高中物理人教版 (2019)必修 第三册5 带电粒子在电场中的运动备课ppt课件

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1．基本粒子的受力特点：对于质量很小的基本粒子，如电子、质子等，它们受到重力的作用一般__________静电力，故可以________．2．带电粒子的加速(1)带电粒子在电场中加速(直线运动)的条件：只受电场力作用时，初速度________或与电场力方向________．
带电粒子在电场中的加速
(2)分析方法：________定理．(3)结论：初速度为零，带电荷量为q，质量为m的带电粒子， 经过电势差为U的电场加速后，获得的速度为v＝________．
动能定理是分析带电粒子在电场中加速常用的方法，试想该方法适用于非匀强电场吗？
如图所示，在匀强电场(场强大小为E)中，一带电荷量为－q的粒子(不计重力)的初速度v0的方向恰与电场线方向相同，则带电粒子在开始运动后，将(　　)A．沿电场线方向做匀加速直线运动B．沿电场线方向做变加速直线运动C．沿电场线方向做匀减速直线运动D．偏离电场线方向做曲线运动【答案】C
【解析】带电粒子受到与运动方向相反的恒定的电场力作用，产生与运动方向相反的恒定加速度，因此，带电粒子在开始运动后，将沿电场线做匀减速直线运动，故C正确．
质量为m、带电荷量为q的基本粒子(忽略重力)，以初速度v0平行于两极板进入匀强电场，极板长为l，板间距离为d，板间电压为U．
带电粒子在电场中的偏转
1．运动性质(1)沿初速度方向：速度为v0的____________运动．(2)垂直v0的方向：初速度________，加速度为a＝________的匀加速直线运动．
带电粒子在电场中做类平抛运动的条件是什么？
【答案】偏转电场为匀强电场；带电粒子以初速度v0，必须垂直于电场线方向进入电场．
(2021年肇东名校期末)如图所示，质子(H)和α粒子(He)，以相同的初动能在相同位置垂直射入偏转电场(不计粒子重力)，则这两个粒子射出电场时的侧位移y之比为(　　)A．4∶1B．1∶2C．2∶1D．1∶4【答案】B
1．构造：示波管主要由__________、__________(XX′和YY′)、________组成，管内抽成真空．
2．原理(1)给电子枪通电后，如果在偏转电极XX′和YY′上都没有加电压，电子束将打在荧光屏的________点．(2)带电粒子在______区域是沿直线加速的，在____区域是偏转的．(3)若UYY′>0，UXX′＝0，则粒子向________板偏移；若UYY′＝0，UXX′>0，则粒子向________板偏移．
当示波管的偏转电极没有加电压时，电子束将打在荧光屏上什么位置？
【答案】偏转电极不加电压，电子束沿直线做匀速直线运动打在荧光屏中心位置，形成一个亮斑．
如图所示，一个带电粒子从粒子源飘入(初速度很小，可忽略不计)电压为U1的加速电场，经加速后从小孔S沿平行金属板A、B的中心线射入，A、B板长为L，相距为d，电压为U2．则带电粒子能从A、B板间飞出，应该满足的条件是(　　)
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1．带电量为q的粒子经过电势差为U的电场加速，电场力做的功是多少？【答案】带电量为q的粒子经过电势差为U的电场加速，电场力做的功W＝qU．
2．怎样计算带电粒子被电场加速之后的速度？
1．带电粒子的加速当带电粒子以很小的速度进入电场中，在静电力作用下做加速运动，示波管、电视显像管中的电子枪、回旋加速器都是利用电场对带电粒子加速的．
2．处理方法可以从动力学和功能关系两个角度进行分析，其比较如下：
精例1　如图所示，一个质子以初速度v0＝5×106 m/s水平射入一个由两块带电的平行金属板组成的区域．两板距离为20 cm，设金属板之间电场是匀强电场，电场强度为3×105 N/C. 质子质量m＝1.67×10－27 kg，电荷量q＝1.60×10－19 C．求质子由右边板上小孔射出电场时的速度大小．【答案】6×106 m/s
　　带电粒子加速问题的分析方法1．若带电粒子沿与电场线平行的方向进入匀强电场，所受的电场力与运动方向在同一条直线上，带电粒子做匀变速直线运动，此时可应用牛顿第二定律结合运动学公式求解，也可应用动能定理求解．2．若带电粒子沿与电场线平行的方向进入非匀强电场中时，带电粒子做非匀变速直线运动，此时只能应用动能定理求解．
1．偏转电极加上偏转电压U，质量为m，带电量为q的粒子以垂直于电场方向的初速度v0进入板长为l，宽度为d的偏转电场(不计重力)，如图所示．问：
(1)带电粒子从进入电场到离开电场的时间是多少？加速度是多少？离开电场时的偏移量是多少？
(2)离开电场时的偏转角的正切值是多少？
2．初速度为零的带电粒子经过加速电压为U1的电场加速，经过偏转电压为U2的偏转电场偏转，偏转角的正切值是多少？
3．为什么说粒子射出电场时的速度方向的反向延长线必过极板的中心？
精例2　如图所示，从炽热的金属丝逸出的电子(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．仅减小偏转电极间的电压【答案】C
变式2　(2021年北京东城模拟)如图所示，一价氢离子、一价氦离子和二价氦离子的混合物以相同的初速度沿垂直匀强电场的方向进入同一偏转电场，且经过偏转后都从右侧离开了电场，则三种粒子相同的是(　　)A．离开偏转电场时的动能B．在偏转电场中的时间C．在偏转电场中偏转的角度D．在偏转电场中的侧移量【答案】B
带电粒子在电场中运动的处理方法带电粒子在电场中运动问题的实质是力学问题的延续，从受力角度看带电粒子与一般物体相比多受到一个电场力；从处理方法上看仍可利用力学中的规律分析，如选用平衡条件、牛顿定律，动能定理、功能关系，能量守恒等．
1．请简述示波管的工作原理．【答案】XX′电极使电子束做横向(面向荧光屏而言)的水平匀速扫描，YY′电极使电子束随信号电压的变化在纵向做竖直方向的扫描，这样就在荧光屏上出现了随时间而变化的信号电压的波形，显然，这个波形是电子束同时参与两个相互垂直的分运动合成的结果．
2．只在示波管的XX′加扫描电压Ux，荧光屏上光点在屏上做匀速直线运动吗？
2．示波管实际工作时，XX′方向加扫描电压，YY′方向加信号电压，两者周期相同，在荧光屏上显示随信号而变化的波形．
变式3　(多选)示波管的构造如图所示．如果在荧光屏上P点出现亮斑，那么示波管中的(　　) A．极板X应带正电B．极板X′应带正电C．极板Y应带正电D．极板Y′应带正电【答案】AC
【解析】根据亮斑的位置，电子偏向XY区间，说明电子受到静电力作用发生了偏转，因此极板X、极板Y均应带正电．
1．示波管的偏转系统大都是静电偏转式，它由两对相互垂直的平行金属板组成，分别称为水平偏转板和竖直偏转板．分别控制电子束在水平方向和竖直方向的运动．当电子在偏转板之间运动时，如果偏转板上没有加电压，偏转板之间无电场，电子将沿轴向运动，射向屏幕的中心．如果偏转板上有电压，偏转板之间则有电场，进入偏转系统的电子会在偏转电场的作用下射向荧光屏的特定位置．
2．荧光屏位于示波管的终端，它的作用是将偏转后的电子束显示出来，以便宜观察．在示波器的荧光屏内壁涂有一层发光物质，因而，荧光屏上受到高速电子冲击的地点就显现出荧光．此时光点的亮度决定于电子束的数目、密度及其速度，改变控制极的加速电场的电压时，电子束中电子的数目将随之改变，光点亮度也就改变．
电子束一离开电子枪，就在两副静电偏转板间通过．偏转板上的电压使电子束偏转，一副偏转板的电压使电子束上下运动；另一副偏转板的电压使电子左右运动．而这些运动都是彼此无关的．因此，在水平输入端和垂直输入端加上适当的电压，就可以把电子束定位到荧光屏的任何地方．
【专练】　如图所示为某示波管内的聚焦电场，实线和虚线分别表示电场线和等势线．两电子分别从a、b两点运动到c点，设电场力对两电子做的功分别为Wa和Wb，a、b点的电场强度大小分别为Ea和Eb，则(　　)A．Wa＝Wb，Ea>Eb　　B．Wa≠Wb，Ea>EbC．Wa＝Wb，Ea【解析】a．b在同一等势面，有Uac＝Ubc，故Wa＝－eUac＝Wb．a点电场线密集，故Ea>Eb，A正确．
课堂小练 | 素养达成
1．如图所示，电子由静止开始从A板向B板运动，到达B板时的速度为v，保持两板间的电压不变，则(　　)A．当增大两板间的距离时，速度v增大B．当减小两板间的距离时，速度v减小C．当减小两板间的距离时，速度v不变D．当减小两板间的距离时，电子在两板间运动的时间变长【答案】C
2．在匀强电场中，将质子和α粒子由静止释放，若不计重力，当它们获得相同动能时，质子经历的时间t1和α粒子经历的时间t2之比为(　　)A．1∶1　　　B．1∶2C．2∶1　D．4∶1【答案】A
4．一个带负电的小球质量为m，电荷量为q，在一个如图所示的平行板电容器的右侧边缘被竖直上抛，最后落在电容器左侧边缘的同一高度处，两板间距离为d，板间电压为U，重力加速度为g，求抛出时的初速度v0及小球能达到的最大高度H．