带电粒子在匀强电场中的直线运动(普安示范课).doc
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参加黔西南州巡回讲学团上示范课教案（授课：黔西南州兴义一中 杨凌霄） 课 题：带电粒子在匀强电场中的直线运动上课时间：2009年12月引言：电场的基本性质是对放入其中的电荷有力的作用，带电粒子在电场中受到电场力的作用，可以处于不同的运动状态：平衡、直线运动、偏转等，前面已经学习了带电粒子在电场中的平衡状态，今天我们来学习带电粒子在匀强电场中的直线运动一、老师讲述：（边提问边讲）（一）运动状态分析带电粒子进入电场，在电场力及其他力的作用下在一条直线上做加速或减速运动二）分析方法：1、力和运动的观点（只能用于匀强电场或瞬间作用）利用牛顿运动定律加运动学公式求解2、能量的观点（既适用于匀强电场，也适用于非匀强电场）3、动量观点ABq例：一电荷量为q的带电粒子从A点以初速度v0，沿电场线平行的方向进入场强为E的匀强电场中，一段时间后到达B点，已知AB两点的电势差为U，求带电粒子到达B点的速度ｖ.（忽略带电粒子的重力）法一：力和运动的观点qE＝mav2－v02＝2adU＝Ed联立解出 法二：能量的观点：利用动能定理 解出 法三：动量的观点：动量定理 联立解出 原则上处理带电粒子在匀强电场中的直线运动问题，用三个观点均可，但要视已知条件来选择，如刚才这个问题用能量观点最简便，因已知条件中不含a、t。
若不含a、s用动量观点就简便，如直接与a有关，选力和运动的观点简便所举例子，带电粒子只受电场力作用，如还受其他力怎么办？处理方法与力学相同，只是受力分析时多出一个电场力（基本粒子不计重力）二、学生活动（一）让各小组拿出事先准备好的围绕带电粒子在匀强电场中的直线运动问题的题交换或指定其他小组解答二）拿到题的组将题张贴在全组易看到的地方，各组同学先各自独立思考，然后各组进行讨论，确定作案后，呈现在大纸上张贴出来并确定一个中心发言人三）请各组代表读题并讲解解题思路，组上其他同学补充四）请出题组及其他组的同学提问，由该组回答，老师帮助释疑未讲完的题，课后有不清楚之处，到出题组和解答组咨询，在下节课前弄懂三、小结：解决带电粒子在匀强电场中的直线运动问题，与力学一样，不外乎三大观点，只是在受力分析时多分析电场力，并注意电场力的特点，如电场力的方向、电场力做功与路径无关等备选题：（打*号为必讲题：第一题由傅骢讲、第五题由张珉讲、第四题由朱璇讲、第六题由张何洋讲、第七题由彭义权讲）*1、如图所示，平行板电容器两板间距d＝3cm，板与水平面夹角α＝370，两板所加电压为U＝100V.有一电荷量为q＝-3×10-10C的带电液滴，以v＝1m/s的水平速度自A板边缘水平进入电场，在电场中仍沿水平方向并恰好从B板边缘水平飞出. 求：（1）液谪的质量. （2）液滴飞出时的速度大小.（g取10m/s2）αdAB解析：带电液谪沿水平直线运动，合力必须沿水平方向。
其所受重力竖直向下，电场力方向只能垂直两板向上，其合力方向水平向右，作匀加速直线运动1）竖直方向平衡 （2）法一：力和运动的观点 法二： 解出hd2、如图所示，带负电的小球静止在水平放置的平行板电容器两板间，距下板h＝0.8cm，两板间的电势差为300V.如果两板间电势差减小到60V，则小球运动到极板上需多长时间？解析：原处于平衡状态，重力竖直向下，所以电场力竖直向上，U减小，电场力减小，小球将向下加速运动因要求时间所以选择力和运动的观点（未告诉速度用能量和动量观点解都较烦）两过程的联系是d不变过程一：过程二： 联立得：ABv03、如图所示，A、B为平行板电容器的两个极板，A板接地，中间开有一个小孔.现通过小孔连续不断地向电容器射入电子，电子射入小孔时的速度为v0，电子质量为m，电荷量为e.电容器原来不带电，电子射到B板时均留在B板上，求：电容器两极板间达到的最大电势差解析：电容器原来不带电，当电子打到B板上时，电容器就带上了电，AB间产生方向由A指向B的电场，此电场产生阻碍电子运动的电场力，电子将做减速运动，只要电子能达B板，电场就会进一步增强，阻碍作用增强，直到电子刚好不能达B板时，AB间电势差最大，以后不会再变化。
用能量观点：电子属基本粒子，忽略重力，只有电场力做功： 得*4、如图所示，A、B表示真空中相距为d的两平行金属板，现在 A、B间加一交变电压，电压数值为U0，方向每经过半周期变化一次.在t＝0时，A板电势高于B板电势，这时紧靠B板处有一初速为零的电子（质量为m、电量为e）在电场力作用下开始运动.要想使这电子到达A板时具有最大动能，则所加交变电压的频率最大不能超过多少？ABOU0－U0T2ＴUt解析：要使电子到达A板时具有最大动能，要求一直被加速，则 联立得 *5、静止在太空中的飞行器上，有一种装置，它利用电场加速带电粒子，形成向外发射的高速粒子流，从而对飞行器产生反冲力，使其获得加速度，已知飞行器的质量为M，发射的是2价氧离子，发射离子的功率恒为P，加速的电压为U，每个氧离子质量为ｍ，单位电荷电荷量为e，不计发射氧离子后飞行器质量的变化.求（1）射出氧离子的速度；（2）每秒钟射出的氧离子数；（3）射出离子后飞行器开始运动时的加速度.解析：（1）研究离子的加速过程，根据动能定理有 （2）设每秒钟射出的氧离子数为n，依题意 （3）对离子用动量定理可得离子与飞行器相互作用力的大小：对飞行器用牛顿第二定律：＋QBA*6、如图所示，在点电荷＋Q的电场中有A、B两点，将质子和α粒子分别从A点由静止释放到达B点时，它们的速度大小之比为多少？解析：质子和α粒子都是正离子，且为基本粒子不计重力，从A点释放将受电场力作用沿直线加速到B点。
因不是匀强电场，电场力为变力，不能用牛顿第二定律，但仍可用动能定理，设AB两点间的电势差为U（不变）：由动能定理*7、一个质量为ｍ、带有电荷－q的小物体，可沿水平轨道Ox运动，O端有一与轨道垂直的固定墙，轨道处于匀强电场中，场强大小为E，方向沿Ox轴正方向.如图所示，小物体以初速度v0从x0点沿Ox轨道运动，运动时受到大小不变的摩擦力f的作用，且f
判断如下：若能达B孔，电子需克服电场力做功W＝eU＝500eV，而电子具有的初动能只有400eV，所以电子未到B速度就减为零，反向从A射出，该过程电场力做功W＝0，据动能定理知：电子离开电场时的动能Ek＝Ek0＝400eV。
