1.9带电粒子在电场中的运动 课件（共34张PPT）高二上学期物理教科版（2019）必修第三册

(共34张PPT)
带电粒子在电场中的运动
课堂导入
现代医学中，常使用医用粒子直线加速器产生的高速粒子轰击癌细胞，以治疗癌症，其工作原理有两种：
思考：电子在加速器中是受到什么力而加速的？
（2）“电子束放射疗法”：用被加速的电子轰击重金属靶，产生放射线用于医学治疗。
（1）“质子放射疗法”：先将质子加速到具有较高的能量，再使其攻击肿瘤，杀死癌细胞。
带电粒子的加速
PART 01
带电粒子
如电子，质子， 粒子，正负离子等。除非有特殊说明或明确的暗示以外，一般都不考虑重力。
如带电小球、液滴、尘埃等。除非有特殊说明或明确的暗示以外，一般都考虑重力。
A
B
U
d
E
+
F
v
如图，一个质量为m、带正电荷q的粒子，只在静电力的作用下由静止开始从正极板A向负极板B运动。试计算粒子到达负极板时的速度？
方法一：动力学观点：
主要用牛顿运动定律和匀变速直线运动的规律
方法二：能量观点：
——利用动能定理
总结：粒子加速后的速度只与加速电压有关。
A
B
U
d
E
+
F
v
思考：若两极板间不是匀强电场，该用何种方法求解？
若粒子的初速度为零,则:
若粒子的初速度不为零,则:
能量观点——动能定理
学以致用
与q成正比
与成正比
例1、下列粒子由静止经加速电压为U的电场加速后，哪种粒子动能最大( )？哪种粒子速度最大( )？
（其中me = 0.91×10-30kg；mH = 1.67×10-27kg）
A. 质子 B. 电子
C. 氘核 D. 氦核
D
B
例2、炽热的金属丝可以发射电子。在金属丝和金属板之间加以电压U=2500V，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。
解：由动能定理
代入数据得：
例3、如图所示，M、N是在真空中竖直放置的两块平行金属板，质量为m、电量为+q的带电粒子，以极小的初速度由小孔进入电场，当M、N间电压为U时，粒子到达N板的速度为v，如果要使这个带电粒子到达N板的速度为2v ，则下述方法能满足要求的是（ ）
A、使M、N间电压增加为2U
B、使M、N间电压增加为4U
C、使M、N间电压不变，距离减半
D、使M、N间电压不变，距离加倍
M
N
U
d
+
v与电压平方根成正比
B
带电粒子在电场中的偏转
PART 02
如图，一带电粒子以垂直匀强电场的场强方向以初速度v0 射入电场，若不计粒子的重力，带电粒子将做什么运动？
1.受力分析：
仅受竖直向下的电场力
做类平抛运动
2.运动分析：
v0
q、m
L
d
- - - - - - - - - -
+ + + + + + + + +
U
+
+
垂直电场方向：匀速直线运动
沿电场方向：初速度为零的匀加速直线运动
L
d
+
- - - - - - - - - - - - -
+ + + + + + + + + + +
U
v0
q、m
F
+
v
v0
vy
y
θ
偏转角（偏向角）
偏移距离（侧移距离或侧移量）
如图，粒子以初速度v0射入电场，求射出电场时沿垂直于板面方向偏移的距离y和速度偏转的角度θ。
L
d
- - - - - - - -
+ + + + + + + + +
U
v0
q、m
+
+
vy
θ
v
v0
y
1.飞行时间：
2.加速度：
3.竖直分速度：
4.竖直分位移：
5.速度偏转角：
课堂导入
加速度：
时间：
速度：
思考1：α与θ哪个大？有何定量关系？
O
M
N
)
θ
偏转角：
侧移：
加速度：
时间：
速度：
思考2：粒子射出时，其速度反向延长线与初速度方向交于一点，此点是否为中点？
偏转角：
侧移：
O
M
N
)
θ
中点？
1.初速度相同的带电粒子，无论m、q是否相同，只要q/m相同，则偏转距离y和偏转角度θ都相同。(即轨迹重合)
当偏转电场的U、L、d一定：
L
d
- - - - - - - - - -
+ + + + + + + + +
U
v0
q、m
+
+
vy
θ
v
v0
y
2.初动能相同的带电粒子，只要q相同，无论 m 是否相同，则偏转距离y和偏转角度θ都相同。 (即轨迹重合)
推论
【例题1】如图所示,相距为d长度为l的平行板AB加上电压后,可在A、B之间的空间中产生电场,在A、B左端距AB等距离处的O点,有一电量为+q质量为m的粒子以初速度V0沿水平方向(与A、B板平行)射入.不计重力,要使此粒子能从C处射出,则A、B间的电压应为( )
A. B.
C. D.
A
Vo
+ + + + + + + + + + + + +
- - - - - - - - - - - - -
d
A
B
O
C
【例题2】一电子（电荷量大小为e，质量为m）由静止释放，经U1的加速电压加速后，沿平行于板面方向进入匀强电场。如图所示，两板相距为d，板长为l，极板间的电压为U2。电子射出偏转电场时速度偏转角为θ，偏移的距离为y。则下列选项正确的是（　　）
A．偏转电场中电场线竖直向上
B．加速电场中左极板电势较低
C． D．
【正确答案】BC
【例题3】（多选）如图所示，三个α粒子在同一地点沿同一方向垂直飞入偏转电场，出现了如图所示的运动轨迹，由此可判断（ ）
A．在B飞离电场的同时，A刚好打在负极板上
B．B和C同时飞离电场
C．进入电场时，C的速度最大，A的速度最小
D．动能的增加值C最小，A和B一样大
ACD
示波管的构造及原理
PART 03
加速电压
电子枪
偏转电极
亮斑
荧光屏
电子枪
产生高速飞行的电子束
加速电压
两端加待显示的电压信号，使电子沿Y方向偏移
锯齿形扫描电压，使电子沿X方向偏移
示波管的构造及原理
亮斑
Y
Y’
X
X’
-
+
-
-
+
-
若金属平行板水平放置，电子将在竖直方向发生偏转。
若金属平行板竖直放置，电子将在水平方向发生偏转。
偏转电极的不同放置方式
如果电子在电场中既加速又偏转会怎样呢？
如果在电极 XXˊ 之间不加电压，而在 YYˊ 之间也不加电压，电子将打在荧光屏的什么位置？
-
+
Xˊ
Xˊ
X
X
Y
Yˊ
Yˊ
Y
电子枪
偏转电极
荧光屏
加速电压
电子枪
偏转电极
荧光屏
亮斑
加速电压
电子枪
偏转电极
荧光屏
亮斑
加速电压
电子枪
偏转电极
荧光屏
亮斑
加速电压
电子枪
偏转电极
荧光屏
亮斑
加速电压
电子枪
偏转电极
荧光屏
锯齿形扫描电压
亮线
如果在 XXˊ 之间不加电压，而在 YYˊ 之间加按图示的规律变化的电压，在荧光屏会看到的什么样的图形？
Xˊ
X
Y
Yˊ
UY
t
O
Yˊ 随信号电压同步变化，但由于视觉暂留和荧光物质的残光特性，只能看到一条竖直的亮线。
亮线
如果YY 上接的待测信号电压是周期性的，且周期与扫描电压周期相同，则荧光屏上会显示待测信号在一个周期内变化的稳定图像
例1：如图所示的示波管，如果在YY 之间加如图所示的交变电压，同时在XX 之间加如图所示的锯齿形电压，使X的电势比X 高，在荧光屏上会看到什么图形？
例2：（示波管）示波管原理图如图甲所示。它由电子枪、偏转电极和荧光屏组成，管内抽成真空。如果在偏转电极XX′和YY′之间都没有加电压，电子束从电子枪射出后沿直线运动，打在荧光屏中心，产生一个亮斑如图乙所示。若板间电势差UXX′和UYY′随时间变化关系图像如丙、丁所示，则荧光屏上的图像可能为（ ）
A
谢谢