10.5 带电粒子在电场中的运动 (共27张PPT) 课件 2024-2025学年高一物理人教版（2019）必修第三册

(共27张PPT)
第十章 静电场中的能量
第5节 带电粒子在电场中的运动
1．会从运动和力的关系的角度、从功和能量变化的关系的角度分析带电粒子在匀强电场中的加速问题。
2．知道带电粒子垂直于电场线进入匀强电场运动的特点，并能对偏移距离、偏转角度、离开电场时的速度等物理量进行分析与计算。
3．了解示波管的基本结构和工作原理.
电子被加速器加速后轰击重金属靶时，会产生射线，可用于放射治疗。在原子物理、核物理等领域，带电粒子被加速成高能粒子，轰击原子、原子核，帮助人类认识物质微观结构。
电子在加速器中是受到什么力的作用而加速的呢
01 带电粒子在电场中的加速
带电粒子加速问题的分析思路
利用牛顿第二定律结合
匀变速直线运动公式来分析
利用静电力做功结合
动能定理来分析
问题属于匀强电场且涉及运动时间等描述运动过程的物理量
问题只涉及位移、速率等
动能定理公式中的物理量
或非匀强电场
动力学和运动学角度
做功和能量角度
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
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，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。
A
B
U
d
E
+
F
v
在加上电压U并处于真空中相距d的平行金属板间有一正电荷q, 质量为m,只在电场力作用下从静止释放，电荷将做什么运动？
受力分析：
水平向右的电场力
运动分析：
初速度为零，向右匀加速直线运动
加速度
A
B
U
d
E
+
F
v
求电荷到达负极板时的速度？
① 动力学和运动学角度
② 做功和能量角度
A
B
U
d
E
+
F
v
若两极板间不是匀强电场，求电荷到达负极板时的速度？
只能用做功和能量角度
粒子的初速度为零
粒子的初速度不为零
多级加速
问题：如图多级平行板连接，能否加速粒子？
U
＋
＋
＋
－
－
－
A
B
C
D
E
F
多级直线加速器示意图
U
0
u0
-u0
t
T
2T
U
~
＋
－
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。
【例题】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？
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，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。
受力分析：
竖直向下的电场力
粒子有水平方向初速度
运动分析：
v0
l
d
- - - - - - - -
+ + + + + + + + +
U
+
+
02 带电粒子在电场中的偏转
l
d
- - - - - - - -
+ + + + + + + + +
U
v0
+
+
vy
θ
v
v0
y
垂直电场方向
匀速直线运动
沿电场方向
匀加速直线运动
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？
03 带电粒子在电场中的加速偏转
A
B
U1
E
+
F
- - - - - - - -
+ + + + + + + + +
U2
+
vy
θ
y
v
v0
带电粒子在电场中先加速后偏转
① 速度
② 位移
③ 角度
示波器：用来观察电信号随时间变化的电子仪器
其核心部分是示波管
04 示波管
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
示波管
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
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
锯齿形扫描电压
亮线
1.如图所示，电子在电势差为U1的电场中由静止加速后，垂直射入电势差为U2的偏转电场。在满足电子能射出偏转电场的条件下，下列四种情况中，一定能使电子的偏转角变大的是（　　）
A．U1变大，U2变大 B．U1变小，U2变小
C．U1变大，U2变小 D．U1变小，U2变大
D
2.(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（图中未画出）
ACD
A．在荧屏上的亮斑向上移动
B．在荧屏上的亮斑向下移动
C．偏转电场的电场强度减小
D．偏转电场对电子做的功减少
3.如图所示的阴极射线管，无偏转电场时，电子束加速后打到荧屏中央0形成亮斑。如果只逐渐增大MM，之间的电势差，则（ ）
A