2.2 带电粒子在电场中的运动 课件(共29张PPT) -高二上学期物理粤教版（2019）必修第三册

第二章 静电场的应用
第2节 带电粒子在电场中的运动
复习回顾
（1）牛顿第二定律表达式:
（2）动能定理的表达式是什么?
（3）平抛运动的两个分运动分别是什么？
（4）物体做直线运动的条件是？
物体做曲线运动的条件是？
01 带电粒子在电场中的运动
注：带电粒子所受重力一般远小于电场力，一般都不考虑重力(有说明或暗示除外).
2、宏观带电微粒：如带电小球、液滴、油滴、尘埃等.
带电粒子
1、微观带电粒子（基本粒子）：如电子、质子、α粒子，正负离子等.
注：一般都考虑重力(有说明或暗示除外).
②一般来说，粒子即使不考虑重力，也不能忽略质量
①带电体是否考虑重力，要根据题目暗示或运动状态来判定。
A
B
U
d
E
+
F
v
如图，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,只在电场力作用下由静止开始从正极板A向负极板B运动，电荷将做什么运动？到达B板的速度多大？
解：????=????????=????????
?
匀强电场：????=????????
?
????=????????????????
?
位移：????=????
?
根据：2????????=????2?0
?
得：????=2?????????=2?????????????
?
方法一：运动学
复杂，且只适用于匀强电场
方法二：动能定理
电场力做功：????=????????=1?2?????????2?0
?
得：????=2???????????
?
简单，适用于任何电场
例1　如图所示，一电子由静止开始从A板向B板运动，到达B板时的速度为v，
　保持两板间的电压不变，则(　　)
　A.当增大两板间的距离时，速度v增大
　B.当减小两板间的距离时，速度v减小
　C.当减小两板间的距离时，速度v不变
　D.当减小两板间的距离时，电子在两板
　　间运动时间变长
C
问题：如图多级平行板连接，能否加速粒子？
U
＋
＋
＋
－
－
－
A
B
C
D
E
F
怎么办
？
02 加速器
多级直线加速器示意图
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。
U
0
u0
-u0
t
T
2T
t
～
03 带电粒子在电场中的偏转
【问题提出】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正切值。
L
d
- - - - - - - -
+ + + + + + + + +
U
v0
q、m
+
+
vy
θ
v
v0
y
1.飞行时间：
2.加速度：
4.竖直分速度：
5.速度偏转角：
3.竖直分位移：
B
例3　如图所示，电子在电势差为U1的加速电场中由静止开始运动，然后射入电势差为U2的两块平行极板间的电场中，射入方向跟极板平行，整个装置处在真空中，电子的重力可忽略。在满足电子能射出平行极板的条件下，下述四种情况，一定能使电子的速度偏转角θ变大的是(　　)
　A.U1变大、U2变大
B.U1变小、U2变大
　C.U1变大、U2变小
D.U1变小、U2变小
B
04 示波器
电子枪
偏转电极
-
+
荧光屏
Y
Y’
X
X’
Y
Y’
X
X’
1、作用：观察电信号随时间变化的情况
2、结构：主要由电子枪、偏转系统和光屏三部分组成。
3、基本原理：带电粒子在电场力的作用下加速和偏转。
加速电压
????
?
????′
?
????
?
????′
?
????
?
????′
?
????
?
????′
?
电子枪
偏转电极
亮斑
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????方向偏移。
?
????
?
????′
?
锯齿形扫描电压，
使电子沿????方向偏移。
?
示波管的构造
示波管的原理
-
+
Xˊ
Xˊ
X
X
Y
Yˊ
Yˊ
Y
电子枪
偏转电极
荧光屏
如果在电极 YYˊ 之间不加电压，而在 XXˊ 之间加不变电压，使 X ˊ 的电势比 X 高，电子将打在荧光屏的什么位置？
UX
t
扫描电压
总结：若 XXˊ 所加的电压为特定的周期性变化电压，则亮斑在水平方向来回运动一一扫描，如果扫描电压变化很快，亮斑看起来为一条水平的亮线。
示波器图象
O
Xˊ
X
Y
Yˊ
如果信号电压是周期性的，并且扫描电压与信号电压的周期相同，就可以在荧光屏上得到待测信号在一个周期内随时间变化的稳定图象。
示波器图象
t
O
UY
UX
O
t
Xˊ
X
Y
Yˊ
例4　(2023·广东惠州高二期末)如图甲所示为示波管原理图，若其内部竖直偏转电极YY′之间的电势差按图乙所示的规律变化，水平偏转电极XX′之间的电势差按图丙所示的规律变化，则在荧光屏上会看到的图形是(　　)
D
3.(示波管)如图是示波管的示意图，从电子枪发出的电子通过两对偏转电极，如果偏转电极不加电压，则电子沿直线打在荧光屏的中心O，当在两对偏转电极上同时加上电压后，电子将偏离中心打在某个位置，现已标出偏转电极所加电压的正负极，从示波管的右侧来看，电子可能会打在荧光屏上哪一位置 (　　)
　A.1位置 B.2位置
　C.3位置 D.4位置
B