物理人教版（2019）必修第三册10.5带电粒子在电场中的运动（共19张ppt)

(共19张PPT)
第十章 静电场中的能量
10.5 带电粒子在电场中的运动
【知识回顾】
●电容器基本概念、结构、符号及作用；
●电容器的充电和放电；
●电容的定义、单位、定义式、决定式；
●平行板电容器的电容决定因素的探究；
●平行板电容器的动态分析；
【新课导入】
带电粒子处于电场中
受电场力
产生加速度
改变运动状态
说明：带电粒子在电场中运动时要注意分析是否考虑粒子的重力．
一是认真审题，题干有明确的说明；
二是注意区分研究对象：
如电子、质子、α粒子、离子等除有说明或明确的暗示以外，一般都不考虑重力(但并不忽略质量)；
如液滴、油滴、尘埃、小球等除有说明或明确的暗示以外，一般都不能忽略重力．
一、带电粒子在电场中的加速
1. 如图所示，在真空中有一对平行金属板，左、右极板分别接在电源的正、负极上，充电后两极板间的电势差为U.现有一质量为m、带电荷量为e的质子，在电场力的作用下由静止开始从正极板向负极板运动．
(1) 质子做何种性质的运动？(2) 试用两种不同的方法求出质子到达负极板时的速度大小。
(3) 若两极板间距为d，则加速时间为多长？
质子将做匀加速直线运动
例题：如图 10.5-1 甲，某装置中，多个横截面积相同的金属圆筒依次排列，其中心轴线在同一直线上，圆筒的长度依照一定的规律依次增加。序号为奇数的圆筒和交变电源的一个极相连，序号为偶数的圆筒和另一个极相连。
　　交变电源两极间的电势差的变化规律如图 10.5-1 乙所示。在 t＝0 时，奇数圆筒相对偶数圆筒的电势差为正值，此时位于和偶数圆筒相连的金属板（序号为 0）中央的一个电子，在圆板和圆筒1之间的电场中央由静止开始加速，沿中心轴线冲进圆筒 1 。
　　为使电子运动到圆筒与圆筒之间各个缝隙中都能恰好使静电力方向跟运动方向相同不断加速，圆筒长度的设计必须遵照一定的规律。若已知电子的质量为 m、电子的电荷量为 e、电压的绝对值为 u，周期为 T，电子通过圆筒间隙的时间可以忽略不计。则金属圆筒的长度和它的序号之间有什么定量的关系？第 n 个金属圆筒的长度应该是多少？
图 10.5-1 甲
图 10.5-1 乙
解　设电子进入第 n 个圆筒后的速度为 v，根据动能定理：
neu＝ mv2
得：v＝
　 第n个圆筒的长度为
l＝vt＝＝
　　圆筒的长度跟圆筒序号的平方根成正比，第 n 个圆筒的长度是 。
训练1. 炽热的金属丝可以发射电子．如图所示，在金属丝和金属板之间加以电压 U＝2 500 V，发射出的电子在真空中加速后，从金属板的小孔穿出．电子穿出时的速度有多大？(设电子刚刚离开金属丝时的速度为零．电子的质量m＝0.9×10－30 kg，电子的电荷量e＝1.6×10－19 C)
【答案】3.0×107 m/s.
1. 如图所示，带电粒子质量为m、电荷量为＋q，其初速度v0与电场方向垂直，平行金属板内的电场可视为匀强电场，金属板长为L，两板间距为d，电势差为U，粒子最终能飞出匀强电场．
(1) 试说明带电粒子的受力情况及运动情况．(2) 用何种方法处理带电粒子的运动？(3) 求粒子在电场中的运动时间．(4) 求粒子在电场中沿电场力方向的运动距离y.(5) 求粒子在电场中运动时速度的偏转角α.(6) 试说明粒子射出电场时速度的偏转角α与位移的偏转角θ的关系．
二、带电粒子在电场中的偏转
（1）
（2）
（3）
（4）
（5）
（6）
训练2：如图所示，两极板与电源相连接，电子从负极板边缘垂直电场方向射入匀强电场，且恰好从正极板边缘飞出，现在使电子入射速度变为原来的两倍，而电子仍从原位置射入，且仍从正极板边缘飞出，则两极板的间距应变为原来的(　　) A. 2倍　　 B. 4倍 C. 1/2倍　　 D. 1/4倍
C
三、带电粒子在电场中的偏转
+
+
+
+
+
+
-
-
-
-
-
-
φ
v
v0
vy
y
+
_
U1
U2
v0
L
-q
m
1.作用：观察电信号随时间变化的情况
2.组成：示波管（内部是真空的），由电子枪、偏转电极和荧光屏组成。
3.原理：
（1）偏转电极不加电压：从电子枪射出的电子将沿直线运动，射到荧光屏的中心点形成一个亮斑。
（2）仅在YY ’（或XX ’）加电压；
（3）在YY ’和XX ’上都加电压；
四、示波器
1.如果偏转电极XX'之间和偏转电极YY'之间都不加电压，电子枪发射出电子，最后打在荧光屏上的位置在哪里？
亮斑
X'
X
Y
Y'
2.如果偏转电极XX'之间不加电压，而在偏转电极YY'之间加不变的电压（Y正、Y’负)，电子将打在荧光屏上什么位置？试着标出。
亮斑
3.如果偏转电极YY'之间不加电压，而在偏转电极XX'之间加不变的电压（X正、X’负)，电子将打在荧光屏上什么位置？试着标出。
亮斑
X'
X
Y
Y'
X'
X
Y
Y'
4.如果偏转电极XX'之间不加电压，而在偏转电极YY'之间加正弦电压，在荧光屏上将看到什么图形，试着画出。
5.如果偏转电极YY'之间还是上述正弦电压，而在偏转电极XX'之间加不变的电压（X正、X’负)，在荧光屏上将看到什么图形，试着画出。
X'
X
Y
Y'
X'
X
Y
Y'
6.如果偏转电极YY'之间还是上述正弦电压，而在偏转电极XX '之间加不变的电压（X负、X’正)，在荧光屏上将看到什么图形，试着画出。
7.如果偏转电极YY'之间还是上述正弦电压，而在偏转电极XX'之间加扫描电压（锯齿状)，在荧光屏上将看到什么图形，试着画出
X'
X
Y
Y'
X'
X
Y
Y'
如果在XX’偏转板上加扫描电压的同时，在YY’偏转板上加随时间而变化的电压（周期与扫描电压相同），我们就可以在荧光屏上看到与YY’偏转板上的电压随时间而变化的情况相同的波形
训练3.如图所示，静止的电子在加速电压U1的作用下从O经P板的小孔射 出，又垂直进入平行金属板间的电场，在偏转电压U2的作用下偏转一段距离．现使U1加倍，要想使电子的轨迹不发生变化，应该(　　)
A.使U2变为原来的2倍
B.使U2变为原来的4倍
C.使U2变为原来的1/2倍
D.使U2变为原来的1/4倍
拓展，若要电子离开极板时侧移增大，应该如何调整U1U2？
答：可以减小U1增大U2。
A