带电粒子在电场中的运动课件-高二上学期物理人教版-3

第十章静电场中的能量人教版(2019)必修第二册10.5

带电粒子在电场中的运动

如图所示炽热的金属丝可以发射电子。在金属板P、Q间加电压U，发射出的电子在真空中加速后，从金属板的小孔穿出。设电子刚离开金属丝时的速度为零，电子质量为m、电荷量大小为e。例1(1)已知电子的质量为me＝9.1×10－31kg，电荷量为e＝1.6×10－19C，若极板电压U＝200V，板间距离为d＝2cm，则电子的重力与所受静电力的比值为________(g取10m/s2，结果保留一位有效数字)。在研究粒子运动的过程________(选填“需要”或“不需要”)考虑重力。G＝meg＝9.1×10－30N，重力相比静电力太小，故在研究粒子运动过程中不需要考虑重力。(2)电子在P、Q间做什么运动？电子向右做匀加速直线运动(3)求电子到达正极板时的速度大小。(用两种方法求解，结果用字母表示)方法一：运用动力学方法求解方法二：由动能定理有总结：粒子加速后的速度只与加速电压有关。拓展1

(1)若保持P、Q间电压不变，增大P、Q两板间的距离，电子到达极板时所用的时间将________(填“变长”“不变”或“变短”)，电子到达Q板的速率________(填“增大”“减小”或“不变”)。(2)如何增大电子到达Q板的速率？拓展2

若粒子的初速度v0≠0，电子到达Q板的速率为_____________。拓展3如图所示，若Q板为其他形状，两极板间不是匀强电场，该用何种方法求解。变长不变增大两极板间的电压。动能定理思考：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——动能定理总结提升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。返回

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。例2(1)电子在电场中做什么运动？如何处理？电子在电场中做类平抛运动，应运用运动的分解进行处理，沿v0方向：做匀速直线运动；沿静电力方向：做初速度为零的匀加速直线运动(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＝____。Ld--------+++++++++Uv0e、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)总结拓展若电子可以飞出极板，两极板间距d应满足什么条件？

带电粒子垂直进入偏转电场，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于一点，试证明此点为粒子沿初速度方向位移的中点。例1粒子在电场中的运动轨迹如图设粒子在电场中运动的位移与水平方向的夹角为α，粒子射出时速度与水平方向的夹角为θ。即tanθ＝2tanα总结提升推论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。

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：例2(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。(2)粒子在静电力方向上的偏移距离为ABU0E+F----------+++++++++U+vyθyvv0v0拓展1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。拓展2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′。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。偏转电极两种放置方式

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。示波器示波管的原理加速电压

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：示波管思考与讨论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。思考与讨论-+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？思考与讨论-+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？思考与讨论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

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tOUYUXOtXˊXYYˊ示波管的原理思考与讨论(1)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