【课件】带电粒子在电场中的运动 课件 -2021-2022学年高二上学期物理人教版（2019）必修第三册

1、10.5.2 带电粒子在电场中的运动加速度：偏移距离：偏移角度:竖直方向：水平方向：ABUdE+v知识回顾偏转直线加速一、交变电场中的直线加减速运动1、交变电场的形成：在两个相互平行的金属板间加交变电压时，在两板间便可获得交变电场。2.常见的交变电场常见的产生交变电场的电压波形有 方波、锯齿波、正弦波3、交变电场的两个理解角度：（1）从空间看是匀强电场，即同一时刻，电场中各个位置处电场强度 的大小、方向都相同；（2）从时间上看是变化的，即电场强度的大小、方向都可随时间变化。4、带电粒子在交变电场中运动的处理方式：带电粒子通过电场的时间远远小于电场变化的周期时，可认为电场强度的大小、方向都不变，

2、带电粒子作匀变速直线运动或曲线运动。（1）同一时刻进入交变电场中的粒子，受到静电力、加速度不变且相同；（2）不同时刻进入交变电场的粒子，静电力、加速度不同，但仍保持不变 5.交变电场波形图物理意义： （1）加速度a：粒子加速度 a=Eq/m=Uq/dm, 所以各时刻的U的大小 和正负对应于加速度 a的大小和方向的正反。（2）交变电场末速度V的大小和方向： v= a1t1+a2t2=qU1t1/dm+qU2t2/dm=(U1t1+U2t2)q/dm 对于从静止开始的带电粒子，一个周期内，末速度V的大小和方向对应于 (不是等于）一个周期内的U-t图像的正负面积之和的大小和方向,S正S负S正S负S正

3、S正S负S负对称电压形成的电场一个周期内末速度V特点：任意时刻进入电场，一个完整周期后末速度V=0【练一练】判断带电粒子从静止开始，零时刻进入下列交变电场中，经过一个周期后的末速度大小（3）对称方波电压形成的电场一个周期内位移特点(1)当t=T/2, 带电粒子作单向直线运动。一定能到达对方极板(2)当t=T/4， X正=X反 带电粒子作等幅往返运动一周内X总=0 T/2时刻未能到达极板，则永远不能到达极板。(3)当tT/4时， X正X反 带电粒子作非等幅往返运动，一周内X总T/4时， X正0，一定能到达极板。Vt12356784锯齿波、正弦波一个周期内末速度V-t图像和位移如何？【例题1】如图

4、所示，A、B两导体板平行放置，在t0时将电子从A板附近由静止释放(电子的重力忽略不计).分别在A、B两板间加四种电压，它们的UABt图线如下列四图所示. 能使电子到达B板的是( )ACD【变式训练】有一个电子原来静止于平行板电容器的中间，设两板的距离足够大，今在t=0开始在两板间加一个交变电压，使得该电子在开始一段时间内的运动的vt图线如右图所示，则该交变电压可能是图乙中( )A【变式训练】如图1所示，在两平行金属板中央有一个静止的电子(不计重力)，当两板间的电压分别如图2中甲、乙、丙、丁所示时，电子在板间运动(假设不与板相碰)，下列说法正确的是（ ）A.电压是甲图时，在0T 时间内，电子的电

5、势能一直减少B.电压是乙图时，在0T/2 时间内，电子的电势能先增加后减少C.电压是丙图时，电子在板间做往复运动D.电压是丁图时，电子在板间做往复运动Dt/10-2s【例2】如图甲所示，在两块相距d=50cm的平行金属板A、B间接上U=100V的矩形交变电压（如图乙）。在t=0时刻，A板电压刚好为正，此时正好有质量m=10-17kg，电量q=10-16C的带正电微粒从A板由静止开始向B 板运动，不计微粒重力，求在 t=0.04 s 时，微粒离 A 板的水平距离是多少?答案：0.4m【例题3】如图所示,水平放置的A、B两平行金属板相距为d,现有质量为m,电量为-q的小球,从距A板高h处自由下落,

6、通过小孔C进入电场,但没能到达B板,求AB间电势差的最小值.答案：Umin=mg(h+d)/q【变式训练】如图所示，A、B为平行金属板，两板相距d，分别与电源两极相连，两板的中央各有一个小孔M、N。今有一带电质点，自A板上方相距为d的P点由静止自由下落（P、M、N在同一竖直线上），空气阻力不计，到达N孔时速度恰好为零，然后沿原路返回，若保持两板板间的电压不变，则（ ）A、把A板向上平移一小段距离，质点自P点自由下落仍能返回B、把A板向下平移一小段距离，质点自P点自由下落后将穿过N孔继续下落C、把B板向上平移一小段距离，质点自P点自由下落仍能返回D、把B板向下平移一小段距离，质点自P点自由下落后

7、将穿过N孔继续下落PMNABddACD科学漫步范德格拉夫静电加速器 当电刷E与几万伏的直流高压电源的正极接通时，E与大地之间就有几万伏的电势差。由于尖端放电，正电荷被喷射到传送带上，并被传送带带着向上运动。当正电荷到达电刷F附近时，F上被感应出异号电荷。由于尖端放电，F上的负电荷与传送带上的正电荷中和，从而使传送带失去电荷，而F上剩下了正电荷。由于导体带电电荷只能存在于外表面，所以F上的正电荷立即传到金属壳的外表面。这样，由于传送带的运送，正电荷不断从直流电源传到球壳的外表面，从而在金属壳与大地之间形成高电压。 图1.9-9是起电机部分的示意图。金属球壳固定在绝缘支柱顶端，绝缘材料制成的传送带

8、套在两个转轮上，由电动机带动循环运转。E和F是两排金属针(称做电刷)。科学足迹密立根实验电子电荷量的测定 喷雾器喷出的油滴带负电，通过缝隙进入电压可变的静电场中，它所受静电力的方向向上。如果油滴刚好悬浮在空中，那么它受到的静电力的大小正好与油滴所受的重力相等，由此可以测定油滴所带的电荷量。通过激光照射，不断减小油滴的电荷量，重做实验发现每次改变的电荷量都是某个量的整数倍，从而发现电子电荷量。 在19世纪末发现电子以后，美国物理学家密立根多年间进行了多次实验，比较准确地测定了电子的电荷量。+ + + + + + +- - - - - - - qEmg 现代实验测出的电子电荷量是e=1.60217

9、73310-19C二、带电粒子在交变电场中的偏转U U U U 1.交变电场中的偏转：作交替的类平抛和类斜抛初速度方向的匀速直线运动沿电场力方向的做单向直线运动或往返运动.2.n个周期内沿电场力方向的末速度Vy=03.n个周期内沿电场力方向的位移： 0时刻进入， 单向直线运动， 一定能够到达极板 T/4时刻进入，等幅往返，X正=X反，X总=0，可能达到极板 T/4前进入， 非等幅往返，X正X反，一定能够到达极板 T/4后进入， 非等幅往返，X正0电子将打在荧光屏的什么位置？电子作始终向上偏转相同位移。打在荧光屏Y轴正方向同一位置UYt看到一个点（亮斑）电子作始终向里偏转相同位移。打在荧光屏X轴

10、正方向同一位置（3） 如果在电极 YY之间不加电压，但在XX之间加不变电压， 且UXX0，电子将打在荧光屏的什么位置？UXt看到一个点（亮斑）电子先始终向上偏转相同位移。然后始终向里偏转相同位移，最终打在荧光屏第一象限同一位置(4) 在YY之间加不变电压，且UYY0，同时XX之间加不变电压，且UXX0，电子将打在荧光屏的什么位置？UYtUXt思考与讨论（1）如果在电极XX之间不加电压，但在YY之间加如图所示的锯齿波交变电压，在荧光屏上会看到什么图形？零时刻进入的电子,电压为竖直方向反向最大电压，具有竖直方向向下的最大位移Y 2.大小和方向连续变化的交变电压下的偏转图像注意：经过加速后电子速度非

11、常大，通过极板时间极短，远小于交变电压的周期同一个电子在极板间偏转的极短时间内可认为偏转电压不变。T时刻进入的电子,电压为竖直方向正向最大电压，具有竖直方向向上的最大位移Y信号电压连续变化时，亮斑迅速周期性向上移动，形成与Y轴重合的竖直亮线。T/2时刻进入的电子,电压为0，竖直方向位移为零 思考与讨论（2）如果在电极XX之间不加电压，但在YY之间加如图所示的正弦波交变电压，在荧光屏上会看到什么图形？零时刻：电压为0，竖直方向位移为零 T/2时刻：电压为0，竖直方向位移为零 信号电压变化，亮斑迅速周期性上下移动，形成与Y轴重合的竖直亮线。与锯齿波信号电压形成的图像相同3T/2时刻：电压为竖直方向

12、反向最大电压，具有竖直方向向下的最大位移Y T/4时刻：电压为竖直方向正向最大电压，具有竖直方向向上的最大位移YT时刻：电压为0，竖直方向位移为零 （3）如果在YY之间不加电压,而在XX之间加按图所示的规律随时间变化的电压（锯齿形），在荧光屏会看到什么图形？UXt零时刻进入的电子,电压为水平方向反向最大电压，具有水平方向的最大位移X T时刻进入的电子,电压为水平方向正向最大电压，具有水平方向的最大位移X信号电压连续变化，亮斑周期性向左移动，形成与X轴重合的水平亮线。T/2时刻进入的电子,电压为0，水平方向位移为零 思考与讨论零时刻：竖直方向位移为零，水平方向位移为X T/2时刻：竖直方向位移为

13、零，水平方向位移为X 信号电压变化，扫描电压不变，亮斑在X轴正方向某位置迅速上下移动，形成与Y轴平行的竖直亮线。3T/2时刻：竖直方向位移为Y，水平方向位移为X T/4时刻：竖直方向位移为Y，水平方向位移为XT时刻：竖直方向位移为零，水平方向位移为X（4）如果在YY之间加如图所示的正弦交变电压，同时在XX之间加不变电压， 且 UXX0 ，在荧光屏上会看到什么图形？UXt思考与讨论零时刻：竖直方向位移为Y，水平方向位移为X T时刻：竖直方向位移为Y，水平方向位移为X 信号电压变化，扫描电压不变，亮斑在X轴正方向某位置迅速上下移动，形成与Y轴平行的竖直亮线。与正弦波信号电压形成的图像相同T/2时刻

14、：竖直方向位移为0，水平方向位移为X（5）如果在YY之间加如图所示的锯齿交变电压，同时在XX之间加不变电压，且 UXX0 ，在荧光屏上会看到什么图形？UXt 怎样在荧光屏上显示信号电压的正弦波形？思考与讨论 （6）如果在 YY 之间加如图所示的正弦交变信号电压，同时在 XX 之间加锯齿形扫描电压，在荧光屏上会看到什么图形？ABCt1DEFt2示波器图象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电压在一个周期内随时间变化的稳定图象。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？想一想UxtOt1t2XY0tt1t1tt2由于锯齿扫描电压周期和信号电压周期不相同，导致显示图像和信号电压图像不一致，称为失真你知道老式的电视机荧光屏后面藏的是什么吗？议一议电子枪发射出的电子打在荧光屏上，使屏幕发光。要想使整个屏幕发光，电子应做何种运动？根据力与运动的关