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高中粤教版 (2019)第二节 带电粒子在电场中的运动优秀课件ppt
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这是一份高中粤教版 (2019)第二节 带电粒子在电场中的运动优秀课件ppt，共42页。PPT课件主要包含了复习回顾，新课引入，归纳小结，2×10-18J，类平抛运动，tanθ12，探究三示波器原理，原理分析，示波器，课堂总结等内容，欢迎下载使用。
2.带电量为q的粒子在场强为E的匀强电场中受到的电场力大小为多少？是恒力吗？
3.物体做直线运动的条件是？
4.物体做曲线运动的条件是？
1.描述电场性质的物理量有哪些？
F合与V0在同一直线上
F合与V0不在同一直线上
电子被加速器加速后轰击重金属靶时，会产生射线，可用于放射治疗。图中展示了一台医用电子直线加速器。电子在加速器中是受到什么力的作用而加速呢？
探究一：带电粒子在电场中的直线运动
情境：如图所示，在真空中安装一对面积较大的平行金属板，并在两板间加上电压U，两板之间形成了一个匀强电场，在紧靠正极板中间处有一电量为q、质量为m的带正电粒子，初速度为零，重力不计。
思考：（1）粒子在两极板间将做什么运动？（2）设两板间的距离为d，则粒子在板间的加速度多大？（3）粒子从正极板运动到负极板，电场力做了多少功？（4）粒子到达负极板时的速度大小是多少？
还有其他方法求末速度大小吗？
思考：（5）如果两极板不平行，则中间的电场不再是匀强电场，带电粒子仍由静止开始从正极板处运动到负极板，求带电粒子末速度的大小?（6）如果带电粒子改从电场的中央由静止开始释放，求到达负极板时末速度的大小？
由于电场力做功与场强是否匀强无关，与运动路径也无关，所以在处理电场对带电粒子的加速问题时，一般都是利用动能定理进行处理。
解决带电粒子在电场中的直线运动问题的两种思路：（1）根据带电粒子受到的力，用牛顿第二定律求出加速度，结合运动学公式确定带电粒子的运动情况。此方法只适用于匀强电场。（2）根据合外力对带电粒子所做的功等于带电粒子动能的变化（动能定理）求解。此方法既适用于匀强电场，也适用于非匀强电场。
是否考虑带电粒子或物体的重力要根据具体情况而定，一般说来：（1）基本粒子：如电子、质子、粒子、离子等带电粒子除有说明或有明确的暗示以外，一般都不考虑重力（但并不忽略质量）。（2）带电颗粒：如液滴、油滴、尘埃、小球、微粒等，除有说明或有明确的暗示外，一般都不能忽略重力。
带电粒子在电场中的直线运动
【练1】两块平行的金属板A、B之间的电压是80V，一个电子以1.6x10-17J的动能从小孔C垂直A板进入电场，该电子能打在B板上吗？如果能打在B板上，它到达B板时的动能有多大？如果要使电子打在B板上时的速度为零，电源电压应为多少V？
【练3】(多)如图所示，在真空中A、B两块平行金属板竖直放置并接入电路．调节滑动变阻器，使A、B两板间的电压为U时，一质量为m、电荷量为－q的带电粒子，以初速度v0从A板上的中心小孔沿垂直两板的方向射入电场中，恰从A、B两板的中点处沿原路返回（不计重力），则下列说法正确的是A．使初速度变为2v0时，带电粒子恰能到达B板B．使初速度变为2v0时，带电粒子将从B板中心小孔射出C．使初速度v0和电压U都增加为原来的2倍时，带电粒子恰能到达B板D．使初速度v0和电压U都增加为原来的2倍时，带电粒子将从B板中心小孔射出
探究二：带电粒子在匀强电场中的偏转
提出问题：让带电粒子以一定的初速度沿垂直于电场方向射入匀强电场，带电粒子会做怎样的运动？
情境：如图所示，两平行导体板水平放置，导体板长度为 l ，板间距离为 d ，板间电压为 U 。有一质量为 m 、电量为 q 的带电粒子以水平初速度大小 v0 进入板间的匀强电场，最终穿出板间。重力忽略不计。
情境：如图所示，两平行导体板水平放置，导体板长度为 l ，板间距离为 d ，板间电压为 U 。有一质量为 m 、电量为 +q 的带电粒子以水平初速度大小 v0 进入板间的匀强电场，最终穿出板间。重力忽略不计。
思考：（1）带电粒子在两极板间的受力情况是怎样的？（2）粒子在板间做什么运动？（3）粒子在板间的运动时间是多少？（4）粒子在板间的加速度多大？（5）穿出电场时，粒子的运动方向是怎样的？（6）穿出电场时，粒子在竖直方向上的位移大小是多少？
带电粒子初速度垂直于电场方向飞入匀强电场的问题就是一个类平抛的问题。
粒子在与电场垂直的方向上做 匀速直线运动粒子在与电场平行的方向上做 初速为零的匀加速运动
带电粒子在匀强电场中的偏转
【练5】质子（电量为+e，质量为m），和α粒子（电量为+2e，质量为4m），都只受电场力，以相同初速度沿垂直于电场线的方向，飞入同一匀强电场，然后离开电场，求它们穿越电场时竖直方向的位移之比y1:y2?
思考：（1）要使质子经过这个电场后向上偏转，可以怎么做？（2）要使质子经过这个电场后左右偏转，又应当怎样做？
【练6】质子（电量为+e，质量为m），和α粒子（电量为+2e，质量为4m），都只受电场力，以相同初速度沿垂直于电场线的方向，飞入同一匀强电场，然后离开电场，发现质子离开电场的速度方向与原速度方向的夹角为450，求α粒子离开电场的速度方向与原入射方向的夹角。
【练9】(多)如图所示，带正电的粒子以一定的初速度v0沿两板的中线进入水平放置的平行金属板内，恰好沿下板的边缘飞出，已知板长为L，板间的距离为d，板间电压为U，带电粒子的电荷量为q，粒子通过平行金属板的时间为t，不计粒子的重力，则A．在前t/2时间内，电场力对粒子做的功为qU/4B．在后t/2时间内，电场力对粒子做的功为3qU/8C．在粒子下落前d/4和后d/4的过程中，电场力做功之比为1:2D．在粒子下落前d/4和后d/4的过程中，电场力做功之比为1:1
带电粒子在匀强电场中偏转时的两个结论
（1）不同的带电粒子从静止开始经过同一电场加速后再从同一偏转电场射出时，偏移量和偏转角总是相同的。也就是运动轨迹完全重合。
（2）粒子经电场偏转后，合速度的反向延长线与初速度延长线的交点O为粒子水平位移的中点，即O到偏转电场边缘的距离为l/2。
带电粒子在匀强电场中偏转的功能关系
1、作用：观察电信号随时间变化的情况2、结构：主要由电子枪、偏转系统和光屏三部分组成。3、基本原理：带电粒子在电场力的作用下加速和偏转。
①如果在电极XX’之间不加电压，但在YY’之间加不变的电压，使Y的电势比Y’高(有时说这种情况是“Y正、Y’负”)，电子束运动过程中受哪个方向的力?电子将打在荧光屏的什么位置?
②如果在YY’之间不加电压,而在XX’之间加不变的电压, (X正、X’负), 电子将打在荧光屏的什么位置?
③如果在XX’ 之间不加电压,而在YY’之间所加的电压按图所示的规律随时间变化，在荧光屏会看到什么图形？
④如果YY’之间的电压仍然如图所示，而在XX’ 之间加不变的电压(X正、X’负”), 在荧光屏会看到什么图形？
⑤如果YY’之间的电压仍然如图所示，而在XX’ 之间加不变的电压(X负、X’正), 在荧光屏会看到什么图形？
⑥如果YY’之间的电压仍然如图所示，而在XX’ 之间所加的电压按图所示, 在荧光屏会看到什么图形？
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
示波器的工作原理是：带电粒子在电场中的加速和偏转的问题。
【练10】(单)图（a）为示管的原理图。如果在电极YY’之间所加的电压图按图（b）所示的规律变化，在电极XX'之间所加的电压按图（c）所示的规律变化，则在荧光屏的会看到的图形是
【练11】(单)如图所示，氕、氘、氚的原子核自初速度为零经同一电场加速后，又经同一匀强电场偏转，最后打在荧光屏上，那么A．经过加速电场过程，电场力对氚核做的功最多B．经过偏转电场过程，电场力对三种原子核做的功一样多C．三种原子核打在屏上时的速度一样大D．三种原子核打在屏上的位置不同
【练12】(单)真空中的某装置如图所示，其中平行金属板A、B之间有加速电场，C、D之间有偏转电场，M为荧光屏。今有质子、氘核和α粒子均由A板从静止开始被加速电场加速后垂直于电场方向进入偏转电场，最后打在荧光屏上。已知质子、氘核和α粒子的质量之比为1∶2∶4，电荷量之比为1∶1∶2，则下列判断中正确的是A．三种粒子从B板运动到荧光屏经历的时间相同B．三种粒子打到荧光屏上的位置相同C．偏转电场的电场力对三种粒子做功之比为1∶2∶2D．偏转电场的电场力对三种粒子做功之比为1∶2∶4
带电粒子在交变电场中的运动
【练14】如图所示，半径为r的绝缘光滑圆环固定在竖直平面内，环上套有一质量为m，带正电荷的珠子，空间存在水平向右的匀强电场，珠子所受电场力是其重力的3/4倍，将珠子从环上最低位置A点由静止释放，求：（1）珠子所能获得的最大动能；（2）珠子在运动过程中对环的最大压力；（3）要使珠子能完成完整的圆周运动，珠子在A点的初动能至少为多大。
用等效法解决电场、重力场中圆周运动的临界极值问题
两类题目的分析处理方法：一、粒子运动方向与电场力方向在同一直线上时，利用：动能定理或者运动学公式。二、带电粒子以速度v0垂直于电场线方向飞入匀强电场时，类似于平抛运动的分析处理，应用运动的合成和分解的知识求解。
1、如图所示，充电后的平行板电容器水平放置，电容为C，极板间距离为d，上极板正中有一小孔。质量为m、电荷量为＋q的小球从小孔正上方高h处由静止开始下落，穿过小孔到达下极板处速度恰为零（空气阻力忽略不计，极板间电场可视为匀强电场，重力加速度为g）。求：（1）小球到达小孔处的速度；（2）极板间电场强度大小和电容器所带电荷量；（3）小球从开始下落运动到下极板处的时间。
2、如图所示，质量为m，电荷量为e的粒子从A点以v0的速度沿垂直电场线方向的直线AO方向射入匀强电场，由B点飞出电场时速度方向与AO方向成45°.已知AO的水平距离为d.(重力不计)求：(1)从A点到B点用的时间；(2)匀强电场的电场强度大小；(3)A、B两点间电势差．
3、一束电子流在经U＝5000 V的加速电场加速后，在距两极板等距处垂直进入平行板间的匀强电场，如图所示，若两板间距d＝1.0 cm，板长l＝5.0 cm，那么，要使电子能从平行板间飞出，两个极板上最多能加多大电压？
4、如图所示，水平放置的平行板电容器，两板间距为d＝8 cm，板长为 l＝25 cm，接在直流电源上，有一带电液滴以v0＝0.5 m/s的初速度从板间的正中央水平射入，恰好做匀速直线运动，当它运动到P处时迅速将下板向上提起h=4/3 cm，液滴刚好从金属板末端飞出，g取10 m/s2。求：（1）将下板向上提起后，液滴的加速度大小；（2）液滴从射入电场开始计时，匀速运动到P点所用的时间。
5、如图所示，半径为 r 的绝缘光滑圆环固定在竖直平面内，环上套有一质量为 m ，带电荷量为＋q 的珠子，现在圆环平面内加一个匀强电场，使珠子由最高点A从静止开始释放（AC、BD为圆环的两条互相垂直的直径），要使珠子沿圆弧经过B、C刚好能运动到D。（1）求所加电场的场强最小值及所对应的场强的方向；（2）当所加电场的场强为最小值时，求珠子由A到达D的过程中速度最大时对环的作用力大小；（3）在（1）问电场中，要使珠子能完成完整的圆周运动，在A点至少使它具有多大的初动能？
2.带电量为q的粒子在场强为E的匀强电场中受到的电场力大小为多少？是恒力吗？
3.物体做直线运动的条件是？
4.物体做曲线运动的条件是？
1.描述电场性质的物理量有哪些？
F合与V0在同一直线上
F合与V0不在同一直线上
电子被加速器加速后轰击重金属靶时，会产生射线，可用于放射治疗。图中展示了一台医用电子直线加速器。电子在加速器中是受到什么力的作用而加速呢？
探究一：带电粒子在电场中的直线运动
情境：如图所示，在真空中安装一对面积较大的平行金属板，并在两板间加上电压U，两板之间形成了一个匀强电场，在紧靠正极板中间处有一电量为q、质量为m的带正电粒子，初速度为零，重力不计。
思考：（1）粒子在两极板间将做什么运动？（2）设两板间的距离为d，则粒子在板间的加速度多大？（3）粒子从正极板运动到负极板，电场力做了多少功？（4）粒子到达负极板时的速度大小是多少？
还有其他方法求末速度大小吗？
思考：（5）如果两极板不平行，则中间的电场不再是匀强电场，带电粒子仍由静止开始从正极板处运动到负极板，求带电粒子末速度的大小?（6）如果带电粒子改从电场的中央由静止开始释放，求到达负极板时末速度的大小？
由于电场力做功与场强是否匀强无关，与运动路径也无关，所以在处理电场对带电粒子的加速问题时，一般都是利用动能定理进行处理。
解决带电粒子在电场中的直线运动问题的两种思路：（1）根据带电粒子受到的力，用牛顿第二定律求出加速度，结合运动学公式确定带电粒子的运动情况。此方法只适用于匀强电场。（2）根据合外力对带电粒子所做的功等于带电粒子动能的变化（动能定理）求解。此方法既适用于匀强电场，也适用于非匀强电场。
是否考虑带电粒子或物体的重力要根据具体情况而定，一般说来：（1）基本粒子：如电子、质子、粒子、离子等带电粒子除有说明或有明确的暗示以外，一般都不考虑重力（但并不忽略质量）。（2）带电颗粒：如液滴、油滴、尘埃、小球、微粒等，除有说明或有明确的暗示外，一般都不能忽略重力。
带电粒子在电场中的直线运动
【练1】两块平行的金属板A、B之间的电压是80V，一个电子以1.6x10-17J的动能从小孔C垂直A板进入电场，该电子能打在B板上吗？如果能打在B板上，它到达B板时的动能有多大？如果要使电子打在B板上时的速度为零，电源电压应为多少V？
【练3】(多)如图所示，在真空中A、B两块平行金属板竖直放置并接入电路．调节滑动变阻器，使A、B两板间的电压为U时，一质量为m、电荷量为－q的带电粒子，以初速度v0从A板上的中心小孔沿垂直两板的方向射入电场中，恰从A、B两板的中点处沿原路返回（不计重力），则下列说法正确的是A．使初速度变为2v0时，带电粒子恰能到达B板B．使初速度变为2v0时，带电粒子将从B板中心小孔射出C．使初速度v0和电压U都增加为原来的2倍时，带电粒子恰能到达B板D．使初速度v0和电压U都增加为原来的2倍时，带电粒子将从B板中心小孔射出
探究二：带电粒子在匀强电场中的偏转
提出问题：让带电粒子以一定的初速度沿垂直于电场方向射入匀强电场，带电粒子会做怎样的运动？
情境：如图所示，两平行导体板水平放置，导体板长度为 l ，板间距离为 d ，板间电压为 U 。有一质量为 m 、电量为 q 的带电粒子以水平初速度大小 v0 进入板间的匀强电场，最终穿出板间。重力忽略不计。
情境：如图所示，两平行导体板水平放置，导体板长度为 l ，板间距离为 d ，板间电压为 U 。有一质量为 m 、电量为 +q 的带电粒子以水平初速度大小 v0 进入板间的匀强电场，最终穿出板间。重力忽略不计。
思考：（1）带电粒子在两极板间的受力情况是怎样的？（2）粒子在板间做什么运动？（3）粒子在板间的运动时间是多少？（4）粒子在板间的加速度多大？（5）穿出电场时，粒子的运动方向是怎样的？（6）穿出电场时，粒子在竖直方向上的位移大小是多少？
带电粒子初速度垂直于电场方向飞入匀强电场的问题就是一个类平抛的问题。
粒子在与电场垂直的方向上做 匀速直线运动粒子在与电场平行的方向上做 初速为零的匀加速运动
带电粒子在匀强电场中的偏转
【练5】质子（电量为+e，质量为m），和α粒子（电量为+2e，质量为4m），都只受电场力，以相同初速度沿垂直于电场线的方向，飞入同一匀强电场，然后离开电场，求它们穿越电场时竖直方向的位移之比y1:y2?
思考：（1）要使质子经过这个电场后向上偏转，可以怎么做？（2）要使质子经过这个电场后左右偏转，又应当怎样做？
【练6】质子（电量为+e，质量为m），和α粒子（电量为+2e，质量为4m），都只受电场力，以相同初速度沿垂直于电场线的方向，飞入同一匀强电场，然后离开电场，发现质子离开电场的速度方向与原速度方向的夹角为450，求α粒子离开电场的速度方向与原入射方向的夹角。
【练9】(多)如图所示，带正电的粒子以一定的初速度v0沿两板的中线进入水平放置的平行金属板内，恰好沿下板的边缘飞出，已知板长为L，板间的距离为d，板间电压为U，带电粒子的电荷量为q，粒子通过平行金属板的时间为t，不计粒子的重力，则A．在前t/2时间内，电场力对粒子做的功为qU/4B．在后t/2时间内，电场力对粒子做的功为3qU/8C．在粒子下落前d/4和后d/4的过程中，电场力做功之比为1:2D．在粒子下落前d/4和后d/4的过程中，电场力做功之比为1:1
带电粒子在匀强电场中偏转时的两个结论
（1）不同的带电粒子从静止开始经过同一电场加速后再从同一偏转电场射出时，偏移量和偏转角总是相同的。也就是运动轨迹完全重合。
（2）粒子经电场偏转后，合速度的反向延长线与初速度延长线的交点O为粒子水平位移的中点，即O到偏转电场边缘的距离为l/2。
带电粒子在匀强电场中偏转的功能关系
1、作用：观察电信号随时间变化的情况2、结构：主要由电子枪、偏转系统和光屏三部分组成。3、基本原理：带电粒子在电场力的作用下加速和偏转。
①如果在电极XX’之间不加电压，但在YY’之间加不变的电压，使Y的电势比Y’高(有时说这种情况是“Y正、Y’负”)，电子束运动过程中受哪个方向的力?电子将打在荧光屏的什么位置?
②如果在YY’之间不加电压,而在XX’之间加不变的电压, (X正、X’负), 电子将打在荧光屏的什么位置?
③如果在XX’ 之间不加电压,而在YY’之间所加的电压按图所示的规律随时间变化，在荧光屏会看到什么图形？
④如果YY’之间的电压仍然如图所示，而在XX’ 之间加不变的电压(X正、X’负”), 在荧光屏会看到什么图形？
⑤如果YY’之间的电压仍然如图所示，而在XX’ 之间加不变的电压(X负、X’正), 在荧光屏会看到什么图形？
⑥如果YY’之间的电压仍然如图所示，而在XX’ 之间所加的电压按图所示, 在荧光屏会看到什么图形？
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
示波器的工作原理是：带电粒子在电场中的加速和偏转的问题。
【练10】(单)图（a）为示管的原理图。如果在电极YY’之间所加的电压图按图（b）所示的规律变化，在电极XX'之间所加的电压按图（c）所示的规律变化，则在荧光屏的会看到的图形是
【练11】(单)如图所示，氕、氘、氚的原子核自初速度为零经同一电场加速后，又经同一匀强电场偏转，最后打在荧光屏上，那么A．经过加速电场过程，电场力对氚核做的功最多B．经过偏转电场过程，电场力对三种原子核做的功一样多C．三种原子核打在屏上时的速度一样大D．三种原子核打在屏上的位置不同
【练12】(单)真空中的某装置如图所示，其中平行金属板A、B之间有加速电场，C、D之间有偏转电场，M为荧光屏。今有质子、氘核和α粒子均由A板从静止开始被加速电场加速后垂直于电场方向进入偏转电场，最后打在荧光屏上。已知质子、氘核和α粒子的质量之比为1∶2∶4，电荷量之比为1∶1∶2，则下列判断中正确的是A．三种粒子从B板运动到荧光屏经历的时间相同B．三种粒子打到荧光屏上的位置相同C．偏转电场的电场力对三种粒子做功之比为1∶2∶2D．偏转电场的电场力对三种粒子做功之比为1∶2∶4
带电粒子在交变电场中的运动
【练14】如图所示，半径为r的绝缘光滑圆环固定在竖直平面内，环上套有一质量为m，带正电荷的珠子，空间存在水平向右的匀强电场，珠子所受电场力是其重力的3/4倍，将珠子从环上最低位置A点由静止释放，求：（1）珠子所能获得的最大动能；（2）珠子在运动过程中对环的最大压力；（3）要使珠子能完成完整的圆周运动，珠子在A点的初动能至少为多大。
用等效法解决电场、重力场中圆周运动的临界极值问题
两类题目的分析处理方法：一、粒子运动方向与电场力方向在同一直线上时，利用：动能定理或者运动学公式。二、带电粒子以速度v0垂直于电场线方向飞入匀强电场时，类似于平抛运动的分析处理，应用运动的合成和分解的知识求解。
1、如图所示，充电后的平行板电容器水平放置，电容为C，极板间距离为d，上极板正中有一小孔。质量为m、电荷量为＋q的小球从小孔正上方高h处由静止开始下落，穿过小孔到达下极板处速度恰为零（空气阻力忽略不计，极板间电场可视为匀强电场，重力加速度为g）。求：（1）小球到达小孔处的速度；（2）极板间电场强度大小和电容器所带电荷量；（3）小球从开始下落运动到下极板处的时间。
2、如图所示，质量为m，电荷量为e的粒子从A点以v0的速度沿垂直电场线方向的直线AO方向射入匀强电场，由B点飞出电场时速度方向与AO方向成45°.已知AO的水平距离为d.(重力不计)求：(1)从A点到B点用的时间；(2)匀强电场的电场强度大小；(3)A、B两点间电势差．
3、一束电子流在经U＝5000 V的加速电场加速后，在距两极板等距处垂直进入平行板间的匀强电场，如图所示，若两板间距d＝1.0 cm，板长l＝5.0 cm，那么，要使电子能从平行板间飞出，两个极板上最多能加多大电压？
4、如图所示，水平放置的平行板电容器，两板间距为d＝8 cm，板长为 l＝25 cm，接在直流电源上，有一带电液滴以v0＝0.5 m/s的初速度从板间的正中央水平射入，恰好做匀速直线运动，当它运动到P处时迅速将下板向上提起h=4/3 cm，液滴刚好从金属板末端飞出，g取10 m/s2。求：（1）将下板向上提起后，液滴的加速度大小；（2）液滴从射入电场开始计时，匀速运动到P点所用的时间。
5、如图所示，半径为 r 的绝缘光滑圆环固定在竖直平面内，环上套有一质量为 m ，带电荷量为＋q 的珠子，现在圆环平面内加一个匀强电场，使珠子由最高点A从静止开始释放（AC、BD为圆环的两条互相垂直的直径），要使珠子沿圆弧经过B、C刚好能运动到D。（1）求所加电场的场强最小值及所对应的场强的方向；（2）当所加电场的场强为最小值时，求珠子由A到达D的过程中速度最大时对环的作用力大小；（3）在（1）问电场中，要使珠子能完成完整的圆周运动，在A点至少使它具有多大的初动能？
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