物理第五节 带电粒子在电场中的运动完整版ppt课件

这是一份物理第五节 带电粒子在电场中的运动完整版ppt课件，共34页。PPT课件主要包含了学习目标，用动能定理解题简便，答案45°等内容，欢迎下载使用。

1.会分析带电粒子在电场中的直线运动，掌握求解带电粒子 直线运动问题的两种方法.2.会用运动的合成与分解的知识，分析带电粒子在电场中的 偏转问题.
一、带电粒子在加速电场中的运动
1.带电粒子的分类及受力特点研究电子、质子、α粒子在电场中的运动时，重力能否忽略不计？
答案　电子、质子、α粒子在电场中所受静电力远大于重力，故重力可忽略不计。但不是忽略质量。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。
带电粒子在匀强电场或非匀强电场中加速，计算末速度，分别应用什么规律研究？
答案　分析带电粒子在匀强电场中的加速运动，可以用牛顿运动定律结合运动学公式列式求解，也可以用动能定理列式求解.分析带电粒子在非匀强电场中的加速运动，可以用动能定理或功能关系求解.
带电粒子在电场中受到电场力的作用，通常电场力远大于带电粒子的重力，从而可以忽略重力对带电粒子的影响。如图，真空中有一对平行金属板，两板间电势差为U，板间距为d，将一质量为m、带电荷量为+q的粒子在正极板附近由静止释放，分析带电粒子在电场中的运动情况。带电粒子在匀强电场中做初速度为零的匀加速直线运动。为了求带负电粒子到达正极板时速度D的大小，我们用两种方法来研究。
2.分析带电粒子在静电力作用下加速运动问题的两个角度
粒子加速后的速度只与加速电压有关
速度v与电势差U、比荷q/m的平方根成正比与距离d无关
若电荷是-q，该怎样求解？
粒子将做匀减速直线运动：
第一种动力学观点不再适用，因为非匀强电场加速度a不恒定。
粒子在非匀强电场中加速，适合从能量观点解决问题。
如果不是匀强电场，方法一和方法二中是否有些等式不适用了?请说明理由。
北京正负电子对撞机的直线加速器
A.两板间距离越大，加速时间越短B.两板间距离越小，电子的加速度就越小C.电子到达Q板时的速率，与两板间距离无关， 仅与加速电压有关D.电子到达Q板时的速率，与加速电压无关，仅与两板间距离有关
例1　(2021·安徽滁州市高二期末)如图所示，P和Q为两平行金属板，板间有一定电压，在P板附近有一电子(不计重力)由静止开始向Q板运动，下列说法正确的是
解析　两板间电压为U保持不变，设板间距为d，电子在板间的加速度为a，
故两板间距离越小，电子的加速度就越大，B错误；
故两板间距离越大，加速时间越长，A错误；
针对训练　(2021·山东日照高一期末)如图所示，当今医学上对某些肿瘤采用质子疗法进行治疗，该疗法用一定能量的质子束照射肿瘤杀死癌细胞.现用一直线加速器来加速质子，使其从静止开始被加速到1.0×107 m/s.已知加速电场的场强为1.3×105 N/C，质子的质量为1.67×10－27 kg，电荷量为1.6×10－19 C，则下列说法正确的是A.加速过程中质子电势能增加B.质子所受到的静电力约为2×10－15 NC.质子加速需要的时间约为8×10－6 sD.加速器加速的直线长度约为4 m
解析　加速过程中静电力对质子做正功，则质子电势能减小，选项A错误；质子所受到的静电力约为F＝Eq＝1.3×105×1.6×10－19 N≈2×10－14 N，选项B错误；
二、带电粒子在电场中的偏转如图所示，质量为m、电荷量为＋q的粒子以初速度v0垂直于电场方向射入两极板间，两平行板间存在方向竖直向下的匀强电场，已知板长为l，板间电压为U，板间距离为d，不计粒子的重力，设粒子不与平行板相撞.
粒子在板间做类平抛运动，应用运动分解的知识进行分析处理，如图所示.
两个推论(1)粒子从偏转电场中射出时，其速度方向的反向延长线与初速度方向的延长线交于一点，此点为粒子沿初速度方向位移的中点.
注意：分析粒子的偏转问题也可以利用动能定理，即qEy＝ΔEk，其中y为粒子在偏转电场中沿静电力方向的偏移量.
1.动力学分析 带电粒子以初速度v0垂直进入平行板产生的匀强电场中，受到与初速度方向垂直的静电力的作用做匀变速曲线运动，是类平抛运动。2. 运动的分析（1）在垂直于电场线方向上不受任何力，做匀速直线运动。（2）在平行于电场线方向，受到静电力做初速度为0的匀加速直线运动。
偏移距离（侧移距离或侧移量）
如图一带正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？
粒子有水平方向初速度，做类平抛运动
垂直电场方向：匀速直线运动
沿电场方向：匀加速直线运动
由此可得到两个结论：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)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)
例2　(2021·江苏苏州高一月考)如图所示，质量相同的两个带电粒子P、Q以相同的速度沿垂直于电场方向射入两平行板间的匀强电场中，P从两极板正中央射入，Q从下极板边缘处射入，它们最后打在同一点(重力不计)，则从开始射入到打到上板的过程中
A.它们运动的时间tQ>tPB.它们运动的加速度aQ解析　粒子在垂直电场方向不受力，做匀速直线运动，位移相等，速度相等，由x＝vt得知，运动的时间相等，故A错误；粒子在平行电场方向受到静电力作用，做初速度为零的匀加速直线运动，根据位移时间关系公式，
由于两带电粒子平行电场方向分位移之比为yP∶yQ＝1∶2，
所以aQ>aP，故B错误；根据牛顿第二定律，有qE＝ma ②
所以它们所带的电荷量之比qP∶qQ＝1∶2，故D正确；根据动能定理，有qE·y＝ΔEk，又qP∶qQ＝1∶2，yP∶yQ＝1∶2，所以动能增加量之比ΔEkP∶ΔEkQ＝1∶4，故C错误.
例3　(2021·浦东高一月考)如图所示，电子在电势差为U1的加速电场中由静止开始运动，然后射入电势差为U2的两块平行极板间的偏转电场中(重力不计)，在满足电子能射出平行极板区的条件下，下述四种情况中，一定能使电子的偏转角θ变小的是A.U1变大，U2变大 B.U1变小，U2变大C.U1变大，U2变小 D.U1变小，U2变小
解析　设电子被加速后获得初速度为v0，
设水平极板长为l，两极板间的距离为d，
设电子在平行板间受静电力作用产生加速度为a，
电子射出偏转电场时，平行于电场方向的速度vy＝at ④，
例4　(2021·金山高一月考)如图所示，电子从静止开始被U＝180 V的电场加速，沿直线垂直进入另一个场强为E＝6 000 V/m的匀强偏转电场，而后电子从右侧离开偏转电场.已知电子比荷为 ×1011 C/kg，不计电子的重力，偏转极板长为L＝6.0×10－2 m.求：(1)电子经过电压U加速后的速度vx的大小；
答案　8×106 m/s　
代入数据解得vx＝8×106 m/s；
(2)电子在偏转电场中运动的加速度a的大小；
答案　1.1×1015 m/s2　
(3)电子离开偏转电场时的速度方向与进入该电场时的速度方向之间的夹角θ.
离开电场时的竖直分速度为vy＝at
代入数据解得θ＝45°.
三、示波管的原理1.构造示波管是示波器的核心部分，外部是一个抽成真空的玻璃壳，内部主要由电子枪(由发射电子的灯丝、加速电极组成)、偏转电极(由一对X偏转电极板和一对Y偏转电极板组成)和荧光屏组成，如图所示.
2.原理(1)扫描电压：XX′偏转电极接入的是由仪器自身产生的锯齿形电压，可使亮班从左向右扫描移动.(2)灯丝被电源加热后，发射热电子，发射出来的电子经加速电场加速后，以很大的速度进入偏转电场，如果在Y偏转电极上加一个周期性的信号电压，并且与扫描电压周期相同，那么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像.
例5　(2021·山东潍坊高一期末)示波器可以用来观察电信号随时间变化的情况，其核心部件是示波管，其原理如图，XX′为水平偏转电极，YY′为竖直偏转电极.以下说法正确的是
A.XX′加图c波形电压、YY′不加信号电压，屏上在两个位置出现亮点B.XX′加图b波形电压、YY′加图a波形电压，屏上将出现两条竖直亮线C.XX′加图d波形电压、YY′加图b波形电压，屏上将出现一条竖直亮线D.XX′加图d波形电压、YY′加图c波形电压，屏上将出现图a所示图线
解析　XX′加图c波形电压、YY′不加信号电压，则电子将在两个不同方向的电压一定的电场中运动，发生两个大小相同方向相反的位移，故在屏上水平方向的两个位置出现亮点，选项A正确；XX′加图b波形电压、YY′加图a波形电压，屏上将出现一条竖直亮线，选项B错误；XX′加图d波形电压、YY′加图b波形电压，屏上将出现一条水平亮线，选项C错误；XX′加图d波形电压、YY′加图c波形电压，屏上将出现图c所示图线，选项D错误.