粤教版 (2019)必修 第三册第二章 静电场的应用第二节 带电粒子在电场中的运动课文课件ppt

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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________．(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＝________．
带电粒子在电场中的加速
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．
如图所示，质子(H)和α粒子(He)，以相同的初动能垂直射入偏转电场(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∶1 B．1∶2C．2∶1　 D．1∶4【答案】B
1．构造：示波器的核心部件是示波管，它主要由__________、________ (XX′和YY′)、________组成，管内抽成真空．2．原理．(1)给电子枪通电后，如果在偏转板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．
当示波管的偏转板没有加电压时，电子束将打在荧光屏上什么位置？【答案】偏转板不加电压，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(　　)
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：
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
变式1　如图所示，M和N是匀强电场中的两个等势面，相距为d，电势差为U，一质量为m(不计重力)、电荷量为－q的粒子以速度v0通过等势面M射入两等势面之间，则该粒子穿过等势面N的速度应是(　　)
带电微粒加速的分析方法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．类平抛运动．带电粒子以速度v0垂直于电场线的方向射入匀强电场，受到恒定的与初速度方向垂直的静电力的作用而做匀变速曲线运动，称之为类平抛运动．可以采用处理平抛运动方法分析这种运动．
4．五个推论．(1)粒子从偏转电场中射出时，其速度方向反向延长线与初速度方向延长线交于一点，此点是水平位移的中点．
(4)若以相同的初动能Ek0进入同一个偏转电场，只要q相同，不论m是否相同，则偏转距离y和偏转角θ相同．(5)不同的带电粒子经同一加速电场加速后(即加速电压U1相同)，进入同一偏转电场，则偏转距离y和偏转角θ相同．
例2　一束电子流在经U＝5 000 V的加速电压加速后，在距两极板等距离处垂直进入平行板间的匀强电场，如图所示．若两水平板间距d＝1.0 cm，板长l＝5.0 cm，那么要使电子能从平行板间飞出，则两个水平极板上最大电压是多少？【答案】400 V
变式2　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，则三种离子相同的是(　　)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
1．电子的偏转：被电子枪加速的电子在YY′电场中做类平抛运动，出电场后做匀速直线运动，最后打到荧光屏上．设打在荧光屏上时的偏转位移为y′，如图所示．
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．
例3　示波管的原理如图所示，一束电子从静止开始经加速电压U1加速后，以水平速度沿水平放置的两平行金属板的中线射入金属板的中间．已知金属板长为l，两极板间的距离为d，竖直放置的荧光屏与金属板右端的距离为L．若两金属板间的电势差为U2，则光点偏离中线，而打在荧光屏中心O点正下方的P点，求O、P两点间的距离OP．
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．
电偏转与科技示波管是电子示波器的心脏．示波管的主要部件有：电子枪、偏转板、后加速级、荧光屏和刻度格子．电子枪产生了一个聚集得很细的电子束，并把它加速到很高的速度．这个电子束以足够的能量撞击荧光屏上的一个小点，并使该点发光．
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独立的．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．
例4　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、Eb，则(　　)A．Wa＝Wb，Ea＞Eb　　B．Wa≠Wb，Ea＞EbC．Wa＝Wb，Ea＜EbD．Wa≠Wb，Ea＜Eb【答案】A
【解析】电子在电场中运动，电场力做功W＝qU，由于a、b两点位于同一条等势线上，故φa＝φb有Uac＝Ubc, 可得Wa＝Wb．电场线的疏密程度反映场强的大小，a点比b点的电场线密些，a点场强大，则Ea＞Eb，故A正确．
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∶1B．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．