24带电粒子在电场中的运动课件高二上学期物理

第4节

带电粒子在电场中的运动制作：沈雄斌授课：东山二中高二物理组高中物理必修三研究原子等领域的问题时，科学家设计建造了能多次加速的直线加速器等，从而获得了更高能量的带电粒子。

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。电子在加速器中是受到什么力作用而加速的呢?新课引入二、带电粒子的加速（与d无关）

2.运动时间t

延伸思考高中物理必修第三册思考：若两极板间不是匀强电场，该用何种方法求解？若粒子的初速度为零,则:若粒子的初速度不为零,则:能量观点——动能定理提出新问题高中物理必修第三册多级直线加速器的内部结构？提出新问题高中物理必修第三册问题：将多级平行板按图示连接，能否加速粒子？U＋＋＋－－－ABCDEF怎么办？多级直线加速器高中物理必修第三册多级直线加速器示意图U~＋－因交变电压的变化周期相同，故粒子在每一级加速器中的运动时间相等。U0u0-u0tT2Tt多级直线加速器原理1、间隙做加速运动，圆管做匀速运动012343、交变电流半周期等于粒子在圆管中运动的时间2、每次经过间隙电场力做功相同qU

2、处理方法匀速直线匀加速直线运动的合成与分解沿初速度方向：沿电场力方向：

二、带电粒子的偏转3.运动规律①运动时间

②加速度

③侧移量

④速度x方向：

y方向：

合速度：

1.(多选)如图所示,带电荷量之比为qA∶qB=1∶3的带电粒子A、B以相等的速度v0从同一点出发,沿着跟电场强度垂直的方向射入平行板电容器中,分别打在C、D点,若OC=CD,忽略粒子重力的影响,则(

)A.A和B在电场中运动的时间之比为1∶2B.A和B运动的加速度大小之比为4∶1C.A和B的质量之比为1∶12D.A和B的位移大小之比为1∶1答案ABC二、带电粒子的偏转如图所示，一质子水平射入竖直偏转电场中，由于受到竖直方向静电力的作用，质子射出时将发生偏转。已知质子的质量m=1.7×10-27kg,电荷量q=1.6×10-19C,射入时速度v0=2.0×105m/s,极板长l=4.0cm,两极板间距离d=2.0cm,极板间电压U=100V,入射方向与极板平行，不考虑重力的影响。求质子离开电场时竖直方向偏移的距离y和偏转的角度α.3、x方向4、y方向5、离开电场时的偏转角度的正切：二、带电粒子的偏转代入数值，得α=25.2°1、带电粒子在电场中运动的偏转角度与哪些因素有关？2、对给定的带电粒子，在其速度一定时，要使通过偏转电场时增大偏转角度，应该怎样调节两极板间的电压？二、带电粒子的偏转讨论示波器是先使带电粒子加速，再使带电粒子偏转来工作的。一束电子流经U=1500V的加速电压加速后，在距两平行板等距离处进入平行板间的匀强电场，入射方向与极板平行，如图所示。若两板间距d=2.0cm，板长l=5.0cm，那么，要使电子能从平行板间飞出，两个极板间最多能加多大电压？

4、加速+偏转电场

(与偏转电压无关)穿出电场的条件

答案A5、推论①速度反向延长线交于水平位移中点5、推论①速度反向延长线交于水平位移中点②以相同初速度进入同一偏转电场，如果比荷相同，则y、θ相同③以相同初动能进入同一偏转电场，如果电荷相同，则y、θ相同④经过同一加速电场和偏转电场，则y、θ相同3.(多选)如图所示,氕核、氘核、氚核三种粒子从同一位置无初速度地飘入电场线水平向右的加速电场E1,之后进入电场线竖直向下的匀强电场E2发生偏转,最后打在屏上,整个装置处于真空中,不计粒子重力及其相互作用,那么(

)A.三种粒子离开偏转电场E2时的速度相同B.三种粒子在偏转电场E2中的偏转位移相同C.三种粒子在偏转电场E2中运动的时间相同D.偏转电场E2对三种粒子做功一样多答案BD6.功能关系

(1)现有一带电荷量为＋q、质量为m的带电粒子(重力不计)从AB边上的A点静止释放，恰好能通过E点。求CED区域内的匀强电场的电场强度E1；(2)保持(1)问中电场强度不变，若在正方形区域ABOC中某些点静止释放与上述相同的带电粒子，要使所有的粒子都经过E点，则释放点的坐标值x、y间应满足什么关系？2.在直角坐标系中，三个边长都为l＝2m的正方形排列如图12所示，第一象限正方形区域ABOC中有水平向左的匀强电场，电场强度的大小为E0，在第二象限正方形COED的对角线CE左侧CED区域内有竖直向下的匀强电场，三角形OEC区域内无电场，正方形DENM区域内无电场。(2)设出发点坐标为(x，y)，加速过程由动能定理得经过分析，要过E点在第二象限中类平抛运动时竖直位移与水平位移大小相等为y，则y＝v′t′解得y＝x答案(1)4E0

(2)y＝x(2020·福建模拟)如图所示,真空中水平放置的两个相同极板Y和Y'长为L,相距d,足够大的竖直屏与两板右侧相距b.在两板间加上可调偏转电压U,一束质量为m、带电荷量为+q的粒子(不计重力)从两板左侧中点A以初速度v0沿水平方向射入电场且能穿出.(1)证明粒子飞出电场后的速度方向的反向延长线交于两板间的中心O点;(2)求两板间所加偏转电压U的范围;(3)求粒子可能到达屏上区域的长度.示波管的原理三、示波管的原理

示波器是一种用途十分广泛的电子测量仪器。它能把肉眼看不见的电信号变换成看得见的图像，便于人们研究各种电现象的变化过程。示波器利用狭窄的、由高速电子组成的电子束，打在涂有荧光物质的屏面上，就可产生细小的光点。示波器的核心部件是示波管。

在被测信号的作用下，电子束就好像一支笔的笔尖，可以在屏面上描绘出被测信号的瞬时值的变化曲线。示波器01加速电压

电子枪偏转电极亮斑亮斑荧光屏

电子枪产生高速飞行的电子束

加速电压

示波管的构造作用：示波管02思考与讨论1：如果在电极

XXˊ之间不加电压，而在YYˊ之间也不加电压，电子将打在荧光屏的什么位置？-+XˊXˊXXYYˊYˊY电子枪偏转电极荧光屏思考与讨论03思考与讨论2：如果在电极

XXˊ之间不加电压，而在YYˊ之间加不变电压，使Y的电势比

Yˊ高，电子将打在荧光屏的什么位置？-+XˊXˊXXYYˊYˊY电子枪偏转电极荧光屏思考与讨论03思考与讨论3：如果在电极

XXˊ之间不加电压，而在YYˊ之间加不变电压，使Yˊ的电势比Y高，电子将打在荧光屏的什么位置？-+XˊXˊXXYYˊYˊY电子枪偏转电极荧光屏思考与讨论03思考与讨论4：如果在XXˊ之间不加电压，而在YYˊ

之间加按图示的规律变化的电压，在荧光屏会看到的什么样的图形？XˊXYYˊUYtOYˊ随信号电压同步变化，但由于视觉暂留和荧光物质的残光特性，只能看到一条竖直的亮线。思考与讨论03-+XˊXˊXXYYˊYˊY电子枪偏转电极荧光屏思考与讨论5：如果在电极YYˊ之间不加电压，而在

XXˊ之间加不变电压，使

X的电势比Xˊ

高，电子将打在荧光屏的什么位置？思考与讨论03-+XˊXˊXXYYˊYˊY电子枪偏转电极荧光屏思考与讨论6：如果在电极

YYˊ之间不加电压，而在XXˊ之间加不变电压，使

Xˊ

的电势比

X高，电子将打在荧光屏的什么位置？思考与讨论03UXt扫描电压总结：若

XXˊ

所加的电压为特定的周期性变化电压，则亮斑在水平方向来回运动一一扫描，如果扫描电压变化很快，亮斑看起来为一条水平的亮线。示波器图象OXˊXYYˊ思考与讨论03思考与讨论6：如果在YYˊ之间加如图所示的交变电压，同时在

XXˊ之间加锯齿形扫描电压，在荧光屏上会看到什么图形？思考与讨论03思考与讨论6：如果在YYˊ之间加如图所示的交变电压，同时在

XXˊ之间加锯齿形扫描电压，在荧光屏上会看到什么图形？ABCDFABCt1DEFt2XˊXYYˊtOUYUXOtABCDEEFt2t1t2t1思考与讨论03

信号电压扫描电压2.

示波管的工作原理（2）观察到的现象2.

示波管的工作原理

中心b.

若所加扫描电压和㉑______________的周期相等，就可以在荧光屏上得到待测信号在一个周期内变化的稳定图像。信号电压XˊXYYˊtOUYUXOt示波器图象

B2.（2022·湖北·襄阳五中模拟预测）图甲为示波管的原理图。电子枪源源不断发射的电子经前面的加速电压加速之后已经获得了极大的速度，如果在电极

之间所加的电压按图乙所示的规律变化，在电极

之间所加的电压按图丙所示的规律变化，则在荧光屏上会看到的图形可能为（）A．

B．C．

D．B专题探究

带电粒子在电场和重力场中的运动

带电粒子在电场和重力场中的直线运动会出现受到变力作用的情况,对变力作用的带电体的运动,必须借助于能量的观点来处理,即使是恒力作用的问题,用能量的观点处理也常常显得简捷.因为一方面这种处理方法只需考虑始末状态,不必分析中间过程,另一方面能量是标量,无需考虑方向.一、

带电粒子在电场和重力场中的直线运动(1)用动能定理分析步骤一般为:a.弄清研究对象,明确研究过程;b.分析物体在所研究过程中的受力情况,弄清哪些力做功,做正功还是负功;c.弄清所研究过程的始末状态(主要指动能);d.由W=ΔEk求解.(2)用能量守恒定律若运用能量守恒定律,则应分清有多少种形式的能在转化,哪种能量是增加的,哪种能量是减少的,表达形式有:a.初态与末态总能量相等;b.某些形式能量的减少量等于其他形式能量的增加量;c.各种形式能量的增量的代数和等于零.(3)牛顿运动定律和运动学公式a.受力分析确定合力和加速度b.根据力与运动关系确定运动性质c.选择过程列运动学和牛顿第二定律方程求解

带电粒子在电场和重力场中的抛体运动,由于带电粒子在匀强电场中所受电场力和重力都是恒力,不受约束的粒子做的都是匀变速运动,因此可以采用正交分解法处理,即根据力的独立作用原理分别研究每种场力对物体的作用效果,将复杂的运动分解为两个互相垂直的直线运动,再根据运动合成的方法去求复杂运动的有关物理量.二、

带电粒子在电场和重力场中的抛体运动三、

带电粒子在电场和重力场中的圆周运动带电粒子在电场和重力场中的圆周运动,可以同时研究共同作用的效果,将复合场等效为一个简单场,然后与重力场中的力学问题进行类比,利用力学的规律和方法进行分析与解答.三、

带电粒子在电场和重力场中的圆周运动ov1Gv2T2T1只在重力场下的绳模型最大最小GoGEq(一)电场力与重力平行omgEqF等效最高点等效最低点等效重力mg’

(二)电场力与重力垂直

①完成圆周运动的条件

②遵循能量守恒定律1.如图所示，在沿