第五节 带电粒子在电场中的运动（2）-【帮课堂】2023-2024学年高二物理同步精品讲义（沪科版2020上海必修第三册 ）

第5课 带电粒子在电场中的运动（2） ( 目标导航 ) 课程标准 课标解读 1.会从力和能量角度分析计算带电粒子在电场中的加速问题。 2.能够用类平抛运动分析方法研究带电粒子在电场中的偏转问题。 3.了解示波管的基本原理。 1.能综合运用力学和电学的知识分析、解决带电粒子在电场中的两种典型运动模型。 ( 知识精讲 ) 知识点01 带电粒子的加速 1.基本粒子的受力特点 对于质量很小的基本粒子，如电子、质子等，虽然它们也会受到万有引力(重力)的作用，但万有引力(重力)一般 静电力，可以 。 2.带电粒子加速问题的处理方法 (1)利用动能定理分析 初速度为零的带电粒子，经过电势差为U的电场加速后，qU＝mv2，则v＝。 (2)在匀强电场中也可利用牛顿定律结合运动学公式分析。 【即学即练1】 [思考判断] (1)质量很小的粒子不受重力的作用。( ) (2)带电粒子在电场中只受静电力作用时，静电力一定做正功。( ) (3)动能定理能分析匀强电场中的直线运动问题，也能分析非匀强电场中的直线运动问题。( ) [例1].(带电粒子的直线运动)在如图所示的匀强电场中，若一个点电荷从P点由静止释放，(不计粒子重力)则以下说法正确的是(　　) A.该点电荷可能做匀变速曲线运动 B.该点电荷一定向右运动 C.静电力对该点电荷可能不做功 D.该点电荷一定做匀加速直线运动 知识点02 带电粒子在电场中的偏转 1.受力特点 带电粒子进入电场后，忽略重力，粒子只受 ，方向平行电场方向向下。运动情况类似于 运动。 2.运动性质 (1)沿初速度方向：速度为 的 运动， 穿越两极板的时间t＝。 (2)垂直v0的方向：初速度为零的匀加速直线运动，加速度a＝。 3.运动规律 (1)偏移距离：因为t＝，a＝，所以偏移距离y＝at2＝。 (2)偏转角度：因为vy＝at＝，所以tan θ＝＝。 【即学即练2】 [思考判断] (1)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。( ) (2)带电粒子在匀强电场中偏转时，可用平抛运动的知识分析。( ) (3)带电粒子在匀强电场中偏转时，若已知进入电场和离开电场两点间的电势差以及带电粒子的初速度，可用动能定理求解末速度大小。( ) [例2].(带电粒子的偏转)如图所示，两极板与电源相连接，电子从负极板边缘垂直电场方向射入匀强电场，且恰好从正极板边缘飞出，现在使电子入射速度变为原来的两倍，而电子仍从原位置射入，且仍从正极板边缘飞出，则两极板的间距应变为原来的(　　) A.2倍 B.4倍 C. D. [例3].(带电粒子的加速和偏转)如图所示，电子从静止开始被U＝180 V的电场加速，沿直线垂直进入另一个场强为E＝ 6 000 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L＝6.0×10－2 m。求： (1)电子经过电压U加速后的速度vx的大小； (2)电子在偏转电场中运动的加速度a的大小； (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θ。 知识点03 示波管的原理 [观图助学] 带电粒子在电场中受静电力作用，我们可以利用电场来控制粒子，使它加速或偏转。如图所示是示波器的核心部件——示波管。请思考：示波管中电子的运动可分为几个阶段？各阶段的运动遵循什么规律？ 1.构造 示波管是示波器的核心部件，外部是一个抽成真空的玻璃壳，内部主要由电子枪(发射电子的灯丝、加速电极组成)、偏转电极(由一对X偏转电极板和一对Y偏转电极板组成)和荧光屏组成，如图所示。 2.原理 (1)扫描电压：XX′偏转电极接入的是由仪器自身产生的锯齿形电压。 (2)灯丝被电源加热后，出现热电子发射，发射出来的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偏转极板上加一个信号电压，在X偏转极板上加一扫描电压，在荧光屏上就会出现按Y偏转电压规律变化的可视图像。 【即学即练3】 [思考判断] (1)如果在偏转电极YY′和XX′上不加电压电子束不偏转，打在荧光屏中心。( ) (2)只在YY′上加恒定电压时，电子束不偏转。( ) (3)只在XX′上加恒定电压时，电子束沿YY′方向偏转。( ) 带电粒子在电场中运动时，可以忽略重力的两种情况： ①当带电粒子的重力远小于静电力时，粒子的重力就可以忽略。 ②微观带电粒子，如电子、质子、离子、α粒子等除有说明或明确暗示外，处理问题时均不计重力。而带电的液滴、小球等除有说明或明确暗示外，处理问题时均应考虑重力。 如图所示，带电粒子(不计重力)从两板中间垂直电场线方向进入电场，