物理人教版（2019）必修第三册10.5带电粒子在电场中运动（共20张ppt）

(共20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
学习目标
1.会分析带电粒子在电场中的直线运动，掌握求解带电粒子直线运动问题的两种方法.
2.会用运动的合成与分解的知识，分析带电粒子在电场中的偏转问题.
一、复习旧课
1、电场力与场强之间的关系：
2、电势差与场强之间的关系：
3、电场力做功与电势差的关系：
4、牛顿第二定律：
5、动能定理：
6、平抛运动规律：
（匀强电场）
速度规律：
位移规律：
1、带电粒子在电场中受到电场力作用产生加速度,其速度的大小和方向都有可能发生变化。对带电粒子在电场中的运动，从受力的角度来看，遵循牛顿运动定律，从做功的角度来看，遵循能的转化和守恒定律。带电粒子在电场中运动主要分三种情形：
（1）匀速直线运动 （平衡问题）
（2）匀加速直线运动（加速问题）
（3）匀加速曲线运动 （偏转问题）
二、引入新课
（3）某些带电体是否考虑重力，要根据题目暗示或运动状态来判定。
2、带电粒子的分类：
（1）基本粒子：如电子，质子，α粒子，正负离子等，这些粒子所受重力和电场力相比小得多，一般都不考虑重力。
（2）带电微粒：如带电小球、液滴、尘埃等。除非有说明或明确的暗示以外，一般都考虑重力。
如图所示，在真空中有一对平行金属板，两板间加以电压U。两板间有一带正电荷的带电粒子q。它在电场力的作用下，由静止开始从正极板向负极板运动，到达负板时的速度有多大？(不考虑粒子的重力）
（一）带电粒子在电场中加速
1、受力分析:
水平向右的电场力 F＝Eq=qU/d
2、运动分析:
初速度为零，加速度为
的匀加速直线运动。
三、讲授新课
3、运动定律求解
4、功能关系求解
5、若粒子的初速度不为零,则:
说明：由于电场力做功与场强是否匀强无关，与运动路径也无关，所以在处理电场对带电粒子的加速问题时，一般利用动能定理进行处理比较简便。
6、多级直线加速器示意图
U
~
＋
－
U
0
u0
-u0
t
T
2T
因交变电压的变化周期相同，故粒子在每个加速电场中的运动时间相等。
例1 （课本p45）如图 甲，某装置由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该电源的另一个极相连。交变电源两极间电势差的变化规律如图 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圆板（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间隙中都能恰好使静电力的方向跟运动方向相同而不断加速，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关系？第n 个金属圆筒的长度应该是多少？
例2 如图所示，水平放置的A、B两平行板相距h，上板A带正电。现有质量为m，带电量为+q的小球在B板下方距离为H处，以初速度V0竖直向上从B板小孔进入板间电场，欲使小球刚好打到A板，A、B间电势差UAB应为多少？
h
A
B
V0
H
解：将动能定理用于运动全过程，由W=△Ek得
-mg(H+h)-qUAB=0- mV2
0
1
2
整理可得
UAB=
m〔V2-2g(H+h)〕
2q
如图所示，在真空中水平放置一对金属板Y和Y’，板间距离为d。在两板间加以电压U，一电荷量为q质量为m的带负电粒子从极板中央以水平速度v0射入电场。试根据平抛运动的知识，推导偏移量y和偏转角θ(不计粒子的重力)
（二）带电粒子在电场中偏转
1、受力分析：
粒子受到竖直向下的电场力
F＝Eq=qU/d。
2、运动分析:
粒子作类平抛运动
x方向：匀速直线运动
Y方向：匀加速直线运动
加速度为
偏转角为
例题4：如图所示一电子以初速V0=3.0X107m/s沿垂直电场方向射入的电场，两极板的长度为L=6.0cm，相距d=2cm，极板间电压U=200V.求（1）电子射出电场时沿垂直板面方向偏移的距离y。（2）电子离开电场时偏转的角度φ。
-q
（1）电子射出电场所用时间
x方向：匀速直线运动
y方向：匀变速直线运动
y
（2）电子离开电场时沿电场方向的分速度为Vy，
离开电场时的偏转角度为
角度φ为6.7度
v0
+
+
+
+
+
+
-
-
-
-
-
-
φ
Vy
V0
Vt
（三）带电粒子在电场中的加速和偏转
带电粒子从A板静止释放，在电场中的加速后偏转
1、离开加速电场时的速度
2、离开偏转电场时的侧移量
3、离开偏转电场时的偏向角
电子枪
偏转电极
-
+
荧光屏
Y
Yˊ
(四)示波管的原理
灯丝产生电子束
使电子沿Y方向偏移
使电子沿X方向偏移
待显示的电压信号
锯齿形扫描电压
使电子束加速
由示波管（内部是真空）、电子枪、偏转电极和荧光屏组成
X
Y
Y
Y
X
Xˊ
1、（2020·石家庄市第十八中学高二月考）(多选）如图所示，有两个相同的带电粒子A、B，分别从平行板间左侧中点和贴近上极板左端处以不同的初速度垂直于电场方向进入电场，它们恰好都打在下极板右端处的C点，若不计重力，则可以断定（　　）
A．A粒子的初动能是B粒子的2倍
B．A粒子在C点的偏向角的正弦值是B粒子的2倍
C．A、B两粒子到达C点时的动能可能相同
D．如果仅将加在两极板间的电压加倍，A、B两粒子到达下极板时仍为同一点D
【正确答案:ACD】
2. 真空室中电极 K 发出电子（初速不计），经过电压为 U1的加速电场后，由小孔 S 沿水平金属板 A、B 间的中心线射入板中，板长 L，相距为 d，在两板间加上如图乙所示的正弦交变电压，前半个周期内 B 板的电势高于 A 板的电势，已知电子的质量为 m，带电量为 e，不计电子重力，求：
（1）电子进入 AB 板时的初速度；
（2）要使所有的电子都能离开 AB 板，图乙中电压的最大值 U0 需满足什么条件？
（3）在荧光屏上会看到什么图形？
解：(1) 设电子进入 AB 板时的初速度为 v0
(2) 设电子在偏转电压为 U0 时进入 AB 板间
(3) 如图所示