资源简介

7-7 电荷在电场中的运动
一、教学目标
了解带电粒子在匀强电场中的加速和偏转。
了解电子射线管的构造和工作原理。
二、教学重点难点
重点：带电粒子在匀强电场中的加速和偏转，电子射线管的构造和工作原理。
难点：理解带电粒子运动过程，并能运用所学知识解决问题。
三、教学器材
计算机、投影仪、数字展示仪。
四、教学建议
教法建议
讲授法、讨论法、演示法。
教学设计方案
（一）引入新课
带电粒子在电场中要受到电场的作用产生加速度，速度大小和方向都要发生改变。人们常常根据这个原理，利用电场来控制带电粒子的运动。其应用大致可分为两种情况：一是利用电场力使带电粒子加速，一是利用电场力使带电粒子偏转。
（二）引出课程内容
1．带电粒子在电场的加速
图1所示是英国物理学家汤姆孙测定电子荷质比仪器的加速电场部分示意图。
图1 带电粒子在匀强电场中的加速
设真空中有一对平行金属板，并将它接在电压为U的电源上，质量为m、电荷量为-q的粒子以初速度由负极板小孔进入电场，在电场中被加速，当它到达正极板小孔时，电场对带电粒子所做的功为W =qU。忽略重力，带电粒子只受电场力作用，根据动能定理，电场力对带电粒子所做的功等于它的动能的改变量。即
上式反映了电场对带电粒子的加速作用。阴极射线管、显像管、电子显微镜就是根据这一原理制成的。
在研究微观粒子时，电子伏(eV)常作为能量的单位。
1 eV = 1.6×10-19 J
2．带电粒子在电场中的偏转
喷墨打印机结构简图如图2所示。
图2 喷墨打印机结构简图
设两平行偏转电极间距离为d，并接在电压为U的电源上，两板间形成匀强电场。墨汁微滴质量为m、电荷量为-q，以初速度由带电室垂直进入电场中。忽略重力，带电墨汁微滴在长为l的匀强电场中只受与方向垂直、竖直向下的电场力作用，因而发生偏转。它的运动类似物体在重力场中的平抛运动：水平方向以速度做匀速直线运动；竖直方向做初速度为零的匀加速运动，其加速度由电场力产生。忽略重力和空气阻力，不计偏转电极边缘电场不均匀的影响，电荷在竖直方向偏移的距离为
雷达、示波器等仪器中电子射线管的偏转电极就是根据这一原理设计的。
3．介绍电子射线管
带电粒子在电场中的加速和偏转，在电子射线管中得到充分利用。图3是电子射线管的机构示意图。具体图形形成包括以下三个过程：
（1）热电子发射；
（2）电子束在加速电场中被加速；
（3）电子束在水平偏转电场、竖直偏转电场中沿水平方向与竖直方向偏转。
图3 电子射线管机构示意图
（三）小结
1．带电粒子在电场中的加速，功能关系
带电粒子在电场中的偏转，离开电场是偏转的距离为
带电粒子在电场中的加速和偏转，应用于示波管、显像管、电子显微镜等。
（四）作业布置
1.p25 3、 4题 2.《技术物理练习册》（第3版）相关习题
（五）教学说明
1．带电粒子在电场中的运动，是一个综合电场力、电势能的力学问题，研究的方法与质点动力学相同，它同样遵循运动的合成与分解、力的独立作用原理、牛顿运动定律、动能定理、功能原理等力学规律。
2．电场力和重力都是恒力，在电场力作用下的运动可与重力作用下的运动类比．例如，垂直射入平行板电场中的带电粒子的运动可类比于平抛运动。

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