帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng) 【教材精講精研】 人教版（2019）高中物理必修第三冊(cè) 高效課堂課件

第5節(jié)帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)一、帶電粒子的重力問題1．微觀粒子：如電子、質(zhì)子、α粒子等，由于質(zhì)量很小，重力________靜電力，若無(wú)特別說(shuō)明其重力可以忽略(但并不忽略質(zhì)量)2．宏觀粒子：如帶電小球、帶電液滴、帶點(diǎn)塵埃等，若無(wú)特別說(shuō)明其重力不可以忽略．遠(yuǎn)小于二、帶電粒子的加速問題（重力不計(jì)）如圖所示，質(zhì)量為m，帶正電荷q的粒子，從靜止開始向右運(yùn)動(dòng)，求：粒子到達(dá)右極板時(shí)的速度。

qUqU三、帶電粒子的偏轉(zhuǎn)(重力不計(jì))v0Ld++++++-------qφvv0v⊥φyxF運(yùn)動(dòng)狀態(tài)分析勻變速曲線運(yùn)動(dòng)（類平拋運(yùn)動(dòng)）分析方法沿初速度方向——?jiǎng)蛩僦本€運(yùn)動(dòng)沿電場(chǎng)線方向——初速度為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng)1.加速度:2.飛行時(shí)間3.側(cè)移距離4.速度偏轉(zhuǎn)角小結(jié)：1．進(jìn)入電場(chǎng)的方式：以初速度v0垂直于電場(chǎng)線方向進(jìn)入勻強(qiáng)電場(chǎng)．2．受力特點(diǎn)：電場(chǎng)力大小______，且方向與初速度v0的方向______．3．運(yùn)動(dòng)性質(zhì)：做____________運(yùn)動(dòng)，與力學(xué)中的平拋運(yùn)動(dòng)類似．不變垂直勻變速曲線若不同的粒子是從靜止經(jīng)過(guò)同一電場(chǎng)U1加速后進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)U2。速度偏轉(zhuǎn)角大小與粒子q,m無(wú)關(guān),即都相同四、先加速后偏轉(zhuǎn)問題（重力不計(jì)）側(cè)移距離側(cè)移距離與粒子q,m無(wú)關(guān),即都相同由動(dòng)能定理得：拓展：將粒子飛出偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)時(shí)的速度反向延長(zhǎng),交原運(yùn)動(dòng)方向于O點(diǎn),O點(diǎn)距電場(chǎng)邊緣距離為x,則粒子從偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)中射出時(shí),好像從極板間l/2處沿直線射出似的五、示波管的原理（課本47頁(yè)）（1）示波器：用來(lái)觀察電信號(hào)隨時(shí)間變化的電子儀器。其核心部分是示波管（2）示波管的構(gòu)造：由電子槍、偏轉(zhuǎn)電極和熒光屏組成（如圖）。（3）原理：利用了帶電粒子在電場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)的規(guī)律，靈敏、直觀地顯示出電信號(hào)隨時(shí)間變化的圖線。例1：如圖所示，在點(diǎn)電荷＋Q的電場(chǎng)中有A、B兩點(diǎn),將質(zhì)子和α粒子分別從A點(diǎn)由靜止釋放到達(dá)B點(diǎn)時(shí),它們的速度大小之比為多少？變式訓(xùn)練1.如圖所示，兩塊平行金屬板M、N豎直放置，它們的電壓恒為U.一電子(不計(jì)重力)從N板靜止釋放，它運(yùn)動(dòng)到M板時(shí)速率為v.現(xiàn)將M板水平向右移動(dòng)一段距離，再次將電子從N板靜止釋放，下列判斷正確的是(

)A．金屬板M、N的帶電荷量不變B．電子運(yùn)動(dòng)過(guò)程的加速度變大C．電子運(yùn)動(dòng)到M板所用的時(shí)間變長(zhǎng)D．電子運(yùn)動(dòng)到M板時(shí)速率變小

例2：一束電子流在經(jīng)U＝5000V的加速電壓加速后，在距兩極板等距離處垂直進(jìn)入平行板間的勻強(qiáng)電場(chǎng)，如圖所示．若兩板間距d＝1.0cm，板長(zhǎng)l＝5.0cm，那么要使電子能從平行板間飛出,兩個(gè)極板上最大能加多大電壓？【思路點(diǎn)撥】電子經(jīng)加速后水平飛入兩板之間做類平拋運(yùn)動(dòng)，兩板間所加電壓的最大值對(duì)應(yīng)電子恰好沿板右邊緣飛出的情況．【答案】

400V變式訓(xùn)練2．有一束正離子，以相同速度從同一位置進(jìn)入平行板電容器的勻強(qiáng)電場(chǎng)中，所有離子運(yùn)動(dòng)軌跡一樣，說(shuō)明所有離子(

)A．具有相同質(zhì)量B．具有相同電荷量C．具有相同的比荷D．屬于同一元素的同位素++++++++________U帶電粒子的加速UE加速勻速勻速_++++++_____勻速勻速加速(+q,m)加速后粒子的速度怎樣計(jì)算呢？由動(dòng)能定理可得U當(dāng)V0一定時(shí)，U越大，則V越大；U越小，V越小當(dāng)U一定時(shí)，V0越大，則V越大；V0越小，V越小對(duì)某一粒子（m.q一定）由牛頓定律得：若在勻強(qiáng)電場(chǎng)中單級(jí)加速---電子槍低壓電源加熱燈絲產(chǎn)生熱電子高壓＋－高壓電源產(chǎn)生加速電場(chǎng)原理：Uq=mv2/2－0多級(jí)加速問題：如圖多級(jí)平行板連接，能否加速離子？U＋＋＋－－－ABCDEF多級(jí)直線加速器示意圖U0u0-u0tT2TU~＋－帶電粒子的偏轉(zhuǎn)v0ld++++++-------qφvv0v⊥φyl/2F運(yùn)動(dòng)狀態(tài)分析勻變速曲線運(yùn)動(dòng)（類平拋運(yùn)動(dòng)）分析方法沿初速度方向——?jiǎng)蛩僦本€運(yùn)動(dòng)沿電場(chǎng)線方向——初速度為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng)1.加速度:2.飛行時(shí)間3.側(cè)移距離4.偏角求帶電粒子離開電場(chǎng)時(shí)速度的大小。方法2:根據(jù)動(dòng)能定理求解方法1:根據(jù)速度合成求解注意加速電壓U*不一定是兩板的電壓，不能求出方向?qū)αＷ悠堑挠懻?.若不同的粒子是從靜止經(jīng)過(guò)同一電場(chǎng)加速電壓U0加速后進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)U,由動(dòng)能定理有偏角大小與粒子q,m無(wú)關(guān),即都相同2.將粒子飛出電場(chǎng)時(shí)的速度反向延長(zhǎng),交原運(yùn)動(dòng)方向于O點(diǎn),O點(diǎn)距電場(chǎng)邊緣距離為x,則粒子從偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)中射出時(shí),好像從極板間l/2處沿直線射出似的dl/2yv0-qvv0v⊥φφ++++++------lYXU熒光屏光斑U0若粒子是從靜止經(jīng)過(guò)電場(chǎng)加速電壓U0加速后進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)U發(fā)生側(cè)移y；離開電場(chǎng)后，打在熒光屏上行成光斑，光斑距熒光屏中心的距離Y。結(jié)合前面結(jié)論，推出y與Y的表達(dá)式φdl/2yv0-qvv0v⊥φφ++++++------lYXU熒光屏光斑U0(1)(2)得出：3．示波管的原理（1）示波器：用來(lái)觀察電信號(hào)隨時(shí)間變化的電子儀器。其核心部分是示波管（2）示波管的構(gòu)造：由電子槍、偏轉(zhuǎn)電極和熒光屏組成（如圖）。（3）原理：利用了帶電粒子在電場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)的規(guī)律，靈敏、直觀地顯示出電信號(hào)隨時(shí)間變化的圖線。水平偏轉(zhuǎn)電極，加電壓如圖1，豎直偏轉(zhuǎn)電極加電壓如圖2，熒光屏上會(huì)出現(xiàn)什么圖形？UxtT2TtUyT2T1、只加Ux—t電壓2、只加Uy—t電壓3、同時(shí)加Ux—t電壓和Uy—t電壓思考：為什么叫做“示波器”重點(diǎn)難點(diǎn)重點(diǎn):

帶電粒子在電場(chǎng)中的加速和偏轉(zhuǎn)規(guī)律難點(diǎn):

帶電粒子在電場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)問題及應(yīng)用。應(yīng)用：知道示波管的主要構(gòu)造和工作原理。研究方法小結(jié)：1、研究帶電粒子在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的兩條主要線索（1）力和運(yùn)動(dòng)的關(guān)系——牛頓第二定律（2）功和能的關(guān)系——?jiǎng)幽芏ɡ?、研究帶電粒子在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的兩類重要的思維技巧（1）類比與等效電場(chǎng)力和重力都是恒力，在電場(chǎng)力作用下的運(yùn)動(dòng)可與重力作用下的運(yùn)動(dòng)類比

---電場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)為類拋體運(yùn)動(dòng)（類平拋、類斜拋）（2）整體法(全過(guò)程法)

電場(chǎng)力的功只與始末位置有關(guān)，從電荷運(yùn)動(dòng)的全過(guò)程中功能關(guān)系出發(fā)(尤其從靜止出發(fā)末速度為零的問題)往往能迅速找到解題入口或簡(jiǎn)化計(jì)算．-----（使用動(dòng)能定理解題時(shí)）關(guān)于重力是否考慮的問題1、題目明確了重力不計(jì)或不能忽略重力的情況2、題目未明確的情況下:a)基本粒子(如電子、質(zhì)子、離子等)重力一般忽略.b)帶電顆粒(如液滴、塵埃、小球等)重力一般不能忽略.討論:綜合提高如圖所示,水平放置的A、B兩平行金屬板相距為d,現(xiàn)有質(zhì)量為m,電量為-q的小球,從距A板高h(yuǎn)處自由下落,通過(guò)小孔C進(jìn)入電場(chǎng),但沒能到達(dá)B板,求AB間電勢(shì)差的最小值.hdCBA解法一、[牛頓定律和運(yùn)動(dòng)學(xué)規(guī)律]解法二、[運(yùn)動(dòng)學(xué)規(guī)律和動(dòng)量定理法]小球自由落體時(shí)間由可得進(jìn)入電場(chǎng)后的勻減速運(yùn)動(dòng)的時(shí)間由解法三、（動(dòng)能定理法）由W=ΔEK可列全過(guò)程的動(dòng)能定理方程mg(h+d)-qUmin=0,Umin=mg(h+d)/q例題2:一個(gè)電子以初速V0=3.0×106m/s沿著垂直于場(chǎng)強(qiáng)方向射入兩帶電平行金屬板，金屬板長(zhǎng)L=6.0×10-2m，兩板之間可以看成是勻強(qiáng)電場(chǎng)，場(chǎng)強(qiáng)大小為E=2×103N/C，電子的電量e=1.6×10-19C，質(zhì)量m=9.1×10-31kg，求:（1）電子射離電場(chǎng)時(shí)的速度；（2）出射點(diǎn)與入射點(diǎn)沿場(chǎng)強(qiáng)方向的側(cè)移距離。[解析]法一：電子射入電場(chǎng)以后，受恒定的電場(chǎng)力作用，由于V0⊥F電，電子做類平拋運(yùn)動(dòng)。將電子的運(yùn)動(dòng)看成是沿X軸方向、速度為V0的勻速直線運(yùn)動(dòng)和沿電場(chǎng)力y方向、初速度為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng)的合成。yV0XO如圖所示:

從電子射入電場(chǎng)到飛出電場(chǎng)，兩個(gè)方向的位移和加速度為{L=V0ty=at212a=eEm電子飛離電場(chǎng)時(shí)的速度為{Vx=V0Vy=atVt=√V2+(at)20代入數(shù)據(jù)y=7.0×10-2(m)代入數(shù)據(jù)Vt=7.62×106(m/s)tanα=VyV0代入數(shù)據(jù)tanα=2.33∴α=arctg2.33

法二：由F=eE=ma求出a