1、,5带电粒子在电场中的运动,第十章静电场中的能量,1.会分析带电粒子在电场中的直线运动，掌握求解带电粒子直线运动 问题的两种方法. 2.会用运动合成与分解的知识，分析带电粒子在电场中的偏转问题. 3.了解示波管的主要构造和工作原理.,学习目标,梳理教材夯实基础,探究重点提升素养,随堂演练逐点落实,梳理教材夯实基础,01,分析带电粒子的加速问题有两种思路： 1.利用 定律结合匀变速直线运动公式分析.适用于电场是_ 且涉及 等描述运动过程的物理量，公式有qE ，vv0 等. 2.利用静电力做功结合动能定理分析.适用于问题涉及 、 等动能定理公式中的物理量或 电场情景时，公式有qEd (匀强电场)或
2、qU (任何电场)等.,带电粒子在电场中的加速,一,牛顿第二,匀强电场,运动时间,ma,at,位移,速率,非匀强,如图1所示，质量为m、带电荷量为q的基本粒子(忽略重力)，以初速度v0平行于两极板进入匀强电场，极板长为l，极板间距离为d，极板间电压为U. (1)运动性质： 沿初速度方向：速度为 的 运动. 垂直v0的方向：初速度为 的匀加速直线运动. (2)运动规律： 偏移距离：因为t ，a ，偏移距离y at2 . 偏转角度：因为vyat ，tan .,二,带电粒子在电场中的偏转,图1,v0,匀速直线,零,1.示波管主要由 (由发射电子的灯丝、加速电极组成)、 (由一对X偏转电极和一对Y偏转
3、电极组成)和 组成. 2.扫描电压：XX偏转电极接入的是由仪器自身产生的 电压. 3.示波管工作原理：被加热的灯丝发射出热电子，电子经加速电场加速后，以很大的速度进入偏转电场，如果在Y偏转电极上加一个 电压，在X偏转电极上加一个 电压，当扫描电压与信号电压的周期 时，荧光屏上就会得到信号电压一个周期内的稳定图像.,二,示波管的原理,电子枪,偏转电极,荧光屏,锯齿形,信号,扫描,相同,即学即用,1.判断下列说法的正误. (1)带电粒子(不计重力)在电场中由静止释放时，一定做匀加速直线运动. () (2)对带电粒子在电场中的运动，从受力的角度来看，遵循牛顿运动定律；从做功的角度来看，遵循能量的转化
4、和守恒定律.() (3)动能定理能分析匀强电场中的直线运动问题，不能分析非匀强电场中的直线运动问题.(),(4)带电粒子在匀强电场中偏转时，加速度不变，粒子的运动是匀变速曲线运动.() (5)示波管电子枪的作用是产生高速飞行的电子束，偏转电极的作用是使电子束偏转，打在荧光屏不同位置.(),2.如图2所示，M和N是匀强电场中的两个等势面，电势差为U，一质量为m(不计重力)、电荷量为q的粒子，以速度v0通过等势面M射入 两等势面之间，则该粒子穿过等势面N的速度应是 .,图2,探究重点提升素养,02,带电粒子在电场中的加速,一,导学探究 如图3所示，平行板电容器两板间的距离为d，电势差为U.一质量为
5、m、带电荷量为q的粒子，在电场力的作用下由静止开始从正极板A向负极板B运动. (1)比较粒子所受电场力和重力的大小，说明重力能否忽略不计(粒子质量是质子质量的4倍，即m41.671027 kg，电荷量是质子的2倍).,图3,答案粒子所受电场力大、重力小；因重力远小于电场力，故可以忽略重力.,(2)粒子的加速度是多大(结果用字母表示)？在电场中做何种运动？,答案粒子的加速度为a . 在电场中做初速度为0的匀加速直线运动.,(3)计算粒子到达负极板时的速度大小.(结果用字母表示，尝试用不同的方法求解),答案方法1利用动能定理求解.,方法2利用牛顿运动定律结合运动学公式求解. 设粒子到达负极板时所用
6、时间为t，,vat,知识深化 1.带电粒子的分类及受力特点 (1)电子、质子、粒子、离子等基本粒子，一般都不考虑重力. (2)质量较大的微粒，如带电小球、带电油滴、带电颗粒等，除有说明或有明确的暗示外，处理问题时一般都不能忽略重力. 2.分析带电粒子在电场力作用下加速运动的两种方法 (1)利用牛顿第二定律Fma和运动学公式，只能用来分析带电粒子的匀变速运动. (2)利用动能定理：qU .若初速度为零，则 ，对于匀变速运动和非匀变速运动都适用.,例1(多选)(2018会宁一中高二期末)如图4所示，电子由静止开始从A板向B板运动，当到达B板时速度为v，保持两板间电压不变，则 A.当增大两板间距离时
7、，v也增大 B.当减小两板间距离时，v增大 C.当改变两板间距离时，v不变 D.当增大两板间距离时，电子在两板间运动的时间也增大,图4,解析根据动能定理研究电子由静止开始从A板向B板的运动，列出等式：,v与两板间距无关，所以当改变两板间的距离时，v不变，A、B错，C对.,针对训练(多选)一平行板电容器充电后与电源断开，从负极板上某处由静止释放一个电子，设其到达正极板的速度为v1，运动过程中加速度为a1，现将两板间距离增为原来的2倍，再从负极板处由静止释放一个电子，设其到达正极板的速度为v2，运动过程中加速度为a2，则 A.a1a211 B.a1a221 C.v1v212 D.v1v21,(2)
8、保持两板间的电势差不变，而将Q板向左平移5 cm，则A点的电势将变为多少？,解析当Q板向左平移5 cm时，两板间距离d (105) cm5 cm Q板与A点间距离变为d(104) cm5 cm1 cm,答案10 V,Q、A间电势差UQAEd1.01031.0102 V10 V 所以A点电势A10 V.,二,如图5所示，质量为m、电荷量为q的粒子以初速度v0垂直于电场方向射入两极板间，两平行板间存在方向竖直向下的匀强电场，已知板长为l，板间电压为U，板间距离为d，不计粒子的重力.,带电粒子在电场中的偏转,图5,1.运动分析及规律应用 粒子在板间做类平抛运动，应用运动分解的知识进行分析处理. (1
9、)在v0方向：做匀速直线运动； (2)在电场力方向：做初速度为零的匀加速直线运动.,2.过程分析 如图6所示，设粒子不与平行板相撞,图6,3.两个重要推论 (1)粒子从偏转电场中射出时，其速度方向的反向延长线与初速度方向的延长线交于一点，此点为粒子沿初速度方向位移的中点. (2)位移方向与初速度方向间夹角的正切值为速度偏转角正切值的 ，即tan 4.分析粒子的偏转问题也可以利用动能定理，即qEyEk，其中y为粒子在偏转电场中沿电场力方向的偏移量.,例2如图7所示为示波管中偏转电极的示意图，间距为d，长度为l的平行板A、B加上电压后，可在A、B之间的空间中(设为真空)产生电场(设为匀强电场).在
10、距A、B两平行板等距离的O点处，有一电荷量为q、质量为m的粒子以初速度v0沿水平方向(与A、B板平行)射入，不计重力，要使此粒子能从C处射出，则A、B间的电压应为,图7,解析带电粒子只受电场力作用，在平行板间做类平抛运动. 设粒子由O到C的运动时间为t，则有lv0t.,例3一束电子流经U15 000 V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8所示，两极板间电压U2400 V，两极板间距d2.0 cm，板长L15.0 cm. (1)求电子在两极板间穿过时的偏移量y；,图8,答案0.25 cm,进入偏转电场，电子在平行于极板的方向上做匀速运动， L1v0t ,代入数据
11、得：y0.25 cm,(2)若平行板的右边缘与屏的距离L25 cm，求电子打在屏上的位置与中心O的距离Y(O点位于平行板水平中线的延长线上)；,答案0.75 cm,解析如图，由几何关系知：,代入数据得：Y0.75 cm,(3)若另一个质量为m的二价负离子(不计重力)经同一电压U1加速，再经同一偏转电场，射出偏转电场的偏移量y和打在屏上的偏移量Y各是多大？,答案0.25 cm0.75 cm,与粒子的质量m和电荷量q无关， 故二价负离子经同样装置后，yy，YY.,总结 提升,电性相同的不同粒子经相同电场加速，再经同一偏转电场，射出偏转电场时，偏转角和偏移量y都相同，不会分开.,随堂演练逐点落实,0
12、3,1.(带电粒子的直线运动)如图9所示，在P板附近有一电子由静止开始向Q板运动.已知两极板间电势差为U、极板间距为d，电子质量为m、电荷量为e.则关于电子在两极板间的运动情况，下列叙述正确的是,1,2,3,4,A.若将两极板间距d增大一倍，则电子到达Q板的速率保持不变 B.若将两极板间距d增大一倍，则电子到达Q板的速率也增大一倍 C.若将两极板间电势差U增大一倍，则电子到达Q板的时间保持不变 D.若将两极板间电势差U增大一倍，则电子到达Q板的时间减为一半,图9,1,2,3,4,2.(带电粒子的偏转)如图10所示，带电荷量之比为qAqB13的带电粒子A、B，先后以相同的速度从同一点水平射入平行
13、板电容器中，不计重力，带电粒子偏转后打在同一极板上，水平飞行距离之比为xAxB21，则带电粒子的质量之比mAmB以及在电场中飞行的时间之比tAtB分别为 A.11,23 B.21,32 C.11,34 D.43,21,1,2,3,4,图10,1,2,3,4,3.(示波管的原理)(多选)示波管的构造如图11所示.如果在荧光屏上P点出现亮斑，那么示波管中的,图11,A.极板X应带正电 B.极板X应带正电 C.极板Y应带正电 D.极板Y应带正电,解析根据亮斑的位置，电子偏向XY区间，说明电子受到电场力作用发生了偏转，因此极板X、极板Y均应带正电.,1,2,3,4,4.(带电粒子的加速和偏转)(201
14、8宿迁市高一下期末)如图12所示，电子由静止开始被U180 V的电场加速，沿直线垂直进入另一个场强为E6 000 V/m 的匀强偏转电场，而后电子从右侧离开偏转电场.已知电子比荷为 1011 C/kg，不计电子的重力，偏转极板长为 L6.0102 m.求： (1)电子经过电压U加速后的速度vx的大小；,图12,答案8106 m/s,1,2,3,4,(2)电子在偏转电场中运动的加速度a的大小；,1,2,3,4,答案1.11015 m/s2,解析电子在偏转电场中受到竖直向下的电场力，,(3)电子离开偏转电场时的速度方向与刚进入该电场时的速度方向之间的夹角.,答案45,在竖直方向上做初速度为零的匀加速直线运动， 故vyat，,联立解得45.,1,2,3,4,