2.4带电粒子在电场中的运动-2022-2023学年高二物理同步备课系列（鲁科版2019必修第三册）

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 第2章 知识回顾 带等量电荷的两平行金属板所产生的匀强电场，电场强度为E，正极板处有一质子，质量为m，带电量为q，两板间的距离为d，质子由静止释放： 1 质子在电场中受到的静电力（电场力） 2 到达负极板时，静电力做的功 匀强电场，静电力为恒力，起止位置沿力方向上的位移为d 3 两极板间的电势差U d 新课教学 d 4 质子到达负极板时的动能Ek 动能定理：合外力做功=动能的变化。 如果合外力为恒力 s是力方向上的位移 v2是末速度，v1是初速度 题中：质子由静止释放，初速度0，重力忽略不计，合外力为静电力（电场力），静电力做功W=qU 设末动能为Ek，则由动能定理 得：质子到达负极板时的动能Ek=qU d 5 质子到达负极板时的速度v 则由动能定理 得 一、带电粒子的加速 利用电场可以让带电粒子得到加速获得动能和速度。 通过改变两极板间的电压，可以让带电粒子获得更大的动能和速度。 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。 d 6 质子在电场中的加速度a 牛顿第二定律: 得 一、带电粒子的加速 匀强电场中：F=qE 用匀变速直线运动规律，质子运动到负极板时： 也可得到：到负极板时质子的速度： 二、带电粒子的偏转 利用电场使带电粒子的运动方向发生变化，向预期的方向偏转，是控制带电粒子运动的另一种常见方式。 示波器 作用：观察电信号随时间变化的情况 示波器 当竖直、水平偏转板都未加电压时，电子束从电子枪发出后沿直线运动，在荧光屏上产生一个亮斑。 如果竖直偏转板加电压，水平偏转板不加电压，电子束经过竖直偏转板时受到竖直方向电场力的作用而发生偏转，使打在荧光屏上的亮斑在竖直方向发生偏移。 同样的道理，如果水平偏转板加电压，竖直偏转板不加电压，打在荧光屏上的亮斑则在水平方向发生偏移。 示波管在实际工作时，竖直偏转极板间和水平偏转极板间都加上电压，打在荧光屏上的亮斑既能在竖直方向上偏移，也能在水平方向上偏移，亮斑的运动就是在竖直和水平两个方向上运动的合运动。 工作原理： 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. 1、受力分析：粒子受到竖直向下的电场力。 2、运动规律分析:粒子作类平抛运动。 x方向：匀速直线运动 Y方向：加速度为的 匀加速直线运动。 3、x方向 4、y方向 5、离开电场时的偏转角度的正切： F＝Eq=qU/d 二、带电粒子的偏转 代人数值， 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 = 1 500 V 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 = 2.0 cm，板长 l = 5.0 cm，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？ 作业 P44 5、6 $