10.5带电粒子在电场中的运动课件-高二上学期物理人教版

高中物理必修三·第10章·静电场中的能量10.5

带电粒子在电场中的运动

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。电子在加速器中是受到什么力作用而加速的呢?ABUdE+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？？思考：①若两极板间不是匀强电场，该用何种方法求解？

②若粒子的初速度不为零呢？带电粒子在电场中的加速【总结】1.带电粒子在带电金属板间加速后的速率仅与带电粒子的初速度大小及两板间的电压有关，与板间距离无关。2.带电粒子的分类及受力特点(1)电子、质子、α粒子、离子等基本粒子，重力远小于静电力，一般都不考虑重力，但不能忽略质量。(2)质量较大的微粒，如带电小球、带电油滴、带电颗粒等，除有说明或有明确的暗示外，处理问题时一般都不能忽略重力。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。带电粒子在电场中的加速分析带电粒子加速的问题，常用的两种思路及适用情景∶

一种是利用牛顿第二定律结合匀变速直线运动公式分析;当解决的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时另一种是利用静电力做功结合动能定理分析。当问题只涉及位移、速率等动能定理公式中的物理量或非匀强电场情景时带电粒子在电场中的加速【例1】如图，两个相同极板Y与Y′的长度为l，相距d，极板间的电压为U。一个质量为m、电荷量为e的电子沿平行于板面的方向射入电场中，射入时的速度为v0。把两极板间的电场看作匀强电场(1)电子在电场中做什么运动？如何处理？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：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q、mLd----------+++++++++U带电粒子在电场中的偏转【例1】如图甲，两个相同极板Y与Y′的长度为l，相距d，极板间的电压为U。一个质量为m、电荷量为e的电子沿平行于板面的方向射入电场中，射入时的速度为v0。把两极板间的电场看作匀强电场(2)设电子不与平行板相撞，如图乙，完成下列内容(均用题中所给字母表示)。①电子通过电场的时间t＝________。②静电力方向：加速度a＝________，离开电场时垂直于极板方向的分速度vy＝________。③速度与初速度方向夹角的正切值tanθ＝_______。④离开电场时沿静电力方向的偏移量y＝____带电粒子在电场中的偏转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：2.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)带电粒子在电场中的偏转推论1：如图所示，粒子从偏转电场中射出时，其速度的反向延长线与初速度方向交于一点，此点平分沿初速度方向的位移。带电粒子在电场中的偏转【例2】如图所示，一带电粒子先经加速电场加速后，又沿着平行于板面的方向从O点垂直进入偏转电场，已知加速电场的电压为U0，偏转电场的电压为U，极板长度为l，极板间距为d，带电粒子的电荷量为q，质量为m，求：(1)粒子离开电场时速度偏转角的正切值tanθ；(2)粒子沿加速电场方向的偏移距离y。带电粒子在电场中的加速与偏转【例2】如图所示，一带电粒子先经加速电场加速后，又沿着平行于板面的方向从O点垂直进入偏转电场，已知加速电场的电压为U0，偏转电场的电压为U，极板长度为l，极板间距为d，带电粒子的电荷量为q，质量为m，求：拓展若在偏转极板右侧有一荧光屏，极板的右端与荧光屏的距离为L，如图所示，求粒子打在荧光屏上的位置P与荧光屏中心O′点之间的距离

y′。带电粒子在电场中的加速与偏转【例2】拓展

让一价氢离子、一价氦离子和二价氦离子的混合物由静止开始经过同一加速电场加速，然后在同一偏转电场里偏转，它们是否会分离为三股粒子束？推论3：初速度为零的不同的带电粒子(电性相同)，经同一电场加速后，垂直进入同一偏转电场，则它们的运动轨迹必定重合。带电粒子在电场中的加速与偏转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偏转

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。示波器示波器加速电压

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：示波器的工作原理【思考与讨论】：如果在偏转电极XX′之间和偏转电极YY′之间都没有加电压，电子束从电子枪射出后打在荧光屏上的哪个位置？-+XˊXˊXXYYˊYˊY电子枪偏转电极荧光屏示波器的工作原理-+XˊXˊXXYYˊYˊY电子枪偏转电极荧光屏思考①：：如果仅在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？示波器的工作原理UXt扫描电压示波器图象OXˊXYYˊ思考①：如果仅而在XXˊ之间加锯齿形扫描电压，在荧光屏上会看到什么图形？示波器的工作原理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示波器的工作原理思考②：如果仅在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示波器的工作原理思考②：如果仅在YYˊ之间加正弦式信号电压，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。示波器的工作原理思考③：如果同时在XX′、YY′之间加上扫描电压和正弦式信号电压，在荧光屏上会看到什么图形？ABCDFABCt1DEFt2XˊX