高二上学期物理人教版（2019）必修第三册 10.5 带电粒子在电场中的运动 课件（19张PPT）

(共19张PPT)
10.5 带电粒子在电场中的运动
仪器名称：示波器
型 号：COS5100
系统运行时，数以10亿计的电子就将从这条加速管中以接近光速冲进储存环中发生碰撞
北京正负电子对撞机加速器的起点
电场中的带电粒子一般可分为两类：
1、带电的基本粒子：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。（但并不能忽略质量）
2、带电微粒：如带电小球、液滴、尘埃等。除有说明或暗示外,一般都考虑重力。
一、带电粒子的加速
情景一：
q
U0
+
_
在真空中有一对平行金属板，两板间电势差为U0，两板间距离为d，若一个质量为m，带正电荷q的粒子，在静电力作用下由静止开始从正极板向负极板运动，计算它到达负板时的速度有多大？
解法一：
由牛顿第二定律得：
由运动学公式得：
①
②
③
联立可得：
解法二：
由动能定理得：
得：
思考题
如两极板间不是匀强电场该用何种方法求解？为什么？
由于电场力做功与场强是否匀强无关，与运动路径也无关，第二种方法仍适用！
例1：如图所示，在P板附近有一电子由静止开始向Q板运动，则关于电子在两板间的运动情况，下列叙述正确的是：( )
A.两板间距越大，加速的时间越长
B.两板间距离越小，加速度就越大，则电子到达Q板时的速度就越大
C.电子到达Q板时的速度与板间距离无关，仅与加速电压有关
D.电子的加速度和末速度都与板间距离无关
AC
结论：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，一般都是利用动能定理进行处理。
二、带电粒子的偏转
U
L
+
+
+
+
+
+
-
-
-
-
-
-
Y
d
Y′
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的带电粒子从极板中央以水平速度v0射入电场。试分析带电粒子在电场中的运动情况。
(不计粒子的重力)
v0
q
d
+
+
+
+
+
+
-
-
-
-
-
-
l
v0
d
-q
θ
v
v0
v⊥
θ
y
S
1.粒子穿越电场的时间t=
4.沿垂直于板面方向偏移的距离=？
5.S =
3.粒子离开电场时的偏角=？
2.粒子离开电场的速度V=？
偏移量 y的计算
（1）画出电场线，并进行受力分析
（2）粒子做什么性质的运动？
（3）为计算y，需要知道哪些物理量？
（4）这些物理量能计算出吗？
偏转角θ的计算
（1）什么叫偏转角
（2）怎样计算偏转角θ？
电子枪
荧光屏
偏转电极
+
-
X
X
、
y
、
y
X
X
、
y
、
y
亮斑
如果在偏转电极XX’、YY’上不加电压，电子如何运动？如果在偏转电极XX’上不加电压，偏转电极YY’上加电压电子又如何运动？
示波管原理
例：离子发生器发射出一束质量为m，电荷量为q的负离子，从静止 经加速电压U 1 加速后，获得速度 ，并沿垂直于电场线方向射入两平行板中央，受偏转电压U2作用后，以速度Ｖ离开电场，已知平行板长为Ｌ，两板间距离为d，
1）离子在偏转电场中运动
的时间、加速度、速度
Ｖ的大小；
2）离子在离开偏转电场时
的横向偏移量和偏转角
的正切值。
l
+
+
+
+
+
+
-
-
-
-
-
-
u1
d
v0
求：
思考题：让一价氢离子、一价氦离子和二价氦离子的混合物经过同一加速电场由静止开始加速，然后在同一偏转电场里偏转，在通过加速电场时获得的动能是否相同？通过偏转电场时，它们是否会分为三股？请说明理由。
答案：通过加速电场时获得的动能Ek=qU,加速电压相同，二价氦离子电荷量最大，所以二价氦离子获得动能最大。粒子的偏转量和偏转角由加速电场和偏转电场决定，所以三种粒子不可能分开为三股。
如图所示,水平放置的两平行金属板,板长为10 cm，两板相距2 cm.一束电子以v0＝4.0×107 m/s的初速度从两板中央水平射入板间，然后从板间飞出射到距板右端L为45 cm、宽D为20 cm的荧光屏上．(不计电子重力,荧光屏中点在两板间的中线上，电子质量m＝9.0×10－31 kg，电荷量e＝1.6×10－19 C)求：
(1)电子飞入两板前所经历的加速电场的电压；
(2)为使带电粒子能射到荧光屏的所有位置，两板间所加电压的取值范围．
巩固练习
课堂小结：
一、利用电场使带电粒子加速
二、利用电场使带电粒子偏转
从动力学和运动学角度分析
从做功和能量的角度分析
类似平抛运动的分析方法
粒子在与电场垂直的方向上做
匀速直线运动
粒子在与电场平行的方向上做
初速度为零的匀加速运动