2.4 带电粒子在电场中的运动 课件 (共15张PPT) 高一物理鲁科版（2019）必修三

(共15张PPT)
第二章　电势能与电势差
2.4带电粒子在电场中的运动
本节将以示波器为例，介绍如何利用电场控制带电粒子的加速和偏转
带电粒子在电场中的加速
只受静电力的作用，电子向右做匀加速直线运动
U
+
-
炽热的金属丝可以发射电子。在金属丝和金属板间加电压U，发射出的电子在真空中加速后，从金属板的小孔穿出。设电子刚离开金属丝时的速度为零，电子质量为m、电荷量大小为e。(如图)
(1)电子加速时受到几个力的作用？电子做什么运动？
U
+
-
解：
匀强电场：
根据：
得：
方法一：运动学
方法二：动能定理
电场力做功：
得：
复杂，且只适用于匀强电场
简单，适用于任何电场
(2)求电子到达正极板时的速度大小？(用不同的方法求解)
1.若两极板间不是匀强电场该用何种方法求解？为什么？
如果是非匀强电场，电子将做变加速运动，动力学方法不可行；静电力做功仍然可以用W＝qU求解，动能定理仍然可行。
2.分析带电粒子在电场中的运动，哪些情况需要考虑重力？哪些情况不需要考虑重力？
(1)带电的粒子：如电子、质子、α粒子、正负离子等。这些粒子所受重力和静电力相比小得多，除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)带电体：如带电小球、液滴、尘埃等。除有说明或明确的暗示以外，一般都考虑重力。
1.(多选)(2022·福建龙岩上杭一中高二开学考试)某些肿瘤可以用“质子疗法”进行治疗，在这种疗法中，质子先加速到具有较高的能量，然后被引向轰击肿瘤，杀死细胞。若质子的加速长度为d，要使质子由静止被匀加速到v，已知质子的质量为m，电荷量为e，则下列说法正确的是
A.由以上信息可以推算该加速电场的电压
B.由以上信息可以推算该加速电场的电场强度
C.由以上信息不可以推算质子加速后的电势能
D.由以上信息可以判断出运动过程中质子所受电场力做正功，电势能增加
√
√
√
2.如图所示，真空中平行金属板M、N之间距离为d，两板所加的电压为U。一质量为m、电荷量为q的带正电粒子从M板由静止释放，不计带电粒子的重力。
(1)求带电粒子所受的静电力的大小F；
(2)求带电粒子到达N板时的速度大小v；
(3)若在带电粒子运动 距离时M、N间电压突然变为0，求该粒子从M板运动到N板经历的时间t。
带电粒子在电场中的偏转
电子进入偏转板(厚度不计)时我们可以简化为如图所示的模型，质量为m、电荷量为＋q的粒子以初速度v0垂直于匀强电场方向射入两极板间，不计粒子的重力。两板间电压为U，距离为d，极板长为l。试分析：
F
+
v0
①在初速度方向：
②在静电力方向：
类平抛运动
匀速直线运动
初速度为零的匀加速直线运动
(1)粒子在板间的受力特点；
(2)粒子在板间做什么运动；
粒子只受静电力
(3)假如粒子未打到极板上，则粒子离开电场时的速度v与初速度v0方向的夹角的正切值及偏移量y是多少？
①电子通过电场的时间t ＝
②静电力方向：加速度a＝
离开电场时垂直于极板方向的分速度vy＝
③速度与初速度方向夹角的正切值tan θ＝
④离开电场时沿静电力方向的偏移量y＝
F
+
v0
3.(多选)(来自教材改编)如图，真空中有一质量忽略不计的电子以速度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，与电子的径迹交于M、N、P三点，则
A.电子经M、N、P三点时，沿x轴的分速度之
比为1∶2∶3
B.电子经M、N、P三点时，沿y轴的分速度之
比为1∶2∶3
C.电子经M、N、P三点时的速度与x轴夹角之比为1∶3∶5
D.电子从O点开始每经过相等时间的动能增量之比为1∶3∶5
√
√
4.如图所示，质子( )和α粒子( )以相同的初动能垂直射入偏转电场(两者均不计重力)，这两个粒子都能射出电场，α粒子的质量是质子的4倍，带电荷量是质子的2倍，则质子和α粒子射出电场时的偏移量y之比为
A.1∶1
B.1∶2
C.2∶1
D.1∶4
√
5.(多选)如图所示，一电荷量为q的带电粒子以一定的初速度v0由P点射入匀强电场，入射方向与电场线垂直。粒子从Q点射出电场时其速度方向与电场线方向成30°角。已知匀强电场的宽度为d，P、Q两点的电势差为U，不计粒子重力，设P点的电势为零。下列说法正确的是
A.带电粒子在Q点的电势能为－qU
B.带电粒子带负电
√
√