高中物理人教版 (2019)必修 第三册第十章 静电场中的能量5 带电粒子在电场中的运动课文内容课件ppt

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在探究情景基础上，自主推导带电粒子在电场中加速运动的规律．
运用类比方法，借鉴平抛运动的分析方法，研究带电粒子垂直进入电场中的运动规律．
(1)示波管原理及其重要应用．(2)静电场知识对社会生活、科学技术的影响.
带电粒子在电场中通常要受到重力和电场力
思考：带电粒子在电场中要受到哪些力的作用？
1. 研究物体运动的一般思路是什么？2. 决定物体做什么运动的条件又是什么？
1、运动和力的观念（1）研究对象的初速度v和加速度a（2）决定物体做什么运动的条件 例如： 匀变速运动 → 加速度恒定 直（曲）线运动 → v与a的方向关系 加（减）速运动 → v与a的夹角关系2、功和能的观念
带电粒子在电场中的加速
属于匀强电场，涉及运动时间等描述运动过程的物理量
①涉及位移、速率等动能定理公式中的物理量②非匀强电场的情景
向右做初速度为零的匀加速直线运动
解法一　运用运动学知识求解
解法二　运用动能定理知识求解
电荷的速度与加速电压有关，与板间距离的无关
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:
无法使加速粒子的速度足够大！
存在减速过程，抵消了前面极板的所提供的能量，所以不能一直加速。
想一想：加上什么样的电压，可以使带电粒子实现多级加速？
可以通过改变电压方向使带电粒子（不计重力）实现多级加速。
1.如果电压方向变化时间相等， 我们就需要加长极板之间距离。
这些圆筒长度又有什么分布规律呢？
第n号圆筒的长度为ln
每次加速时，静电力做功均为eu0
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？
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。
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)
按照解决平抛运动的方法来解决问题
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
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。
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。
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。
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。
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？
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 ˊ 的电势比Y 高，电子将打在荧光屏的什么位置？
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Y 的电势比 Yˊ 高，电子将打在荧光屏的什么位置？
思考与讨论4：如果在电极 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？
Yˊ 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6：如果在电极 YYˊ 之间不加电压，而在 XXˊ 之间加不变电压，使X ˊ 的电势比X 高，电子将打在荧光屏的什么位置？
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。
思考与讨论7：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？
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。
1.如图，一带正电荷的粒子以竖直向上的速度v从P点进入水平向右的匀强电场中，已知粒子所受重力与其所受的电场力大小相等。与在P点相比，粒子运动到最高点时（   ）A．电势能增加，动能不变B．电势能减小，动能不变C．重力势能增加，动能减小D．重力势能增加，动能增加
2.图甲为示波管的原理图。电子枪源源不断发射的电子经前面的加速电压加速之后已经获得了极大的速度，如果在电极 之间所加的电压按图乙所示的规律变化，在电极 之间所加的电压按图丙所示的规律变化，则在荧光屏上会看到的图形可能为（ ）A． B．C． D．
3.如图所示，长为L的绝缘细线一端连着带正电小球（视为点电荷），另一端固定在O点，小球在竖直平面内绕O点做圆周运动。已知小球的质量为m、电荷量为q，匀强电场的电场强度大小为E、方向水平向右，重力加速度大小为g。下列说法正确的是（　　）A．小球经过最低点时速度最大B．若细线断裂，小球将做匀变速运动C．小球运动过程中的最小速度可能为D．若小球做逆时针运动，从B点运动到D点的过程中，其动能、重力势能和电势能之和先增加后减少