高二物理《帶電粒子在勻強(qiáng)電場中的運(yùn)動》教案

時(shí)間：2023-05-04 12:04:27 物理教案我要投稿

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　　一、教學(xué)目標(biāo)

高二物理《帶電粒子在勻強(qiáng)電場中的運(yùn)動》教案

　　1.了解帶電粒子在電場中的運(yùn)動--只受電場力，帶電粒子做勻變速運(yùn)動。

　　2.重點(diǎn)掌握初速度與場強(qiáng)方向垂直的帶電粒子在電場中的運(yùn)動--類平拋運(yùn)動。

　　3.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。

　　二、重點(diǎn)分析

　　初速度與場強(qiáng)方向垂直的帶電粒子在電場中運(yùn)動，沿電場方向(或反向)做初速度為零的勻加速直線運(yùn)動，垂直于電場方向?yàn)閯蛩僦本€運(yùn)動。

　　三、主要教學(xué)過程

　　1.帶電粒子在電場中的運(yùn)動情況

　�、偃魩щ娏Ｗ釉陔妶鲋兴芎狭榱銜r(shí)，即F=0時(shí)，粒子將保持靜止?fàn)顟B(tài)或勻速直線運(yùn)動狀態(tài)。

　　例帶電粒子在電場中處于靜止?fàn)顟B(tài)，該粒子帶正電還是負(fù)電?分析帶電粒子處于靜止?fàn)顟B(tài)，F(xiàn)=0，mg=Eq，因?yàn)樗苤亓ωQ直向下，所以所受電場力必為豎直向上。又因?yàn)閳鰪?qiáng)方向豎直向下，所以帶電體帶負(fù)電。

　�、谌�0且與初速度方向在同一直線上，帶電粒子將做加速或減速直線運(yùn)動。(變速直線運(yùn)動)

　　打入正電荷，將做勻加速直線運(yùn)動。

　　打入負(fù)電荷，將做勻減速直線運(yùn)動。

　�、廴�0，且與初速度方向有夾角(不等于0，180)，帶電粒子將做曲線運(yùn)動。

　　mqEq，合外力豎直向下v0與F夾角不等于0或180，帶電粒子做勻變速曲線運(yùn)動。在第三種情況中重點(diǎn)分析類平拋運(yùn)動。

　　2.若不計(jì)重力，初速度v0E，帶電粒子將在電場中做類平拋運(yùn)動。

　　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，在豎直方向上只受重力，做初速度為零的自由落體運(yùn)動。物體的實(shí)際運(yùn)動為這兩種運(yùn)動的合運(yùn)動。

　　與此相似，不計(jì)mg，v0E時(shí)，帶電粒子在磁場中將做類平拋運(yùn)動。

　　板間距為d，板長為L，初速度v0，板間電壓為U，帶電粒子質(zhì)量為m，帶電量為+q。

　�、倭Ｗ釉谂c電場方向垂直的方向上做勻速直線運(yùn)動，x=v0t;在沿電為側(cè)移。

　　若粒子能穿過電場，而不打在極板上，側(cè)移量為多少呢?

　　注：以上結(jié)論均適用于帶電粒子能從電場中穿出的情況。如果帶電粒子沒有從電場中穿出，此時(shí)v0t不再等于板長L，應(yīng)根據(jù)情況進(jìn)行分析。

　　3.設(shè)粒子帶正電，以v0進(jìn)入電壓為U1的電場，將做勻加速直線運(yùn)動，穿過電場時(shí)速度增大，動能增大，所以該電場稱為加速電場。

　　進(jìn)入電壓為U2的電場后，粒子將發(fā)生偏轉(zhuǎn)，設(shè)電場稱為偏轉(zhuǎn)電場。

　　【例1】

　　質(zhì)量為m的帶電粒子，以初速度v0進(jìn)入電場后沿直線運(yùn)動到上極板。

　　(1)物體做的是什么運(yùn)動?

　　(2)電場力做功多少?

　　(3)帶電體的電性?

　　分析：物體做直線運(yùn)動，F(xiàn)應(yīng)與v0在同一直線上。對物體進(jìn)行受力分析，若忽略mg，則物體只受Eq，方向不可能與v0在同一直線上，所以不能忽略mg。同理電場力Eq應(yīng)等于mg，否則合外力也不可能與v0在同一直線上。所以物體所受合力為零，應(yīng)做勻速直線運(yùn)動。

　　電場力功等于重力功，Egd=mgd。

　　電場力與重力方向相反，應(yīng)豎直向上。又因?yàn)殡妶鰪?qiáng)度方向向下，所以物體應(yīng)帶負(fù)電。

　　【例2】一平行板電容器板長L=4cm，板間距離為d=3cm，傾斜放置，使板面與水平方向夾角=37，若兩板間所加電壓 U=100V，一帶電量q= 310-10C的負(fù)電荷以v0=0.5m/s的速度自 A板左邊緣水平進(jìn)入電場，在電場中沿水平方向運(yùn)動，并恰好從B板右邊緣水平飛出，則帶電粒子從電場中飛出時(shí)的速度為多少?帶電粒子質(zhì)量為多少?

　　解：

　　分析：帶電粒子能沿直線運(yùn)動，所受合力與運(yùn)動方向在同一直線上，由此可知重力不可忽略，受力如圖所示。

　　電場力在豎直方向的分力與重力等值反向。帶電粒子所受合力與電場力在水平方向的分力相同。

　　根據(jù)動能定理

　　例：一質(zhì)量為m，帶電量為+q的小球從距地面高h(yuǎn)處以一定的初速度水平拋出。在距拋出點(diǎn)水平距離為L處，有一根管口比小球直徑略大

　　撞地通過管子，可在管子上方的整個(gè)區(qū)域里加一個(gè)場強(qiáng)方向水平向左的勻強(qiáng)電場。如圖：

　　求：(1)小球的初速度v;

　　(2)電場強(qiáng)度E的大小;

　　(3)小球落地時(shí)的動能。

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