2021-2022学年鲁科版（2019）高中物理必修第三册2.4 带电粒子在电场中的运动 课件(共25张PPT)

(共25张PPT)
第4节 带电粒子在电场中的运动
第2章 电势能与电势差
鲁科版 （2019版） 必修3
1
带电粒子在电场中的直线运动
P45
粒子
电子e
质子p
中子n （不带电）
α粒子（氦核）
正电子
微粒 尘埃 油滴
1.1 粒子的分类和受力特点
1.2 带电粒子的直线运动
1.2.1 条件
合外力为零或合外力与速度在同一直线上
1.2.2 匀速直线运动
合外力为零
比荷（荷质比）:q/m
1
带电粒子在电场中的直线运动
1.2.3 匀加速直线运动
方法1：牛二和运动学公式
方法2：动能定理
合外力与速度方向同一方向
1
带电粒子在电场中的直线运动
1.2.4 匀减速直线运动
+
-
200V
300V
260eV
电子
拓展：匀变速直线运动
+
-
200V
+
-
1
带电粒子在电场中的直线运动
例题：　如图所示，平行金属极板的间距为d.质量为m的带电粒子，以初速度v0进入电场后沿直线运动达到上极板．
(1)带电粒子做的是什么运动？
(2)电场力做功多少？
(3)带电粒子的电性如何？
[答案]
(1)做匀速直线运动　
(2)mgd　
(3)带负电
+
-
v0
变形：
(1)带电粒子做的是什么运动？
(2) 带电粒子的电性如何？
1
带电粒子在电场中的直线运动
串列直线加速器
回旋加速器
课后作业讲评
如图所示，某直线加速器由沿轴线分布的一系列金属圆 管（漂移管 A、B、C、D、E）组成，质子从 K 点沿轴 线进入加速器并依次向右穿过各漂移管，在漂移管内做 匀速直线运动，在漂移管间被电场加速，加速电压视 为不变。设质子进入漂移管 B 时速度为 8×106 m/s，进入 漂移管 E 时速度为 1×107 m/s，漂移管间缝隙很小，质 子的电荷量与质量之比为 1×108 C/kg。求相邻漂移管间 的加速电压。
1
带电粒子在电场中的直线运动
2
带电粒子在电场中的偏转
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+










板间距d，电压U，长度L
m，q
2
带电粒子在电场中的偏转
2.1 运动状态分析
初速度v0，电场力垂直初速度v0方向
2.2 处理问题方法
化曲为直 分成两个垂直的直线运动
初速度水平向右：
匀速直线运动
电场力方向上：
初速为零的匀加速直线运动
加速度a：
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+










板间距d，电压U，长度L
m，q
重力不计
L=v0·t
2
带电粒子在电场中的偏转
侧移量y：
场强方向速度vy：
偏转角θ的正切：
v0
vy
vt
θ
2
带电粒子在电场中的偏转
v0
v
vx
vy
α
θ
θ
O
m q
x
y
U L
d
平抛运动2个有用的推论
1）速度的反向延长线与初速度的交点是位移的中点；
2）速度夹角的正切是位移夹角正切的2倍；
2
带电粒子在电场中的偏转
v0
v
v0
vy
y
y’=
θ
m
－ q
★
确定总偏移量
★确定偏转后的动能(或速度)
2
带电粒子在电场中的偏转
P47
课本例题讲解 P47
如图 所示，一质子水平射入竖直偏转电 场中，由于受到竖直方向静电力的作用，质子射出 时将发生偏转。已知质子的质量 m = 1.7×10-27 kg，电 荷量 q = 1.6×10-19 C，射入时速度 v0 = 2.0×105 m/s， 极板长 l = 4.0 cm，两极板间距离 d = 2.0 cm，极板 间电压 U = 100 V，入射方向与极板平行，不考虑 重力的影响。求质子离开电场时竖直方向偏移的距离y和偏转的角度α
2
带电粒子在电场中的偏转
课后习题讲解
如图所示，真空中有一电子以速度 v 沿着与电场强度垂 直的方向自 O 点进入匀强电场。以 O 为坐标原点建立直 角坐标系，x 轴垂直于电场方向，y 轴平行于电场方向， 在 x 轴上取 OA = AB = BC，分别自 A、B、C 点作与 y 轴平行的线，跟电子的径迹交于 M、N、P 三点，求：
（1）电子经 M、N、P 三点时，沿 y 轴的分速度之比；
（2）电子从 O 点开始每经过相等时间的动能增量之比。
2
带电粒子在电场中的偏转
例题1：一束电子流在U＝5000 V的电场作用下获得一定速度后，在距两极板等距离处垂直进入两极板间的匀强电场，如图所示，若两极间距d＝1.0 cm，板长L＝5.0 cm，那么要使电子能从平行板间飞出，两个极板上最多能加多大电压？　
【例2】 如图示，氕核、氘核、氚核三种粒子从同一位置无初速地飘入电场线水平向右的加速电场E1之后进入电场线竖直向下的匀强电场E2发生偏转,最后打在屏上.整个装置处于真空中，不计粒子重力及
其相互作用，那么(　　)
A．偏转电场E2对三种粒子做功一样多
B．三种粒子打到屏上时的速度一样大
C．三种粒子运动到屏上所用时间相同
D．三种粒子一定打到屏上的同一位置
2
带电粒子在电场中的偏转
AD
例题3、如图所示，有一带电粒子贴着A板沿水平方向射入匀强电场，当偏转电压为U1时，带电粒子沿①轨迹从两板正中间飞出；当偏转电压为U2时，带电粒子沿②轨迹落到B板中间；设粒子两次射入电场的水平速度相同，则两次偏转电压之比为(　　)
A.U1∶U2＝1∶8 B.U1∶U2＝1∶4 C.U1∶U2＝1∶2 D.U1∶U2＝1∶1
2
带电粒子在电场中的偏转
A
备选：如图为一真空示波管的示意图，电子从灯丝K发出(初速度可忽略不计)，经灯丝与A板间的电压U1加速，从A板中心孔沿中心线KO射出，然后进入两块平行金属板M、N形成的偏转电场中(偏转电场可视为匀强电场)，电子进入M、N间电场时的速度与电场方向垂直，电子经过电场后打在荧光屏上的P点.已知M、N两板间的电压为U2，两板间的距离为d，板长为L，电子的质量为m，电荷量为e，不计电子受到的重力及它们之间的相互作用力.
(1)求电子穿过A板时速度的大小；
(3)若要电子打在荧光屏上P点的上方，可采取哪些措施.
(2)求电子从偏转电场偏射出时的侧移量；
2
带电粒子在电场中的偏转
例题1： 如图甲所示，在距离足够大的平行金属板A、B之间有一电子，在A、B之间加上如图乙所示规律变化的电压，在t＝0时刻电子静止且A板电势比B板电势高，则(　 　)
A．电子在A、B两板间做往复运动
B．在足够长的时间内，电子一定会碰上A板
C．当t＝0.5T时，电子将回到出发点
D．当t＝0.5T时，电子的位移最大
3
交变电场问题
3
交变电场问题
例题2 如图甲所示,A和B是真空中正对且面积很大的平行金属板,O是一个可以连续产生粒子的粒子源,O到A、B的距离都是l.现在A、B之间加上电压,电压UAB随时间变化的规律如图乙所示.已知粒子源产生的粒子质量为m、电荷量为-q,产生的粒子在电场力作用下从静止开始运动.假设粒子一旦碰到金属板就附在金属板上不再运动,且电荷量同时消失,不影响A、B板的电势.不计粒子的重力,不考虑粒子之间的相互作用力.已知上述物理量l=0.6 m,U0=1.2×103 V,T=1.2×10-2 s,m=5×10-10 kg,q=1.0×10-7 C。
（1）在t=0时刻产生的粒子会在什么时刻到达那个极板？
（2）在t=0到t=T/2这段时间内，哪个时刻产生的粒子刚好不能到达A板？
3
交变电场问题
4
用等效法处理带电体在复合场中的运动问题
例1、如图所示，质量为 5×10-8 kg 的带电微粒以 v0 = 2 m/s 的速度 从水平金属板 A、B 左端中间水平射入，已知板长L= 10 cm， 板间距离 d = 2 cm。当 UAB = 1 000 V 时，带电微粒恰好沿直 线穿过板间。UAB 为多大时微粒从极板边沿飞出
例2　如图所示，长L＝0.20 m的丝线的一端拴一质量为m＝1.0×10－4 kg、带电荷量为q＝＋1.0×10－6 C的小球，另一端连在一水平轴O上，丝线拉着小球可在竖直平面内做圆周运动，整个装置处在竖直向上的匀强电场中，电场强度E＝2.0×103 N/C.现将小球拉到与轴O在同一水平面上的A点，然后无初速度地将小球释放，取g＝10 m/s2。求：
(1)小球通过最高点B时速度的大小；
(2)小球通过最高点时，丝线对小球拉力的大小.
4
用等效法处理带电体在复合场中的运动问题
同一方向的力先加减（求合力），再向心力公式、动能定理等；
答案：（1）2m/s （2）3×10-3N;
4
用等效法处理带电体在复合场中的运动问题
应注意“力学最低点”与“几何最低点”的区别
例3、班级为r的绝缘光滑圆环固定在竖直平面内，环上套有一个质量为m、带正电的珠子，空间存在水平向右的匀强电场，如图所示，珠子所受的电场力是重力的四分之三，将珠子从环上最低点A点由静止释放，则：
（1）珠子所能获得的最大动能是多少？
（2）珠子对环的最大压力是多少？
【综合问题】
如图所示，在E＝103 的竖直匀强电场中，有一光滑半圆形绝缘轨道QPN与一水平绝缘轨道MN在N点平滑相接，半圆形轨道平面与电场线平行，其半径R＝40 cm，N为半圆形轨道最低点，P为QN圆弧的中点，一带负电q＝10－4 C的小滑块质量m＝10 g，与水平轨道间的动摩擦因数μ＝0.15，位于N点右侧1.5 m的M处，g取10 m/s2，求：
(1)要使小滑块恰能运动到半圆形轨道的最高点Q，则小滑块应以多大的初速度v0向左运动？
(2)这样运动的小滑块通过P点时对轨道的压力是多大？
4
用等效法处理带电体在复合场中的运动问题
答案　(1)7 m/s　(2)0.6 N