關(guān)于帶電粒子在勻強(qiáng)電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)教學(xué)設(shè)計(jì)
關(guān)于帶電粒子在勻強(qiáng)電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)教學(xué)設(shè)計(jì)
一、教學(xué)目標(biāo)
1.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)。
2.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)。
3.滲透學(xué)的:運(yùn)用理想化,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(chǎng)強(qiáng)方向垂直的帶電粒子在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng),沿電場(chǎng)方向(或反向)做初速度為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng),垂直于電場(chǎng)方向?yàn)閯蛩僦本�運(yùn)動(dòng)。
三、主要教學(xué)過程
1.帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)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?fàn)顟B(tài)或勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。
例 帶電粒子在電場(chǎng)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=0,mg=Eq,因?yàn)樗苤亓ωQ直向下,所以所受電場(chǎng)力必為豎直向上。又因?yàn)閳?chǎng)強(qiáng)方向豎直向下,所以帶電體帶負(fù)電。
�、谌簟艶≠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(dòng)。(變速直線運(yùn)動(dòng))
打入正電荷,將做勻加速直線運(yùn)動(dòng)。
打入負(fù)電荷,將做勻減速直線運(yùn)動(dòng)。
�、廴簟艶≠0,且與初速度方向有夾角(不等于0°,180°),帶電粒子將做曲線運(yùn)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運(yùn)動(dòng)。在第三種情況中重點(diǎn)分析類平拋運(yùn)動(dòng)。
2.若不計(jì)重力,初速度v0⊥E,帶電粒子將在電場(chǎng)中做類平拋運(yùn)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)。
與此相似,不計(jì)mg,v0⊥E時(shí),帶電粒子在磁場(chǎng)中將做類平拋運(yùn)動(dòng)。
板間距為d,板長(zhǎng)為L(zhǎng),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運(yùn)動(dòng),x=v0t;在沿電為側(cè)移。
若粒子能穿過電場(chǎng),而不打在極板上,側(cè)移量為多少呢?
證明
注:以上結(jié)論均適用于帶電粒子能從電場(chǎng)中穿出的情況。如果帶電粒子沒有從電場(chǎng)中穿出,此時(shí)v0t不再等于板長(zhǎng)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(chǎng),將做勻加速直線運(yùn)動(dòng),穿過電場(chǎng)時(shí)速度增大,動(dòng)能增大,所以該電場(chǎng)稱為加速電場(chǎng)。
【例1】
質(zhì)量為m的帶電粒子,以初速度v0進(jìn)入電場(chǎng)后沿直線運(yùn)動(dòng)到上極板。(1)物體做的是什么運(yùn)動(dòng)?(2)電場(chǎng)力做功多少?(3)帶電體的電性?
分析 物體做直線運(yùn)動(dòng),∑F應(yīng)與v0在同一直線上。對(duì)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(chǎng)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(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(yīng)豎直向上。又因?yàn)殡妶?chǎng)強(qiáng)度方向向下,所以物體應(yīng)帶負(fù)電。
【例2】 如圖,一平行板電容器板長(zhǎng)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(fù)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(yùn)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 帶電粒子能沿直線運(yùn)動(dòng),所受合力與運(yùn)動(dòng)方向在同一直線上,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(jù)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(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(zhǎng)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(chǎng)強(qiáng)方向水平向左的勻強(qiáng)電場(chǎng)。如圖:
求:(1)小球的初速度v;
(2)電場(chǎng)強(qiáng)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(yùn)動(dòng),水平方向在電場(chǎng)力作用下應(yīng)做減速運(yùn)動(dòng)。到達(dá)管口上方時(shí),水平速度應(yīng)為零。
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