【高中物理】带电粒子在电场中的运动 课件 2022-2023学年高二物理人教版（2019）必修第三册

第十章

静电场中的能量10.5带电粒子在电场中的运动带电粒子在电场中的加速01ABUdE+Fv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。ABUdE+Fv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。U0u0-u0tT2Tt带电粒子在电场中的偏转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：v0q、mLd----------+++++++++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Ld+-------------

+++++++++++

Uv0q、mF+vv0vyyθ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。Ld--------+++++++++Uv0q、m++vyθvv0y1.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：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：Ld----------+++++++++Uv0q、m++vyθvv0y2.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)YY’XX’-+--+-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？带电粒子在电场中的加速和偏转03ABU1E+F----------+++++++++U2+vyθyvv0v0如图，若粒子能从极板的右边缘飞出偏转电场，则末速度反向延长线交于水平位移的中点,粒子好像从极板间L/2处沿直线射出一样。dL/2yv0-qvv0v⊥++++++-----LYXU2荧光屏光斑U1问题拓展：若粒子是从静止经过电场加速电压U1加速后进入偏转电场U2发生侧移y；离开电场后，打在荧光屏上形成光斑，光斑距荧光屏中心的距离Y。请结合前面结论，推出y与Y的表达式。-θθdL/2yv0-qvv0v⊥θθ++++++-----LYXU2荧光屏光斑U1-粒子的重力去哪了？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。1.带电的基本粒子（微观）：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。（但不能忽略质量）。2.带电微粒（宏观）：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。点击播放示波管原理04

示波器是一种用途十分广泛的电子测量仪器。它能把肉眼看不见的电信号变换成看得见的图像，便于人们研究各种电现象的变化过程。示波器利用狭窄的、由高速电子组成的电子束，打在涂有荧光物质的屏面上，就可产生细小的光点。示波器的核心部件是示波管。

在被测信号的作用下，电子束就好像一支笔的笔尖，可以在屏面上描绘出被测信号的瞬时值的变化曲线。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

示波管的构造作用：思考与讨论1：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？-+XˊXˊXXYYˊYˊY电子枪偏转电极荧光屏思考与讨论2：如果在电极

XXˊ之间不加电压，而在YYˊ之间加不变电压，使Y的电势比

Yˊ高，电子将打在荧光屏的什么位置？-+XˊXˊXXYYˊYˊY电子枪偏转电极荧光屏思考与讨论3：如果在电极

XXˊ之间不加电压，而在YYˊ之间加不变电压，使Yˊ的电势比Y高，电子将打在荧光屏的什么位置？-+XˊXˊXXYYˊYˊY电子枪偏转电极荧光屏思考与讨论4：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？XˊXYYˊUYtOYˊ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。-+XˊXˊXXYYˊYˊY电子枪偏转电极荧光屏思考与讨论5：如果在电极YYˊ之间不加电压，而在

XXˊ之间加不变电压，使

X的电势比Xˊ

高，电子将打在荧光屏的什么位置？-+XˊXˊXXYYˊYˊY电子枪偏转电极荧光屏思考与讨论6：如果在电极

YYˊ之间不加电压，而在XXˊ之间加不变电压，使

Xˊ

的电势比

X高，电子将打在荧光屏的什么位置？UXt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OXˊXYYˊ思考与讨论6：如果在YYˊ之间加如图所示的交变电压，同时在

XXˊ之间加锯齿形扫描电压，在荧光屏上会看到什么图形？ABCDFABCt1DEFt2XˊXYYˊtOUYUXOtABCDEEFt2t1t2t1思考与讨论6：如果在YYˊ之间加如图所示的交变电压，同时在

XXˊ之间加锯齿形扫描电压，在荧光屏上会看到什么图形？ABCDFABCt1DEFt2XˊXYYˊtOUYUXOtABCDEEFt2t1t2t1

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tOUYUXOtXˊXYYˊA加速B偏转C示波管ABUdE+Fv0课堂总结典例分析051．如图所示，真空中平行金属板M、N之间距离为d，两板所加的电压为U。一质量为m、电荷量为q的带正电粒子从M板由静止释放。不计带电粒子的重力。（1）求带电粒子所受的静电力的大小F；（2）若在带电粒子运动d/2，距离时撤去所加电压，求该粒子从M板运动到N板经历的时间t。【答案】（1）

；（2）2．如图甲所示，在两平行金属板间加有一交变电场，两极板间可以认为是匀强电场，当t=0时，一带电粒子从左侧极板附近开始运动，其速度随时间变化关系如图乙图所示。带电粒子经过4T时间恰好到达右侧极板，（带电粒子的质量m、电量q、速度最大值、时间T为已知量）则下列说法正确的是（）A．带电粒子在两板间做往复运动，周期为TB．两板间距离C．两板间所加交变电场的周期为T，所加电压大小D．若其他条件不变，该带电粒子从

开始进入电场，该粒子不能到达右侧板【答案】B3．如图所示，一平行板电容器充电后与电源断开，此时两板间的电势差为U，板间距离为d，A板带正电，B板中央有一小孔。一带正电的微粒，电荷量为q，质量为m，自孔的正上方距板高h处自由下落，若微粒恰能落至A、B板的正中央C点，不计空气阻力，重力加速度为g，则下列说法正确的是（）A．微粒在下落过程中动能逐渐增加，重力势能逐渐减小B．微粒落入电场中，电势能逐渐减小，其减小量为C．若微粒从距B板高2h处自由下落，则恰好能到达A板D．若保持A板不动，B板上平移一小段距离（小于h），则由

可知，电场强度将减小【答案】C4．如图甲所示，长为L的两块平行金属板A、B水平放置，两金属板间接如图乙所示的电压，一质量为m、电荷量为+q的小球在t=0时刻从贴近上极板的边缘以沿水平方向的初速度v0进入电场，一段时间后小球垂直撞在平行金属板右侧竖直放置的弹性绝缘板MN上并被原速反弹。不计小球与弹性板碰撞的时间，且在碰撞过程中小球的电荷量不发生变化，重力加速度为g。下列说法正确的（）A．t=0时刻两极板间的电压U0与两极板间距离d的关系为B．两极板间距离的最小值为C．小球在运动过程中的最大动能为D．当

时，小球回到出发点【答案】ACD5．如图所示，质量为m，电荷量为e电子在电压为U1的加速电场中由静止开始运动，然后射入电压为U2的两块平行金属板间的电场中，极板长L，极板间距d，入射方向与极板平行，这个装置处于真空中，试求：（1）电子射出U2电场时偏转距离；（2）电子射出U2电场时偏转角

的正切值。【答案】（1）

；（2）6．示波管原理如图所示，当两偏转电极

、

电压为零时，电子枪发射的电子经加速电场加速后会打在荧光屏正中间的O点，其中x轴与

电场的场强方向平行，y轴与

电场的场强方向平行。则下列说法正确的是（）2．如图所示，一个质量为m=2.0×10-11kg、电荷量q=1.0×10-5C的带电微粒（重力忽略不计），从静止开始经电压为U1=400V的加速电场加速后，水平进入两平行金属板间的偏转电场中