10-5带电粒子在电场中的运动-2022-2023学年高二物理同步课件精选（人教版2019必修第三册）.pptx

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1、第5节 带电粒子在电场中的运动 第十章 静电场中的能量 课标定位课标定位 1 1了解带电粒子在电场中的运动特点。了解带电粒子在电场中的运动特点。2 2分析带电粒子在电场中的加速问题。分析带电粒子在电场中的加速问题。3 3分析带电粒子在电场中的偏转问题。分析带电粒子在电场中的偏转问题。4 4了解示波管的构造和工作原理。了解示波管的构造和工作原理。素养阐释素养阐释 1 1、物理观念：加速和偏转、示波管物理观念：加速和偏转、示波管 2 2、科学思维：类比重力场中的平抛运动，培、科学思维：类比重力场中的平抛运动，培养学生应用类比法解决实际问题的能力；通过养学生应用类比法解决实际问题的能力；通过解决加速

2、和偏转的探究，理解问题的本质。解决加速和偏转的探究，理解问题的本质。引入引入 电子电子被加速器加速后轰击重金属靶时，被加速器加速后轰击重金属靶时，会产生射线，可用于会产生射线，可用于放射治疗放射治疗。在在原子物理、核物理等领域，带电粒原子物理、核物理等领域，带电粒子被加速成子被加速成高能粒子高能粒子，轰击原子、原，轰击原子、原子核，帮助人类认识物质微观结构。子核，帮助人类认识物质微观结构。带电粒子加速器中是受到带电粒子加速器中是受到什么力什么力的作的作用而用而加速加速的呢的呢?带电粒子在电场中通常要受到带电粒子在电场中通常要受到重力重力和和电场力电场力 研究研究质子、电子、离子等带电粒子质子、

3、电子、离子等带电粒子在电场中运动时，在电场中运动时，重力重力一般远小于电场力，重力可以忽略一般远小于电场力，重力可以忽略，重力势能可以不考虑。，重力势能可以不考虑。（但并不能忽略质量）（但并不能忽略质量）研究研究小球小球、液滴、油滴等带电、液滴、油滴等带电微粒微粒在电场中运动时，在电场中运动时，重力重力一般不能忽略一般不能忽略。思考：思考：带电粒子在电场中带电粒子在电场中要受到哪些力的作用要受到哪些力的作用？在现代科学实验和技术设备中，常利用电场来改变或控制带电粒在现代科学实验和技术设备中，常利用电场来改变或控制带电粒子的运动。对带电粒子在电场中的运动，从受力的角度来看，遵循子的运动。对带电粒

4、子在电场中的运动，从受力的角度来看，遵循牛顿运动定律，从做功的角度来看，遵循能的转化和守恒定律牛顿运动定律，从做功的角度来看，遵循能的转化和守恒定律 一、带电粒子在电场中加速一、带电粒子在电场中加速 研究带电粒子运动的主要工具：研究带电粒子运动的主要工具：电场力电场力 加速度加速度 电场力的功电场力的功 动能定理动能定理 F=qEF=qE a=F/ma=F/m W=qUW=qU 2201122tWqUmmvv1 1、动力学观点：、动力学观点：A A B B U U d d E E +F F v v 由牛顿第二定律：由牛顿第二定律：mFa mdqU由运动学公式：由运动学公式：初速度初速度不为零不

5、为零呢？呢？只适用于只适用于匀强电场匀强电场 电场力电场力:F F=qEqE 【例例1】在电压为在电压为U U处于真空中相距处于真空中相距d d的平行金属板间有一正电荷的平行金属板间有一正电荷q q,质量质量为为m m,只在电场力作用下从静止释放，电荷将做什么运动？到达只在电场力作用下从静止释放，电荷将做什么运动？到达B B板的速板的速度多大？度多大？粒子加速后的速度只与粒子加速后的速度只与加速电压加速电压有关有关 mqEv v2 2-0=20=2adad 2qUmv202qUmvv2 2、能量观点：、能量观点：A A B B U U d d E E +v v 由动能定理：由动能定理：适用于适

6、用于任何电场任何电场 电场力做功电场力做功:WW=qUqU 初速度初速度不为零不为零呢？呢？2102Wmv212qUmv2qUmv=2201122WUqmmvv202qUmv=v多级加速多级加速 问题问题：如图多级平行板连接，能否加速离子？：如图多级平行板连接，能否加速离子？U A B C D E F【例例2】如图甲，某装置由多个横截面积相同的金属圆筒依次排列，其中心轴线在同一如图甲，某装置由多个横截面积相同的金属圆筒依次排列，其中心轴线在同一直线上，圆筒的长度依照一定的规律依次增加。序号为奇数的圆筒和交变电源的一个极直线上，圆筒的长度依照一定的规律依次增加。序号为奇数的圆筒和交变电源的一个极

7、相连，序号为偶数的圆筒和该电源的另一个极相连。交变电源两极间电势差的变化规律相连，序号为偶数的圆筒和该电源的另一个极相连。交变电源两极间电势差的变化规律如图乙所示。在如图乙所示。在 t t0 0时，奇数圆筒相对偶数圆筒的电势差为正值，此时位于和偶数圆筒时，奇数圆筒相对偶数圆筒的电势差为正值，此时位于和偶数圆筒相连的金属圆板（序号为相连的金属圆板（序号为 0 0）中央的一个电子，在圆板和圆筒）中央的一个电子，在圆板和圆筒1 1之间的电场中由静止开始之间的电场中由静止开始加速，沿中心轴线冲进圆筒加速，沿中心轴线冲进圆筒1 1。为使电子运动到圆筒与圆筒之间各个间隙中都能恰好使。为使电子运动到圆筒与圆

8、筒之间各个间隙中都能恰好使静电力的方向跟运动方向相同而不断加速，圆筒长度的设计必须遵照一定的规律。若已静电力的方向跟运动方向相同而不断加速，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知电子的质量为m m、电子电荷量为、电子电荷量为e e、电压的绝对值为、电压的绝对值为u u，周期为，周期为T T，电子通过圆筒间隙的，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 n个金属圆个金属圆筒的长度应该是多少？筒的长度应该是多少？解解：设电子进入第：设电子进入第 n n 个圆筒后的速度为个

9、圆筒后的速度为v v，根据动能定理有，根据动能定理有 212neumv得得 2neumv第第n n个圆筒的长度为个圆筒的长度为 222TTltneummvv圆筒长度跟圆筒序的平方根圆筒长度跟圆筒序的平方根 成正比，成正比，n第第 n n 个圆筒的长度是个圆筒的长度是 neummT22【课堂反馈课堂反馈1】下列粒子由静止经加速电压为下列粒子由静止经加速电压为U U的电场加速后，哪的电场加速后，哪种粒子动能最大种粒子动能最大?（）哪种粒子速度最大哪种粒子速度最大 （）A A、质子、质子 B B、电子、电子 C C、氘核、氘核 D D、氦核、氦核 D B 与与电量电量成正比成正比 与与比荷平方根比荷

10、平方根成正比成正比 2k12EmqUv2qUmv=二、带电粒子在电场中的偏转二、带电粒子在电场中的偏转 【问题提出问题提出】如图，一带电粒子以垂直匀强电场的场强方向以初速度如图，一带电粒子以垂直匀强电场的场强方向以初速度v v0 0射入电场，若不计粒子的重力，带电粒子将做什么运动？射入电场，若不计粒子的重力，带电粒子将做什么运动？1.1.受力分析：受力分析：仅受仅受竖直向下竖直向下的电场力的电场力 做做类平抛运动类平抛运动 2.2.运动分析：运动分析：v v0 0 q q、m m L L d d -+U U +=UF qEqdmdqUmqEmFa垂直垂直电场电场方向：匀速直线运动方向：匀速直线

11、运动 沿沿电场电场方向：初速度为零的匀加速直线运动方向：初速度为零的匀加速直线运动 0 xvv0Lt v22201122qULyatmdv0yqULatmdvv200tanyqULmdvvv1.1.飞行时间：飞行时间：0Lt v2.2.加速度：加速度：FqEqUammmd3.3.竖直分速度：竖直分速度：4.4.竖直分位移：竖直分位移：5.5.速度偏转角：速度偏转角：【课堂检测课堂检测2】如图所示，如图所示，a a、b b两个带正电的粒子以相同的速度先后两个带正电的粒子以相同的速度先后垂直于电场线从同一点进入平行板间的匀强电场，垂直于电场线从同一点进入平行板间的匀强电场，a a粒子打在粒子打在B

12、 B板的板的aa点，点，b b粒子打在粒子打在B B板的板的bb点，若不计重力，则点，若不计重力，则()A Aa a的电荷量一定大于的电荷量一定大于b b的电荷量的电荷量 B Bb b的质量一定大于的质量一定大于a a的质量的质量 C Ca a的比荷一定大于的比荷一定大于b b的比荷的比荷 D Db b的比荷一定大于的比荷一定大于a a的比荷的比荷 C 三、示波器三、示波器 用途：用途：示波器可以用来观察电信号随时间变化的情况。示波器可以用来观察电信号随时间变化的情况。结构：结构：电子枪、偏转电极和荧光屏电子枪、偏转电极和荧光屏组成（管内抽成真空）组成（管内抽成真空）产生产生高速高速飞行飞行的

13、的电子束电子束 待显示待显示的电的电压信号压信号 锯齿形锯齿形扫描扫描电压电压 使电子沿使电子沿Y Y方方向向偏移偏移 使电子沿使电子沿x x方方向向偏移偏移 示波管如何显示图像示波管如何显示图像 1 1、带电粒子的带电粒子的加速加速 _+U1-q m v0 20121mvqU 2 2、带电粒子的带电粒子的偏转偏转 0vlt 垂直垂直电场方向电场方向:mFa mdqU平行平行电场方向电场方向:2 v0+-U2 d l v-q m v0 y vy 要使图像在水平方向展开，应在要使图像在水平方向展开，应在XXXX之间加怎样的电压？之间加怎样的电压？Y Y X X 亮斑在水平方向来回运动扫描.B C

14、 D E A 一个小实验的启示一个小实验的启示 t Uxx A B D C E Y Y X X 若在若在YYYY之间加如图信号电压，同时在之间加如图信号电压，同时在XXXX之间加如图扫描电压，之间加如图扫描电压，两者周期相同，则在荧光屏上就会看到信号电压的波形了。两者周期相同，则在荧光屏上就会看到信号电压的波形了。Uyy Uxx t O 0 t【课堂检测课堂检测3】如图所示，有一电子如图所示，有一电子(电量为电量为e、质量为、质量为m)经电压经电压U1加速后，沿加速后，沿平行金属板平行金属板A、B中心线进入两板，中心线进入两板，A、B板间距为板间距为d、长度为、长度为l，A、B板间电压为板间电

15、压为U2，屏，屏CD足够大，距离足够大，距离A、B板右边缘板右边缘2l，AB板的中心线过屏板的中心线过屏CD的中心且与屏的中心且与屏CD垂直。试求电子束打在屏上的位置到屏中心间的距离。垂直。试求电子束打在屏上的位置到屏中心间的距离。Y 由动能定理：解：21012qUmv220taneU lmdv212U lU d(2)tan 2lYl22154U lU d课堂小结课堂小结 1.1.带电粒子在电场中的加速运动。带电粒子在电场中的加速运动。2.2.带电粒子垂直进入匀强电场中的偏转问题。带电粒子垂直进入匀强电场中的偏转问题。3.3.示波管的原理示波管的原理 2qUmv212qUmv22201122q

16、ULyatmdv200tanyqULmdvvv【课堂检测课堂检测1】如图，电子在电势差为如图，电子在电势差为U U1 1的加速电场中由静止开始的加速电场中由静止开始加速，然后射入电势差为加速，然后射入电势差为U U2 2的两块平行极板间的电场中，入射方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，一定能使电子的偏能射出平行板区的条件下，下述四种情况中，一定能使电子的偏转角转角 变大的是变大的是 （）A A、U U1 1变大、变大、U U2 2变大变大 B B、U U1 1变小、变小、U U2 2变大变大 C C、U U1 1变大、变大、U U2 2变小变小 D D、U U1 1变小、变小、U U2 2变小变小 B【课堂检测课堂检测2】如图所示如图所示,两极板与电源相连接两极板与电源相连接,电子从负极板边缘垂直电子从负极板边缘垂直电场方向射入匀强电场电场方向射入匀强电场,且恰好从正极板边缘飞出且恰好从正极板边缘飞出,现在使电子射入速现在使电子射入速度变