【课件】带电粒子在电场中的运动+课件+-2022-2023学年高二上学期物理人教版（2019）必修第三册.pptx

第十章 静电场中的能量5.带电粒子在电场中的运动导入新课 带电粒子在电场中受到静电力的作用，因此产生加速度，速度的大小和方向都可能发生变化。在现代科学实验和技术设备中，常常利用电场来改变带电粒子或控制带电粒子的运动。利用电场使带电粒子加速、利用电场使带电粒子偏转，就是两种最简单的情况。本节课我们讨论上述两种最简单的情况。医用电子直线加速器静电偏转管一、带电粒子在电场中的加速1.带电粒子在电场中受到静电力，还有自身重力。研究粒子运动时，如何考虑粒子受到的合外力？忽略重力时，质量是否可以忽略？（1）基本粒子：如电子、质子、粒子、离子等，由于重力远小于静电力，除有说明或有明确的暗示以外，此类粒子一般不考虑重力(但并不忽略质量)。（2）带电微粒：如液滴、油滴、尘埃、小球等，由于重力不满足远小于静电力的条件，除有说明或有明确的暗示以外，一般都不能忽略重力。交流讨论2.如图，真空中两平行金属板间距为d，两板间的电势差为U，电场可视为匀强电场，一质量为m、电荷量为q的正带电粒子（重力不计），在静电力的作用下由静止开始从A板向B板运动。（1）电子的加速度为多少？（2）电子到达B板所需时间为多少？一、带电粒子在电场中的加速ABUq+-（3）电子到达B板时的速度为多少？注意：注意：两种方法都能求解，用动能定理更简便！一、带电粒子在电场中的加速ABUq+-方法一：根据运动学公式方法二：根据动能定理（4）增大两极板间距d，带电粒子到达B板时的速度如何变化？由Ek=qU可知，带电粒子到达另一极板时动能的增量，由两板间的电压和电荷量决定，与板间的距离无关（5）在加速问题中，如果两极板是其他形状，如图中所示，加速电场不再均匀，上面的结果是否仍然适用？为什么？在非匀强电场中，不满足牛顿运动定律的应用条件，所以只能应用动能定理来求解一、带电粒子在电场中的加速U1.带电粒子在电场中重力的处理：(1)基本粒子：如电子、质子、粒子、离子等，一般不考虑重力(但并不忽略质量)。(2)带电微粒：如液滴、油滴、尘埃、小球等，一般都不能忽略重力。梳理深化分析带电体在电场中的运动时，分析带电体在电场中的运动时，必须明确粒子的重力是否考虑必须明确粒子的重力是否考虑一、带电粒子在电场中的加速2.求带电粒子的速度的两种方法(1)从动力学角度出发，用牛顿第二定律和运动学知识求解由牛顿第二定律可知，带电粒子运动的加速度的大小为由公式 可求得带电粒子到达极板时的速度为简洁、方简洁、方便、高效便、高效一、带电粒子在电场中的加速(2)从功能关系角度出发，用动能定理求解根据动能定理有解得【例1】(多选)如图所示，电荷量和质量都相同的带正电粒子以不同的初速度通过A、B两板间的加速电场后飞出，不计重力的作用，则()A 它们通过加速电场所需的时间相等B 它们通过加速电场过程中动能的增量相等C 它们通过加速电场过程中速度的增量相等D 它们通过加速电场过程中电势能的减少量相等BD巩固提升一、带电粒子在电场中的加速练习1、(多选)如图为某直线加速器简化示意图，设n个金属圆筒沿轴线排成一串，各筒相间地连到正负极周期性变化的电源上，质子束以一定的初速度v0沿轴线射入圆筒实现加速，则()A 质子在每个圆筒内都做加速运动B 质子只在圆筒间的缝隙处做加速运动C 质子穿过每个圆筒时，电源的正负极要改变D 每个筒长度都是相等的BC一、带电粒子在电场中的加速真空中水平放置一对平行金属板，板间距离为d，板长为l，两板间电势差为U，板间电场可视为匀强电场。现有一电荷量为-q、质量为m的带电粒子，以水平初速度v0射入平行金属板间。已知该带电粒子能射出平行金属板，不计粒子重力。交流讨论二、带电粒子在电场中的偏转1.粒子所受静电力方向如何？垂直电场和沿电场方向的运动性质如何？运动性质如何？与哪种运动形式类似？粒子所受静电力方向与初速度方向垂直；垂直电场方向做匀速直线运动，沿电场方向做初速度为零的匀加速直线运动；带电粒子做的是匀变速曲线运动；类似于平抛运动2.粒子在电场中运动的时间为多少？二、带电粒子在电场中的偏转3.粒子运动的加速度为多少？4.粒子在射出电场时沿垂直于金属板方向偏移的距离为多少？5.粒子在离开电场时竖直方向的分速度为多少？yvyv0vyvyv0v6.粒子在离开电场时的速度大小为多少?7.粒子在离开电场时的速度偏转角正切值为多少?二、带电粒子在电场中的偏转8.粒子离开电场时位移偏向角的正切值为多少?速度偏转角和位移偏向角有什么关系？tan=2tan 9.粒子离开电场后做什么运动？粒子不受力，做匀速直线运动拓展：粒子发射器发射出一束质量为m，电荷量为q的粒子（不计重力），从静止经加速电压U1加速后，沿垂直于电场方向射入两平行板中央，受偏转电压U2作用后，以某一速度离开电场。已知平行板长为l，两板间距离为d。电子离开加速电场时的速度、离开电场时沿垂直于金属板方向偏移的距离、速度偏转角正切值分别为多少？二、带电粒子在电场中的偏转1.带电粒子在电场中运动属于类平抛运动，利用运动的分解，化曲为直的思想解决这一问题。2.粒子在射出电场时沿垂直于板方向偏移的距离：梳理深化二、带电粒子在电场中的偏转3.粒子在离开电场时垂直于板方向的分速度：4.粒子在离开电场时的速度偏转角正切值：yvyv0v【例2】如图所示，一个正的点电荷q从图中两平行带电金属板左端中央处以初动能Ek射入匀强电场中，它飞出电场时的动能变为2Ek；若此点电荷飞入电场时速度大小增加为原来的2倍而方向不变，它飞出电场时的动能变为()二、带电粒子在电场中的偏转巩固提升A4Ek B4.25Ek C5Ek D8EkB练习2、如图所示，两极板与电源相连接，电子以速度v0从负极板边缘垂直电场方向射入匀强电场，且恰好从正极板边缘飞出，现在使电子入射速度变为原来的两倍，而电子仍从原位置射入，且仍从正极板边缘飞出，则两极板的间距应变为原来的()A2倍 B4倍 C DC二、带电粒子在电场中的偏转练习3、（多选）如图所示是某电学仪器的示意图，电子先由电子枪加速后进入偏转电场，如果在偏转电极上加一个电压，则电子束将会偏转，并飞出偏转电场。下列措施中能使电子偏转距离变大的是()A尽可能把偏转极板L做得长一点B尽可能把偏转极板L做得短一点C尽可能把偏转极板间的距离d做得小一点D将电子枪的加速电压提高AC二、带电粒子在电场中的偏转从右向左看三、示波管的原理1.如果在XX之间不加电压，在YY之间加不变的电压，使Y的电势比Y高（即“Y正，Y负”），电子束将打在荧光屏的什么区域？试在荧光屏上标出。交流讨论如图是示波管的原理图，如果在偏转电极XX和YY之间都没有加电压，电子束从电子枪射出后沿直线运动，在荧光屏中心产生一个亮斑。2.如果在YY之间不加电压，在XX之间加不变的电压（X正，X负），电子束将打在荧光屏的什么区域？试在荧光屏上标出。三、示波管的原理从右向左看3.如果在XX之间不加电压，在YY之间加如图所示的交变电压，在荧光屏上会出现什么图形？试在荧光屏上标出。三、示波管的原理从右向左看4.如果YY之间的电压如图所示，在XX之间加不变的电压（X正，X负），在荧光屏上会出现什么图形？若XX的电压是“X负，X正”呢？试在荧光屏上标出。三、示波管的原理从右向左看5.如果YY、XX之间的电压分别如图甲、乙所示，在荧光屏上会出现什么图形？三、示波管的原理从右向左看FEDCBAOt1t2甲 乙1.示波器：用来观察电信号随时间变化的电子仪器。其核心部件是示波管。2.示波管的构造（如图）：由电子枪、偏转电极和荧光屏组成。3.原理：利用了电子的惯性小、荧光物质的荧光特性和人的视觉暂留等，灵敏、直观地显示出电信号随时间变化的图线。梳理深化三、示波管的原理【例3】图甲为示波管的原理图。如果在电极YY之间所加的电压按图乙所示的规律变化，在电极XX之间所加的电压按图丙所示的规律变化，则在荧光屏上看到的图形是()B巩固提升三、示波管的原理课堂小结动力学分析功能关系分析带电粒子在电场中的加速带电粒子在电场中的偏转示波管的原理动力学分析运动过程分析带电粒子在电场中的运动