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15张ppt）

(共15张PPT)
第十章 第五节
带电粒子在电场中的运动
复习回顾：
Q1:高一我们重点研究过哪些运动形式？
①直线运动——匀速直线运动和匀变速直线运动
②曲线运动——平抛运动和匀速圆周运动
Q2:对这些运动形式的研究主要采用的哪些方法？
①动力学方法——牛顿定律和运动学公式
②能量方法——动能定理和能量守恒定律
Q3:不管用那种方法研究物体的运动必须做的是什么？
对研究对象做好受力分析
一、电场中的带电粒子
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，除非有说明或明确的暗示以外，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。除非有说明或明确的暗示以外，一般都考虑重力。
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。
对放入电场中的电荷有力的作用。
电荷会有加速度。
加速度可能是恒定的也可能是变化的。
速度的大小和方向都有可能发生变化。
轨迹既可能是直线也可能是曲线。
轨迹
增大
增大
直线
A
E
v
减小
减小
曲线
电场的基本性质是:
二、电场
轨迹
带电粒子在匀强电场中的运动状态
1.时，带点粒子做怎样的运动？
静止或匀速直线运动
2.时，带电粒子可能做何种运动？
①与共线时，粒子做匀变速直线运动
与不共线时，粒子做匀变速曲线运动
加速或减速
偏转
三、 带电粒子在电场中的加速
例1：炽热的金属丝可以发射电子。在金属丝和金属板间加以电压U，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？设电子刚离开金属丝时的速度为零，电子质量m，电荷量e。
E
问题：可以用几种办法求解电子穿出时的速度？
解法一：运用动力学方法求解
解法二：运用功能关系方法求解
练习.(多选)如图所示,在真空中,A、B两块平行金属板竖直放置并接入电路,调节滑动变阻器,使A、B两板间的电压为U.一质量为m、电荷量为-q的带电粒子以初速度v0从A板上的中心小孔沿水平方向射入电场中,恰从A、B两板的中点处沿原路返回(不计重力).下列说法正确的是(　　)
A.使初速度变为2v0时,带电粒子恰能到达B板
B.使初速度变为2v0时,带电粒子将从B板中心小孔射出
C.使初速度v0和电压U都增加到原来的2倍时,带电粒子恰能到达B板
D.使初速度v0和电压U都增加到原来的2倍时,带电粒子将从B板中心小孔射出
BC
变式练习研究原子核的结构时，需要用能量很高的粒子轰击原子核。为了使带电粒子获得很高的能量，科学家发明了各种粒子加速器。图1为某加速装置的示意图，它由多个横截面积相同的金属圆筒依次排列组成，其轴线在同一直线上，序号为奇数的圆筒与序号为偶数的圆筒分别和交变电源的两极相连，交变电源两极间的电势差的变化规律如图2所示。在时，奇数圆筒相对偶数圆筒的电势差为正值。此时和偶数圆筒相连的金属圆板序号为的中央有一电子，在圆板和圆筒1之间的电场中由静止开始加速，沿中心轴线进入圆筒为使电子在圆筒之间的间隙都能被加速，圆筒长度的设计必须遵照一定的规律。若电子的质量为m，电荷量为，交变电源的电压为U，周期为T，两圆筒间隙的电场可视为匀强电场，圆筒内场强均为不计电子的重力和相对论效应。
求电子进入圆筒1时的速度，并分析电子从圆板出发到离开圆筒2这个过程的运动。
若忽略电子通过圆筒间隙的时间，则第n个金属圆筒的长度应该为多少？
若电子通过圆筒间隙的时间不可忽略，且圆筒间隙的距离均为d，在保持圆筒长度、交变电压的变化规律和中相同的情况下，该装置能够让电子获得的最大速度是多少？
三、 带电粒子在电场中的偏转
复习回顾：
1.平抛运动的特点：
2.平抛运动速度规律公式：
v
C
O
x
y
t
θ
vx
vy
v0
只受重力，初速度方向水平，轨迹是一条抛物线，水平方向做匀速直线运动，竖直方向做自由落体运动
3.平抛运动位移规律公式：
4.平抛运动推论：
①位移偏向角与速度偏向角的关系：
②速度方向的反向延长线与x轴的交点为水平位移的中点。
C
O
x
y
t
v0
α
x
y
例2：如图一所示，一电荷量q，质量m的带正电的粒子以速度v0，沿中线垂直进入平行板间的匀强电场，上极板带正电，下极板带负电，若上下两板间电势差为U2，间距为d，极板长度为L1，求当粒子能从平行板间飞出时粒子的沿电场方向偏移距离y为多少？速度的偏转角θ为多少？
四、带电粒子在电场中的加速和偏转一体
【拓展1】：若该粒子先经过一个电势差为U1加速度电场后，再进入电势差为U2的偏转电场，其他条件不变，求当粒子能从平行板间飞出时粒子的沿电场方向偏移距离y为多少？速度的偏转角θ为多少？
U1
【拓展2】：若该粒子先经过一个电势差为U1加速度电场后，再进入电势差为U2的偏转电场，偏出偏转电场后，粒子打在距离极板右侧为L2荧光屏上，其他条件不变，求当粒子从进入偏转电场到打在荧光屏上总共偏移距离Y为多少？
L2
U1
Y
五、带电粒子在交变电场中的运动
例3.如图甲所示，两平行金属板竖直放置，左极板接地，中间有小孔，右极板电势随时间变化的规律如图乙所示．电子原来静止在左极板小孔处，不计电子的重力，下列说法正确的是(　 　)
A．从t＝0时刻释放电子，电子将始终向右运动，直到打到右极板上
B．从t＝0时刻释放电子，电子可能在两板间振动
C．从t＝T/4时刻释放电子，电子可能在两板间振动，也可能打到右极板上
D．从t＝3T/8时刻释放电子，电子必将打到左极板上
AC
例4.如图甲所示，真空中水平放置的相距为d的平行金属板板长为L，两板上加上恒定电压后，板间可视为匀强电场．在t＝0时，将图乙中所示的交变电压加在两板上，这时恰有一个质量为m、电荷量为q的带电粒子从两板正中间以速度v0水平飞入电场．若此粒子离开电场时恰能以平行于两板的速度飞出(粒子重力不计)，求：
(1)两板上所加交变电压的频率f应满足什么条件；
(2)该交变电压U0的取值范围是什么．