带电粒子在电场中的运动 【教材精讲精研】 人教版（2019）高中物理必修第三册 高效课堂课件

第5节带电粒子在电场中的运动一、带电粒子的重力问题1．微观粒子：如电子、质子、α粒子等，由于质量很小，重力________静电力，若无特别说明其重力可以忽略(但并不忽略质量)2．宏观粒子：如带电小球、带电液滴、带点尘埃等，若无特别说明其重力不可以忽略．远小于二、带电粒子的加速问题（重力不计）如图所示，质量为m，带正电荷q的粒子，从静止开始向右运动，求：粒子到达右极板时的速度。

qUqU三、带电粒子的偏转(重力不计)v0Ld++++++-------qφvv0v⊥φyxF运动状态分析匀变速曲线运动（类平抛运动）分析方法沿初速度方向——匀速直线运动沿电场线方向——初速度为零的匀加速直线运动1.加速度:2.飞行时间3.侧移距离4.速度偏转角小结：1．进入电场的方式：以初速度v0垂直于电场线方向进入匀强电场．2．受力特点：电场力大小______，且方向与初速度v0的方向______．3．运动性质：做____________运动，与力学中的平抛运动类似．不变垂直匀变速曲线若不同的粒子是从静止经过同一电场U1加速后进入偏转电场U2。速度偏转角大小与粒子q,m无关,即都相同四、先加速后偏转问题（重力不计）侧移距离侧移距离与粒子q,m无关,即都相同由动能定理得：拓展：将粒子飞出偏转电场时的速度反向延长,交原运动方向于O点,O点距电场边缘距离为x,则粒子从偏转电场中射出时,好像从极板间l/2处沿直线射出似的五、示波管的原理（课本47页）（1）示波器：用来观察电信号随时间变化的电子仪器。其核心部分是示波管（2）示波管的构造：由电子枪、偏转电极和荧光屏组成（如图）。（3）原理：利用了带电粒子在电场中偏转的规律，灵敏、直观地显示出电信号随时间变化的图线。例1：如图所示，在点电荷＋Q的电场中有A、B两点,将质子和α粒子分别从A点由静止释放到达B点时,它们的速度大小之比为多少？变式训练1.如图所示，两块平行金属板M、N竖直放置，它们的电压恒为U.一电子(不计重力)从N板静止释放，它运动到M板时速率为v.现将M板水平向右移动一段距离，再次将电子从N板静止释放，下列判断正确的是(

)A．金属板M、N的带电荷量不变B．电子运动过程的加速度变大C．电子运动到M板所用的时间变长D．电子运动到M板时速率变小

例2：一束电子流在经U＝5000V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．若两板间距d＝1.0cm，板长l＝5.0cm，那么要使电子能从平行板间飞出,两个极板上最大能加多大电压？【思路点拨】电子经加速后水平飞入两板之间做类平抛运动，两板间所加电压的最大值对应电子恰好沿板右边缘飞出的情况．【答案】

400V变式训练2．有一束正离子，以相同速度从同一位置进入平行板电容器的匀强电场中，所有离子运动轨迹一样，说明所有离子(

)A．具有相同质量B．具有相同电荷量C．具有相同的比荷D．属于同一元素的同位素++++++++________U带电粒子的加速UE加速匀速匀速_++++++_____匀速匀速加速(+q,m)加速后粒子的速度怎样计算呢？由动能定理可得U当V0一定时，U越大，则V越大；U越小，V越小当U一定时，V0越大，则V越大；V0越小，V越小对某一粒子（m.q一定）由牛顿定律得：若在匀强电场中单级加速---电子枪低压电源加热灯丝产生热电子高压＋－高压电源产生加速电场原理：Uq=mv2/2－0多级加速问题：如图多级平行板连接，能否加速离子？U＋＋＋－－－ABCDEF多级直线加速器示意图U0u0-u0tT2TU~＋－带电粒子的偏转v0ld++++++-------qφvv0v⊥φyl/2F运动状态分析匀变速曲线运动（类平抛运动）分析方法沿初速度方向——匀速直线运动沿电场线方向——初速度为零的匀加速直线运动1.加速度:2.飞行时间3.侧移距离4.偏角求带电粒子离开电场时速度的大小。方法2:根据动能定理求解方法1:根据速度合成求解注意加速电压U*不一定是两板的电压，不能求出方向对粒子偏角的讨论1.若不同的粒子是从静止经过同一电场加速电压U0加速后进入偏转电场U,由动能定理有偏角大小与粒子q,m无关,即都相同2.将粒子飞出电场时的速度反向延长,交原运动方向于O点,O点距电场边缘距离为x,则粒子从偏转电场中射出时,好像从极板间l/2处沿直线射出似的dl/2yv0-qvv0v⊥φφ++++++------lYXU荧光屏光斑U0若粒子是从静止经过电场加速电压U0加速后进入偏转电场U发生侧移y；离开电场后，打在荧光屏上行成光斑，光斑距荧光屏中心的距离Y。结合前面结论，推出y与Y的表达式φdl/2yv0-qvv0v⊥φφ++++++------lYXU荧光屏光斑U0(1)(2)得出：3．示波管的原理（1）示波器：用来观察电信号随时间变化的电子仪器。其核心部分是示波管（2）示波管的构造：由电子枪、偏转电极和荧光屏组成（如图）。（3）原理：利用了带电粒子在电场中偏转的规律，灵敏、直观地显示出电信号随时间变化的图线。水平偏转电极，加电压如图1，竖直偏转电极加电压如图2，荧光屏上会出现什么图形？UxtT2TtUyT2T1、只加Ux—t电压2、只加Uy—t电压3、同时加Ux—t电压和Uy—t电压思考：为什么叫做“示波器”重点难点重点:

带电粒子在电场中的加速和偏转规律难点:

带电粒子在电场中的偏转问题及应用。应用：知道示波管的主要构造和工作原理。研究方法小结：1、研究带电粒子在电场中运动的两条主要线索（1）力和运动的关系——牛顿第二定律（2）功和能的关系——动能定理2、研究带电粒子在电场中运动的两类重要的思维技巧（1）类比与等效电场力和重力都是恒力，在电场力作用下的运动可与重力作用下的运动类比

---电场中的偏转为类抛体运动（类平抛、类斜抛）（2）整体法(全过程法)

电场力的功只与始末位置有关，从电荷运动的全过程中功能关系出发(尤其从静止出发末速度为零的问题)往往能迅速找到解题入口或简化计算．-----（使用动能定理解题时）关于重力是否考虑的问题1、题目明确了重力不计或不能忽略重力的情况2、题目未明确的情况下:a)基本粒子(如电子、质子、离子等)重力一般忽略.b)带电颗粒(如液滴、尘埃、小球等)重力一般不能忽略.讨论:综合提高如图所示,水平放置的A、B两平行金属板相距为d,现有质量为m,电量为-q的小球,从距A板高h处自由下落,通过小孔C进入电场,但没能到达B板,求AB间电势差的最小值.hdCBA解法一、[牛顿定律和运动学规律]解法二、[运动学规律和动量定理法]小球自由落体时间由可得进入电场后的匀减速运动的时间由解法三、（动能定理法）由W=ΔEK可列全过程的动能定理方程mg(h+d)-qUmin=0,Umin=mg(h+d)/q例题2:一个电子以初速V0=3.0×106m/s沿着垂直于场强方向射入两带电平行金属板，金属板长L=6.0×10-2m，两板之间可以看成是匀强电场，场强大小为E=2×103N/C，电子的电量e=1.6×10-19C，质量m=9.1×10-31kg，求:（1）电子射离电场时的速度；（2）出射点与入射点沿场强方向的侧移距离。[解析]法一：电子射入电场以后，受恒定的电场力作用，由于V0⊥F电，电子做类平抛运动。将电子的运动看成是沿X轴方向、速度为V0的匀速直线运动和沿电场力y方向、初速度为零的匀加速直线运动的合成。yV0XO如图所示:

从电子射入电场到飞出电场，两个方向的位移和加速度为{L=V0ty=at212a=eEm电子飞离电场时的速度为{Vx=V0Vy=atVt=√V2+(at)20代入数据y=7.0×10-2(m)代入数据Vt=7.62×106(m/s)tanα=VyV0代入数据tanα=2.33∴α=arctg2.33

法二：由F=eE=ma求出a