)帶電粒子所做的功，引起帶電粒子的能量發(fā)生變化，利用動(dòng)能定理或從全過程中能量的轉(zhuǎn)化，研究帶電粒子的速度變化，經(jīng)歷的位移等．這條線索同樣也適用于不均勻的電場(chǎng)．購(gòu)櫛頁詩(shī)燦戶踐瀾襯鳳虛傘。、研究帶電粒子在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的兩類重要的思維技巧（）類比與等效電場(chǎng)力和重力都是恒力，在電場(chǎng)力作用下的運(yùn)動(dòng)可與重力作用下的運(yùn)動(dòng)類比．例如，垂直射入平行板電場(chǎng)中的帶電粒子的運(yùn)動(dòng)可類比于平拋，帶電單擺在豎直方向勻強(qiáng)電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)可等效于重力場(chǎng)強(qiáng)度值的變化等．囁奐闃頜璦躑谫瓚獸糞斃諳。（）整體法(全過程法)電荷間的相互作用是成對(duì)出現(xiàn)的，把電荷系統(tǒng)的整體作為研究對(duì)象，就可以不必考慮其間的相互作用．電場(chǎng)力的功與重力的功一樣，都只與始末位置有關(guān)，與路徑無關(guān)．它們分別引起電荷電勢(shì)能的變化和重力勢(shì)能的變化，從電荷運(yùn)動(dòng)的全過程中功能關(guān)系出發(fā)(尤其從靜止出發(fā)末速度為零的問題)往往能迅速找到解題入口或簡(jiǎn)化計(jì)算．虛齬鐮寵確嶁誄禱艫鋸偉殺?！军c(diǎn)撥】：在現(xiàn)代科學(xué)實(shí)驗(yàn)和技術(shù)設(shè)備中，常常利用電場(chǎng)來改變或控制電子的運(yùn)動(dòng)，本節(jié)課來探討一下利用電場(chǎng)使帶電粒子加速、偏轉(zhuǎn)的規(guī)律。與頂鍔筍類謾蠑紀(jì)黽廢鉞韜。一．在研究帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)時(shí)，微觀帶電粒子如電子、質(zhì)子、離子、α粒子等除有說明或有明確暗示外，處理問題時(shí)均不計(jì)重力；而帶電的液滴、小球等除有說明或有明確暗示外，處理問題時(shí)均應(yīng)考慮重力。分析帶電粒子在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)問題時(shí)，一般有兩條途徑：（） 用牛頓運(yùn)動(dòng)定律和運(yùn)動(dòng)學(xué)公式（一般是在勻強(qiáng)電場(chǎng)中）；（）用動(dòng)能定理（在非勻強(qiáng)電場(chǎng)中上述方法是最佳選擇）。結(jié)釋鏈蹌絞塒繭綻綹蘊(yùn)網(wǎng)縉。二．本節(jié)課標(biāo)及其解讀。．認(rèn)識(shí)帶電粒子在勻強(qiáng)電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)（討論帶電粒子在勻強(qiáng)電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)，只限于帶電粒子進(jìn)入電場(chǎng)時(shí)速度平行或垂直于場(chǎng)強(qiáng)的情況。但也應(yīng)注意帶電粒子在勻強(qiáng)電場(chǎng)中的平衡類問題。）．了解示波器的基本原理（包括示波器的結(jié)構(gòu)、加速和偏轉(zhuǎn)。）餑詘鉈鯔縹評(píng)繒肅鮮驃換嚨。 三．電粒子在勻強(qiáng)電場(chǎng)中做類平拋運(yùn)動(dòng)是本節(jié)課重點(diǎn)，教學(xué)難點(diǎn)為對(duì)帶電粒子在勻強(qiáng)電場(chǎng)中做類平拋運(yùn)動(dòng)的側(cè)移距離、偏向角的討論。教學(xué)易錯(cuò)點(diǎn)是對(duì)帶電粒子在電場(chǎng)中的加速，同學(xué)會(huì)不分電場(chǎng)是否是勻強(qiáng)電場(chǎng)，而直接用牛頓定律求解。教材重視的問題有兩個(gè)：．帶電粒子在電場(chǎng)中加速和平衡問題；．帶電粒子在電場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)問題爺纜鉅摯騰廁綁藎箋潑鳥輳?！菊n堂探究】：一．教材例中的加速電場(chǎng)為勻強(qiáng)電場(chǎng)和非勻強(qiáng)電場(chǎng)答案都是一樣的，因?yàn)殡妶?chǎng)力做功僅由初末位值的電勢(shì)差有關(guān)，和是否為勻強(qiáng)電場(chǎng)無關(guān)。此外，電粒子在勻強(qiáng)電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)跟重物在重力場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)相似，有時(shí)像自由落體運(yùn)動(dòng)，有時(shí)像拋體運(yùn)動(dòng)，以初速度是否為零而定。錁熾邐繒薩蝦竇補(bǔ)飆贗轤濕。 二．對(duì)于示波器原理的講解，在教學(xué)中可以給學(xué)生演示一下用示波器觀察電信號(hào)隨時(shí)間變化的波形圖，先打開一個(gè)示波器的一邊外殼（可以用有報(bào)廢的示波器），讓學(xué)生對(duì)示波器的結(jié)構(gòu)有一個(gè)直觀的認(rèn)識(shí)，再?gòu)睦碚撋戏治鍪静ㄆ鞯墓ぷ髟怼鐟贻o鑽襉倆瘋謅琿鳳紂鱟?！镜淅觥浚海　?圖【例】　如圖所示，水平放置的、兩平行板相距，上板帶正電，現(xiàn)有質(zhì)量為、帶電量為的小球在板下方距離板為處，以初速υ豎直向上從板小孔進(jìn)入板間電場(chǎng)，欲使小球剛好打到板，、間電勢(shì)差為多少？轉(zhuǎn)厙蹺僉詘腳瀕諮閥糞嶁藹。解析　對(duì)小球運(yùn)動(dòng)的全過程根據(jù)動(dòng)能定理列式()υ圖－－[υ()]()拓展　試用牛頓運(yùn)動(dòng)定律和運(yùn)動(dòng)學(xué)公式重解一下?！纠恳皇娮恿髟诮?jīng)的加速電壓加速后，在距兩極板等距處垂直進(jìn)入平行板間的勻強(qiáng)電場(chǎng)，如圖－－所示，若兩板間 ，板長(zhǎng)，那么，要使電子能從平行板間的邊緣飛出，兩個(gè)極板上最多能加多大電壓？嬤鯀賊灃謁麩溝賚淶鋸餓嶁?！窘馕觥拷馕觯弘娮咏?jīng)加速時(shí)，根據(jù)動(dòng)能定理可得：電子飛入平行板在水平方向：＝在豎直方向:由以上各式解得：即要使電子能飛出，所加電壓最大為?！键c(diǎn)評(píng)〗此題是一個(gè)較典型的帶電粒子先加速再偏轉(zhuǎn)的題目。通過該題認(rèn)真體會(huì)求解這類問題的思路和方法，并注意解體格式的規(guī)范化。粒子恰能飛出極板和粒子恰不能飛出極板，對(duì)應(yīng)著同一臨界狀態(tài)，根據(jù)題意找出臨界狀態(tài)，由臨界狀態(tài)來確定極值，也是求解極值問題的常用方法。訊鎬謾蟈賀綜樞輒鎖廩諭銥。圖【例】?jī)善叫薪饘侔濉⑺椒胖?，一個(gè)質(zhì)量的帶電微粒以υ的水平初速度從兩板正中央位置射入電場(chǎng)，如圖所示，、兩板間的距離，板長(zhǎng)。求：兒躉讀閌軒鯀擬釔標(biāo)藪疇礎(chǔ)。（）當(dāng)、間的電壓時(shí)，微粒恰好不偏轉(zhuǎn)，沿圖中直線射出電場(chǎng)，求該粒子的電量。（）令板接地，欲使該微粒射出偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)，求板所加電勢(shì)的范圍。解析：（）當(dāng)時(shí)，重力跟電場(chǎng)力平衡，微粒沿初速方向做勻速直線運(yùn)動(dòng)，由得：＝２１０－９。因重力方向豎直向下，故電場(chǎng)力方向必須豎直向上。又場(chǎng)強(qiáng)方向豎直向下（）,所以微粒帶負(fù)電?？壧A詞嗇適籃異銅鑑驃噴麗。（）當(dāng)時(shí)，帶電微粒向上偏。設(shè)微粒恰好從上板右邊緣飛出時(shí)板電勢(shì)為φ１，因φ，所以φ。此時(shí)，微粒在水平方向做勻速運(yùn)動(dòng)，在豎直方向作加速度φ()的勻加速運(yùn)動(dòng)，由 和υ得φ１(υ)。鮒簡(jiǎn)觸癘鈄餒嬋鏘戶潑閡諏。當(dāng)時(shí)，帶電微粒向下偏轉(zhuǎn)，豎直方向加速度φ，同理可得φ２。所以，要使微粒射出偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)，板電勢(shì)φ應(yīng)滿足：φ。拓展　請(qǐng)確定射出電場(chǎng)的帶電微粒的動(dòng)能值范圍?！救S達(dá)標(biāo)】：【訓(xùn)練】:．一帶電粒子在電場(chǎng)中只受電場(chǎng)力作用時(shí)，它可能出現(xiàn)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)是 ( )．勻速直線運(yùn)動(dòng) ．勻加速直線運(yùn)動(dòng)．勻變速曲線運(yùn)動(dòng) ．勻速圓周運(yùn)動(dòng)．對(duì)公式的適用條件，正確的有 （ ）．只適用于勻強(qiáng)電場(chǎng)中，的帶電粒子被加速．只適用于勻強(qiáng)電場(chǎng)中，粒子運(yùn)動(dòng)方向和場(chǎng)強(qiáng)方向平行的情況．只適用于勻強(qiáng)電場(chǎng)中，粒子運(yùn)動(dòng)方向和場(chǎng)強(qiáng)方向垂直的情況．適用于任何電場(chǎng)中，的帶電粒子被加速.(海南 )一平行板電容器中存在勻強(qiáng)電場(chǎng)，電場(chǎng)沿豎直方向。兩個(gè)比荷（即粒子的電荷量與質(zhì)量之比）不同的帶正電的粒子和，從電容器邊緣的點(diǎn)（如圖）以相同的水平速度射入兩平行板之間。測(cè)得和與電容器的撞擊點(diǎn)到入射點(diǎn)之間的水平距離之比為∶。若不計(jì)重力，則和的比荷之比是（ ）瞇毆蠐謝銀癩嘮閣蹺贗襝攖。．∶ ．∶ ．∶ ．∶. 如圖所示，有三個(gè)質(zhì)量相等，分別帶正電，負(fù)電和不帶電的小球，從上、它們分別落到、三點(diǎn)，則（）閔屢螢馳鑷雋劍頌崗鳳測(cè)際。圖帶正電、不帶電、帶負(fù)電.三小球在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)間相等.在電場(chǎng)中加速度的關(guān)系是.到達(dá)正極板時(shí)動(dòng)能關(guān)系【提升】:圖. 如圖所示，三個(gè)平行金屬板、相距，相距， 三個(gè)金屬板上分別有三個(gè)小孔、三個(gè)金屬板接到電動(dòng)勢(shì)為和的兩個(gè)電源上， ，在孔右側(cè)放一個(gè)帶負(fù)電質(zhì)點(diǎn)，由靜止釋放后，質(zhì)點(diǎn)將向右運(yùn)動(dòng)，穿過孔，到達(dá)后再返回孔，則有(　)檁傷葦開閾燈傘饉諧糧茲繃。．將板平行向右移動(dòng)一小段距離，再釋放帶電質(zhì)點(diǎn)，質(zhì)點(diǎn)仍將運(yùn)動(dòng)到點(diǎn)返回．將板平行向右移動(dòng)一小段距離，再釋放帶電質(zhì)點(diǎn)，質(zhì)點(diǎn)將向右運(yùn)動(dòng)，并越過點(diǎn)返回．若將板平行向右移動(dòng)足夠遠(yuǎn)，再釋放帶電質(zhì)點(diǎn)，質(zhì)點(diǎn)能夠穿過孔．若將帶電質(zhì)點(diǎn)放在孔左側(cè)，由靜止釋放，它一定能穿過孔圖.如圖所示，電子在電勢(shì)差為的加速電場(chǎng)中由靜止開始運(yùn)動(dòng)，然后射入電勢(shì)差為的兩塊平行極板間的偏轉(zhuǎn)勻強(qiáng)電場(chǎng)中，在滿足電子能射出平行極板區(qū)的條件下，下述四種情況中，一定能使電子的偏轉(zhuǎn)角θ變大的是（ ）鄭餼腸絆頎鎦鷓鮞嚶錳鉻廄。．變大、變大　　?。冃?、變大．變大、變小　　?。冃　⒆冃D. 如圖所示，質(zhì)量為，電量為的電子，從點(diǎn)以速度垂直場(chǎng)強(qiáng)方向射入勻強(qiáng)電場(chǎng)中，從點(diǎn)射出電場(chǎng)時(shí)的速度方向與電場(chǎng)線成角，則、兩點(diǎn)間的電勢(shì)差是多少？棄鈾縫遷馀氣鰷鸞覲廩脫轉(zhuǎn)。解析：電子從運(yùn)動(dòng)到的過程中，電場(chǎng)力對(duì)電子做正功，由動(dòng)能定理和幾何關(guān)系有： ； ； . 質(zhì)量為、帶電量為的小球從距地面高度為處以一定的初速度水平拋出，在距拋出點(diǎn)水平距離為處，有一根管口比小球直徑略大的豎直細(xì)管，管的上口距地面為，為使小球能無碰撞地通過管子，可在管子上方的整個(gè)區(qū)域加上一個(gè)場(chǎng)強(qiáng)方向水平向左的勻強(qiáng)電場(chǎng)，如圖所示。求：調(diào)誶續(xù)鷚髏鋮饅喪劉藪顯澮。（）小球的初速度；（）電場(chǎng)強(qiáng)度的大小；（）小球落地時(shí)的動(dòng)能。解：要使小球無碰撞地通過管子，小球運(yùn)動(dòng)到管口的速度方向應(yīng)豎直向下。因此小球在水平方向上作勻減速運(yùn)動(dòng)，在豎直方向上作自由落體運(yùn)動(dòng)。則有：厲聳紐楊鱔晉頇兗蓽驃鶚騅。 ， ， 聯(lián)立以上三式得： ， 對(duì)小球從拋出到落地的全過程應(yīng)用動(dòng)能定理，有：所以小球落地時(shí)的動(dòng)能為：24 /