【课件】 带电粒子在电场中的运动 课件 -2021-2022学年高二上学期物理人教版（2019）必修第三册

1、10.5.1 带电粒子在电场中的运动带电粒子在电场中的二类基本运动：一、带电粒子在电场中的直线加速二、带电粒子在电场中的偏转3、带电粒子：是否考虑重力，要根据题目暗示或运动状态来判定.注：带电粒子所受重力一般远小于电场力，一般都不考虑重力【但并不能忽略质量】2、带电小球、液滴、油滴、尘埃等. 注意：无论带电颗粒的重力是否忽略，带电颗粒的质量都不能忽略1、基本粒子：如电子、质子、粒子，正负离子等.注：一般都考虑重力(有说明或暗示除外).一、带电物体的受力分析【例题1】（多选）如图所示，平行板电容器的两个极板与水平地面成一角度，两极板与一直流电源相连。若一带电粒子恰能沿图中所示水平直线通过电容器，

2、则在此过程中，该粒子（ ）A.所受重力与静电力平衡B.电势能逐渐增加C.动能逐渐增加D.做匀变速直线运动BD重力是否考虑的判断【变式训练】如图所示，两块长均为L的平行金属板M、N与水平面成角放置在同一竖直平面，充电后板间有匀强电场。一个质量为m、带电量为q的液滴沿垂直于电场线方向射入电场，并沿虚线通过电场。下列判断中正确的是( )A.电场强度的大小Emgcos/q B.电场强度的大小Emgtan/qC.液滴离开电场时的动能增量为-mgLtanD.液滴离开电场时的动能增量为-mgLsin AD答案：(1)微粒受重力和电场力的合力作用，沿AB做匀减速直线运动(2)E=1.7104N/C,方向水平向

3、左(3)V=2.8m/s【变式训练】一个带正电的微粒，从A点射入水平方向的匀强电场中，微粒沿直线AB运动，如图，AB与电场线夹角=30，已知带电微粒的质量m=1.010-7kg，电量q=1.010-10C，A、B相距L=20cm.（取g=10m/s，结果保留二位有效数字）求（1）说明微粒在电场中运动的性质，要求说明理由. （2）电场强度的大小和方向（3）要使微粒从A点运动到B点，微粒射入电场时的最小速度是多少1、动力学观点： 【例题1】在加上电压U并处于真空中相距d的平行金属板间有一正电荷q, 质量为m,只在电场力作用下从静止释放，求(1)到达B板的速度多大？(2)到达B板的动能多大？二、带电

4、粒子的直线加速2、功能观点： 带电粒子在匀强电场中作匀变速直线运动时，只要不涉及加速度和时间的问题，用功能观点解决问题更简便。(非匀强电场中只能用功能观点求解） 如果带电粒子初速度为v0,则 相同带电粒子不同加速电压U， v正比于加速电压的平方根相同加速电压U，不同带电粒子， v正比于粒子的荷质比的平方根（2）静止开始加速的带电粒子末速度v与加速电压U和粒子的荷质比q/m有关，与极板间距离d无关（1）静止开始加速的带电粒子末动能EK=qU,等于加速电压U和粒子的电荷量q的乘积，与极板间距离d无关和粒子质量m无关1.末动能和末速度的决定因素2、下列粒子由静止经加速电压为U的电场加速后， 哪种粒子

5、速度最大 （ ） A、质子 B、电子 C、氘核 D、氦核1、下列粒子由静止经加速电压为U的电场加速后，哪种粒子动能最大 （ ） A、质子 B、电子 C、氘核 D、氦核DB练一练3、如图所示，M、N是在真空中竖直放置的两块平行金属板，质量为m、电量为+q的带电粒子，以极小的初速度由小孔进入电场，当M、N间电压为U时，粒子到达N板的速度为v，如果要使这个带电粒子到达N板的速度为2v ，则下述方法能满足要求的是 （ ）A、和电源连接，使M、N间距离变为4倍B、和电源连接，使M、N间距离变为2倍 C、断开电源，使M、N间距离变为4倍 D、断开电源使，使M、N间距离变为2倍C【例题】如图所示，在P板附近

6、有一电子由静止开始向Q板运动，则关于电子在两板间的运动情况，下列叙述正确的是：( )A.两板间距越大，加速的时间越长B.两板间距离越小，加速度就越大，则电子到达Q板时的速度就越大C.电子到达Q板时的速度与板间距离无关，仅与加速电压有关D.电子的加速度和末速度都与板间距离无关UPQFAC【变式训练】两平行金属板相距为d，电势差为U，一电子质量为m，电荷量为e，从O点沿垂直于极板的方向射入，最远到达A点，然后返回，如图9所示，OAL，则此电子具有的初动能是（ ）D北京正负电子对撞机的直线加速器 直线加速器示意图由于静电平衡可知金属圆筒内电场强度为零，粒子在圆筒内作匀速，在筒壁之间作匀加速因为交变电

7、压的变化周期不变。粒子在每个金属圆筒中的运动时间相等。【例题2】如图甲.位于和偶数圆筒相连的金属圆板（序号为0）中央的一个电子，在圆板和圆筒1之间的电场中由静止开始加速，沿中心轴线冲进圆筒1。为使电子在各金属圆筒间隙中都能恰好不断加速，圆筒长度的设计必须遵照一定的规律。若已知电子的质量为m、电子电荷量为e、电压的绝对值为u，周期为T，电子通过圆筒间隙的时间可以忽略不计。则金属圆筒的长度和它的序号之间有什么定量关系?第n个金属圆筒的长度应该是多少? ld- - - - - - - - - - - + + + + + + + + + Uv0q、mF+vv0vyy偏转角（偏向角）偏移距离（侧移距离或

8、侧移量）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？三、带电粒子的偏转+（2）运动性质 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。 垂直电场方向上不受力，做匀速直线运动。 沿电场方向，受静电力做初速度为0的匀加速直线运动。1.带电粒子在匀强电场中偏转的相关概念和动力学分析（1）相关概念： 偏移量:某段时间内沿电场或垂直初速度方向的位移。 速度偏转角：某时刻速度与初速度方向的夹角。（3）运动规律：描述类平抛运动的结论和推论都可适用于带电粒子的偏转【例题3】如图一带

9、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，求（1）带电粒子在电场中运动时间（2）偏移量（3）速度偏转角？垂直电场方向：匀速直线运动沿电场方向：匀加速直线运动2.加速度:1.飞行时间:3.偏移距离:4.偏向角:与粒子比荷q/m成正比与粒子初速度v0平方成反比与电场的属性U、l、d有关与粒子比荷q/m成正比与粒子初速度v0平方成反比与电场的属性U、l、d有关（1）同一偏转电场、不同带电粒子、相同v0时： y 和 决定于荷质比 q/m ，比荷相同则相同（无论m、q是否相同）。（2）同一偏转电场、不同带电粒子、相同EK0时： y 和 决定于电荷量 q，q 相同则相同（无论

10、 m 是否相同），2.偏移量和偏转角结论【例题3】氘原子核(质量为2m、电量为e)和氦原子核(质量为4m、电量为2e)以相同的初动能垂直射入同一偏转电场中，离开电场后，它们的偏转角正切之比为 ，侧移之比为 。 若以相同的初速度垂直射入同一偏转电场中，离开电场后，它们的偏转角正切之比为 ，侧移之比为 。1:21:21:11:1B【变式训练】a、b两带电粒子在同一位置沿相同方向垂直飞入偏转电场，如图所示。当它们飞出电场时,速度偏转角分别为30和60，则它们的偏移量之比为（ ）【变式训练】三个电子在同一地点同时沿同一直线垂直飞入偏转电场，如图所示。则由此可判断（ ） A、 b和c同时飞离电场 B、在

11、b飞离电场的瞬间，a刚好打在下极板上 C、进入电场时，c速度最大，a速度最小 D、c的动能增量最小，a和b的动能增量一样大 BCD1.若考虑带电粒子的重力且重力方向与静电力方向相同，轨迹还是抛物线吗？为什么？是，因为重力与静电力在同一个方向，F合=mg+Eq，F合恒定且与初速度垂直，粒子仍做类平抛运动。2. 若带电粒子的重力方向与静电力方向相反，当粒子垂直进入匀强电场中时，轨迹可能是什么图线？若mg=Eq，则粒子做匀速直线运动，轨迹是直线；若mg Eq ，则轨迹为抛物线。结论：不同带电粒子由静止经同一电场加速，再垂直进入同一偏转电场，它们的侧移量y和偏转角都是相同的，与m、q的大小无关，但是运

12、动轨迹是否重合，要看电性是否相同。3.直线加速场、偏转场组合的偏移量和偏转角结论【例题4】如图所示，氢离子、一价氦离子和二价氦离子（即粒子）的混合物经过同一加速电场由静止开始加速，然后在同一偏转电场里偏转，下列说法正确的是（ ） A.粒子的偏移量最大 B. 粒子的偏转角最大 C. 三者的偏转角相同，偏移量不同，轨迹不同 D. 三者的偏转角相同，偏移量相同，轨迹相同U2U1 D【变式训练】(多选）如图，电子在电势差为U1的加速电场中由静止开始加速，然后射入电势差为U2的两块平行极板间的电场中，入射方向跟极板平行。整个装置处在真空中，重力可忽略。在满足电子能射出平行板区的条件下，下述四种情况中，一

13、定能使电子的偏转角变大的是 （ ）A、U1变大、U2变大 B、U1变小、U2不变C、U1不变、U2变大 D、U1变小、U2变小BC4.直线加速场、偏转场、荧光屏组合的偏移量（1）动力学分析 加速场中：作静止开始的匀加速直线运动 偏转场中：垂直电场方向,作匀速直线；沿电场方向，V0=0的匀加速直线。 偏转场和荧光屏之间：沿偏转角方向作匀速直线运动，反向延长线经过 偏转场中心轴线的中点。（2）荧光屏上的偏移量【例题5】如图所示，电荷量为e、质量为m的电子经电压U1的电场加速，从两极板中点进入平行板电容器中，电子刚进入两极板时的速度跟电场线方向垂直.两极板间的电势差为U2，两极板长为L1，间距为d.电子离开偏转电场后做匀速直线运动，打在距极板为L2的荧光屏上的P点.求：(1)