人教版高二物理选修3-1第一章 1．9带电粒子在电场中运动（2课时）（共31张PPT）

(共31张PPT)
1.9
带电粒子
在电场中的运动
教学目标
1、学习运用静电力、电场强度等概念研究带电粒子在电场中运动时的加速度、速度位移等变化规律。
2、学习运用静电力做功、电势、电势差、等势面等概念研究带电粒子在电场中运动时的能量转化规律。
3、了解示波管的工作原理，体会电场知识在科技中的运用。
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在小得多，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。
带电粒子在匀强电场中运动状态：
匀变速直线运动—加速、减速
匀变速曲线运动—偏转
1.平衡
（F合=0）
2.匀变速运动
（F合≠0）
静止
匀速直线运动
如图所示，在真空中有一对平行金属板，两板间加以电压U。两板间有一带正电荷q的带电粒子。它在电场力的作用下，由静止开始从正极板向负极板运动，到达负板时的速度有多大？(不考虑粒子的重力）
一、带电粒子的加速
1、受力分析:
水平向右的电场力
F＝Eq=qU/d
2、运动分析:
初速度为零，加速度为a=qU/md的向右匀加速直线运动。
如图所示，在真空中有一对平行金属板，两板间加以电压U。两板间有一带正电荷q的带电粒子。它在电场力的作用下，由静止开始从正极板向负极板运动，到达负板时的速度有多大？(不考虑粒子的重力）
一、带电粒子的加速
解法一　运用运动学知识求解
如图所示，在真空中有一对平行金属板，两板间加以电压U。两板间有一带正电荷q的带电粒子。它在电场力的作用下，由静止开始从正极板向负极板运动，到达负板时的速度有多大？(不考虑粒子的重力）
一、带电粒子的加速
解法二　运用能量知识求解
如两极板间不是匀强电场该用何种方法求解？为什么？
由于电场力做功与场强是否匀强无关，与运动路径也无关，第二种方法仍适用！
思考:
例题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=2500V，发射出的电子在真空中被加速后，从金属板的小孔穿出。电子射出后的速度有多大？设电子刚从金属丝射出时的速度为零。
解:电子电荷量为e,根据动能定理可得
所以
练1：如图所示,从灯丝逸出的电子,其速度可以认为是零,那么电子通过A板小孔时的动能为
eV,通过B板小孔时的动能为
eV,打到C板时的动能为
eV
45
45
15
加速
匀速
减速
结论：
由于电场力做功与场强是否匀强无关，与运动路径也无关，所以在处理电场对带电粒子的加速问题时，一般都是利用动能定理进行处理。
如图所示，在真空中水平放置一对金属板Y和Y’，板间距离为d。在两板间加以电压U，一电荷量为q质量为m的带电粒子从极板中央以水平速度v0射入电场。试分析带电粒子在电场中的运动情况。(不计粒子的重力)
二、带电粒子的偏转
1、受力分析：
2、运动规律分析:
粒子受到竖直向下的电场力F＝Eq=qU/d
粒子作类平抛运动。
x方向：匀速直线运动
Y方向：初速度为零的匀加速直线运动
v0
离开电场时的偏转角：
离开电场时偏转量：
推论:粒子从偏转电场中射出时,其速度反向延长线与初速度方向交一点,此点平分沿初速度方向的位移
解:电子进入偏转电场后,在竖直方向做初速度为零的匀加速直线运动.
加速度
所以偏移距离
所以偏移角度
粒子在与电场平行的方向上做
　　　　初速为零的匀加速运动
结论：
带电粒子初速度垂直于电场方向飞入匀强电场的问题就是一个类平抛的问题
粒子在与电场垂直的方向上做
　　　　　　匀速直线运动
让质子、
、
的混合物沿着与电场垂直的方向进入匀强电场偏转，要使它们的偏转角相同，则这些粒子必须具有相同的(
)
A.初速度
B.初动能
C.初动量
D.质量
B
练2：
三个α粒子在同一地点沿同一方向垂直飞入同一偏转电场,出现了如图所示的轨迹,由此可以判断(
)
A.在b飞离电场的同时,a刚好打在其极板上
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
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
C
练3：
如图所示,两极板与电源相连接,电子从负极板边缘垂直电场方向射入匀强电场,且恰好从正极板边缘飞出,现在使电子射入速度变为原来的两倍,而电子仍从原来位置射入,且仍从正极板边缘飞出,则两极板间距离就变为原来的(
)
A.2倍
B.4倍
C.
倍
D.
倍
C
练4：
如图所示，在真空中竖直放置一对金属板x和x’,加电压U1;水平放置一对金属板Y和Y’，板间距离为d。加电压U2，一电荷量为-q质量为m的带电粒子从x极板由静止出发。试分析带电粒子的运动情况。(不计粒子的重力)
+
_
三、
加速和偏转一体
L
v0
加速
偏转
三、
加速和偏转一体
+
_
v
L
v0
加速
偏转
电荷经加速电场加速后进入偏转电场
通过加速电场的末速度为进入偏转电场的初速度
如图所示,初速度为零的电子在电势差为U1的电场中加速后,垂直进入电势差为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度变大的是(
)
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
练5：
一束电子流在经U=5000V的加速电压加速后,在距两极板等距处垂直进入平行板间的匀强电场,如图所示,若两板间距d=1.0
cm,板长l=5.0cm,那么,要使电子能从平行板间飞出,两个极板上最多能加多大电压.
偏转电压越高,偏转量就越大.
设电子刚好能从极板边缘飞出.即这时偏转量最大等于d/2,所加电压为最大值.
练6：
如图所示,初速度为零的α粒子和电子在电势差为U1的电场中加速后,垂直进入电势差为U2的偏转电场,在满足电子能射出偏转电场的条件下,正确的说法是(
)
A.
α粒子的偏转量大于电子的偏转量
B.
α粒子的偏转量小于电子的偏转量
C.
α粒子的偏转角大于电子的偏转角
D.
α粒子的偏转角等于电子的偏转角
D
带电粒子的偏移量由系统决定,而与粒子的质量、电荷量无关
练7：
四、示波器
1、作用：观察电信号随时间变化的情况
2、组成：示波管（内部是真空的）、电子枪、偏转电极和荧光屏组成。
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
1.如果在电极XX’之间不加电压,但在YY’之间加不变的电压,使Y的电势比Y’高(有时说这种情况是”Y正、Y’负”),电子束运动过程中受哪个方向的力?电子将打在荧光屏的什么位置?
1.如果在YY’
之间不加电压,而在XX’之间加不变的电压,
(X正、X’负),
电子将打在荧光屏的什么位置?
2.如果在XX’
之间不加电压,而在YY’之间所加的电压按图所示的规律随时间变化，在荧光屏会看到什么图形？
Uy
t
3.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
课堂小结：
一、利用电场使带电粒子加速
二、利用电场使带电粒子偏转
三、加速与偏转一体
｛