第五节 带电粒子在电场中的运动 (共28张PPT) 高一物理（人教版2023必修第三册）

第第页第五节带电粒子在电场中的运动(共28张PPT)高一物理（人教版2023必修第三册）(共28张PPT)

第十章静电场中的能量

人教版必修三

第五节带电粒子在电场中的运动

电子枪

偏转电极

-

+

荧光屏

Y

Yˊ

X

Xˊ

Xˊ

X

Y

Yˊ

新课导入：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。视频展示了一台医用电子直线加速器。电子在加速器中是受到什么力的作用而加速的呢？

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

一、带电粒子在电场中的加速

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

一、带电粒子在电场中的加速

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

一、带电粒子在电场中的加速

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

一、带电粒子在电场中的加速

粒子的初速度为零

粒子的初速度不为零

【例1】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）上都的一个电子，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？

【针对训练1】如图所示，水平安放的A、B两平行板相距h，上板A带正电，现有质量m，带电量为+q的小球，在B板下方距离H处，以初速v0竖直向上从B板小孔进入板间电场，不计空气阻力，欲使小球刚好能到A板，则A、B间电势差UAB=___________。

二、带电粒子在电场中的偏转

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？

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

+

+

二、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

(1)电子离开金属板时的侧位移是多少？

(2)电子飞出电场时的速度是多少？

(3)电子离开电场后，打在屏上的P点，若s＝10cm，求OP的高度

答案：(1)0.5cm(2)2.04×107m/s与v0的夹角θ满足tanθ是0.2(3)2.5cm

【针对训练2】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，现在使电子入射速度变为原来的两倍，而电子仍从原位置射入，且仍从正极板边缘飞出，则两极板的间距应变为原来的（）

C

A

B

U1

E

+

F

--------

+++++++++

U2

+

vy

θ

y

v

v0

三、带电粒子在电场中的加速和偏转

带电粒子在电场中先加速后偏转

①速度

②位移

③角度

【例3】如图所示，边长为L的正方形区域ABCD内存在着沿AD方向的匀强电场．一个质量为m、电量为q、速度为v的带电粒子从A点沿AB方向进入电场，恰好从BC的中点离开电场，不计粒子所受重力．求电场强度的大小E．

四、示波器：能够观察电信号随时间变化情况的仪器

1.组成：由示波管（内部是真空）、电子枪、偏转电极和荧光屏组成

电子枪

偏转电极

-

+

荧光屏

Y

Yˊ

X

Xˊ

Xˊ

X

Y

Yˊ

产生高速飞行的电子束

锯齿形扫描电压

使电子沿Y方向偏移

待显示的电压信号

使电子沿X方向偏移

Y

Y’

X

X’

+

-

+

-

①若金属平行板水平放置，电子将在竖直方向发生偏转。

②若金属平行板竖直放置，电子将在水平方向发生偏转。

2.偏转电极的不同放置方式

四、示波器

偏移量与偏转电极的电压U成正比

3.原理

四、示波器

UX

t

扫描电压

①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

四、示波器

②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

四、示波器

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

A

五、课堂练习

1.如图所示，水平放置的平行板电容器，上极板带负电，下极板带正电，断开电源后一带电小球以速度v0水平射入电场，且沿下极板边缘飞出，若下极板不动，将上极板上移一小段距离，小球仍以相同的速度v0从原处飞入，则带电小球（）

A．加速度变大

B．将不能飞出电场

C．不发生偏转，沿直线运动

D．若上极板不动，将下极板上移一段距离，小球可能打在下极板的上都

D

五、课堂练习

2.电子从静止出发被1000V的电压加速，然后进入另一个电场强度为5000N/C的匀强偏转电场，进入时的速度方向与偏转电场的方向垂直。已知偏转电极长6cm，求电子离开偏转电场时的速度及其与进入偏转电场时的速度方向之间的夹角。

五、课堂练习

【答案】1.3×105V/m

五、课堂练习

4.一如图所示，从炽热的金属丝飞出的电子(速度可视为零)，经加速电场加速后从两极板中间垂直射入偏转电场。电子的重力不计。在满足电子能射出偏转电场的条件下，下述四种情况中，一定能使电子的偏转角变大的是()

A．仅将偏转电场极性对调

B．仅增大偏转电极间的距离

C．仅增大偏转电极间的电压

D．仅