關(guān)于帶電粒子在勻強電場(chǎng)中的運動(dòng)教學(xué)設計

關(guān)于帶電粒子在勻強電場(chǎng)中的運動(dòng)教學(xué)設計

　　一、教學(xué)目標

　　1.了解帶電粒子在電場(chǎng)中的運動(dòng)--只受電場(chǎng)力,帶電粒子做勻變速運動(dòng)。

　　2.重點(diǎn)掌握初速度與場(chǎng)強方向垂直的帶電粒子在電場(chǎng)中的運動(dòng)--類(lèi)平拋運動(dòng)。

　　3.滲透學(xué)的:運用理想化,突出主要因素,忽略次要因素,不計粒子重力。

　　二、重點(diǎn)分析

　　初速度與場(chǎng)強方向垂直的帶電粒子在電場(chǎng)中運動(dòng),沿電場(chǎng)方向(或反向)做初速度為零的勻加速直線(xiàn)運動(dòng),垂直于電場(chǎng)方向為勻速直線(xiàn)運動(dòng)。

　　三、主要教學(xué)過(guò)程

　　1.帶電粒子在電場(chǎng)中的運動(dòng)情況

　�、偃魩щ娏Ｗ釉陔妶�(chǎng)中所受合力為零時(shí),即∑F=0時(shí),粒子將保持靜止狀態(tài)或勻速直線(xiàn)運動(dòng)狀態(tài)。

　　例 帶電粒子在電場(chǎng)中處于靜止狀態(tài),該粒子帶正電還是負電?分析 帶電粒子處于靜止狀態(tài),∑F=0,mg=Eq,因為所受重力豎直向下,所以所受電場(chǎng)力必為豎直向上。又因為場(chǎng)強方向豎直向下,所以帶電體帶負電。

　�、谌簟艶≠0且與初速度方向在同一直線(xiàn)上,帶電粒子將做加速或減速直線(xiàn)運動(dòng)。(變速直線(xiàn)運動(dòng))

　　打入正電荷,將做勻加速直線(xiàn)運動(dòng)。

　　打入負電荷,將做勻減速直線(xiàn)運動(dòng)。

　�、廴簟艶≠0,且與初速度方向有夾角(不等于0°,180°),帶電粒子將做曲線(xiàn)運動(dòng)。

　　mq>Eq,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(xiàn)運動(dòng)。在第三種情況中重點(diǎn)分析類(lèi)平拋運動(dòng)。

　　2.若不計重力,初速度v0⊥E,帶電粒子將在電場(chǎng)中做類(lèi)平拋運動(dòng)。

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

　　與此相似,不計mg,v0⊥E時(shí),帶電粒子在磁場(chǎng)中將做類(lèi)平拋運動(dòng)。

　　板間距為d,板長(cháng)為L(cháng),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(chǎng)方向垂直的方向上做勻速直線(xiàn)運動(dòng),x=v0t;在沿電為側移。

　　若粒子能穿過(guò)電場(chǎng),而不打在極板上,側移量為多少呢?

　　證明

　　注:以上結論均適用于帶電粒子能從電場(chǎng)中穿出的情況。如果帶電粒子沒(méi)有從電場(chǎng)中穿出,此時(shí)v0t不再等于板長(cháng)L,應根據情況進(jìn)行分析。

　　3.設粒子帶正電,以v0進(jìn)入電壓為U1的電場(chǎng),將做勻加速直線(xiàn)運動(dòng),穿過(guò)電場(chǎng)時(shí)速度增大,動(dòng)能增大,所以該電場(chǎng)稱(chēng)為加速電場(chǎng)。

　　【例1】

　　質(zhì)量為m的帶電粒子,以初速度v0進(jìn)入電場(chǎng)后沿直線(xiàn)運動(dòng)到上極板。(1)物體做的是什么運動(dòng)?(2)電場(chǎng)力做功多少?(3)帶電體的電性?

　　分析 物體做直線(xiàn)運動(dòng),∑F應與v0在同一直線(xiàn)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(xiàn)上,所以不能忽略mg。同理電場(chǎng)力Eq應等于mg,否則合外力也不可能與v0在同一直線(xiàn)上。所以物體所受合力為零,應做勻速直線(xiàn)運動(dòng)。

　　電場(chǎng)力功等于重力功,Eg·d=mgd。

　　電場(chǎng)力與重力方向相反,應豎直向上。又因為電場(chǎng)強度方向向下,所以物體應帶負電。

　　【例2】 如圖,一平行板電容器板長(cháng)L=4cm,板間距離為d=3cm,傾斜放置,使板面與水平方向夾角α=37°,若兩板間所加電壓 U=100V,一帶電量q= 3×10-10C的負電荷以v0=0.5m/s的速度自 A板左邊緣水平進(jìn)入電場(chǎng),在電場(chǎng)中沿水平方向運動(dòng),并恰好從B板右邊緣水平飛出,則帶電粒子從電場(chǎng)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(xiàn)運動(dòng),所受合力與運動(dòng)方向在同一直線(xiàn)上,由此可知重力不可忽略 高中英語(yǔ),受力如圖所示。

　　電場(chǎng)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(chǎng)力在水平方向的分力相同。

　　根據動(dòng)能定理

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

　　撞地通過(guò)管子,可在管子上方的整個(gè)區域里加一個(gè)場(chǎng)強方向水平向左的勻強電場(chǎng)。如圖:

　　求:(1)小球的初速度v;

　　(2)電場(chǎng)強度E的大小;

　　(3)小球落地時(shí)的動(dòng)能。

　　解 小球在豎直方向做自由落體運動(dòng),水平方向在電場(chǎng)力作用下應做減速運動(dòng)。到達管口上方時(shí),水平速度應為零。

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