10.5.2带电粒子在电场中的运动(二) 课件-2023-2024学年高二上学期物理人教版（2019）必修第三册

第十章　静电场中的能量 5.2　带电粒子在电场中的运动(二) 1 知道带电粒子在电场中偏转的重要推论，并会应用推论解决带电粒子在电场中的偏转问题。 重点 2 知道示波管的主要构造和工作原理。 带电粒子在电场中偏转的重要推论 观察与思考 1.带电粒子垂直进入偏转电场，粒子从偏转电场中射出时，其速度反向延长线与初速度方向交于一点，试证明此点为粒子沿初速度方向位移的中点。 答案　粒子在电场中的运动轨迹如图 设粒子在电场中运动的位移与水平方向的夹角 为α，粒子射出时速度与水平方向的夹角为θ。 即tan θ＝2tan α 2.让一价氢离子、一价氦离子和二价氦离子的混合物由静止开始经过同一加速电场加速，然后在同一偏转电场里偏转，它们是否会分离为三股粒子束？请通过计算说明。 答案　设加速电压为U0，偏转电压为U，带电粒子的电荷量为q，质量为m，垂直进入偏转电场的速度为v0，偏转电场两极板间距离为d，极板长为l， 粒子所带电荷量不同，其初动能就不同。 [梳理与总结] 推论1：如图所示，粒子从偏转电场中射出时，其速度的反向延长线与初速度方向交于一点，此点平分沿初速度方向的位移。 推论3：不同的带电粒子(电性相同，初速度为零)，经同一电场加速后，再垂直进入同一偏转电场，则它们的运动轨迹必定重合。 导练 1.如图所示，在边长为L的正方形ABCD区域存在着匀强电场，方向竖直向下，与AD边平行。质量为m、电荷量为e的电子，在D点以水平速度v0射入电场中并从B点射出电场，不考虑电子的重力，则 B.电子在B点的速率为2v0 √ 2.(多选)(2022·邓州春雨国文学校高二阶段练习)如图所示为真空中的某装置，其中平行金属板A、B之间有加速电场，C、D之间有偏转电场，M为荧光屏。质子、氘核和α粒子均由A板从静止开始被同一加速电场加速后垂直于电场方向进入偏转电场，最后打在荧光屏上。已知质子、氘核和α粒子的质量之比为1∶2∶4，电荷量之比为1∶1∶2，则下列判断中正确的是 A.在加速电场中，质子运动时间最长 B.三种粒子飞离B板时速度之比为 ∶1∶1 C.偏转电场的静电力对三种粒子做功之比为1∶1∶2 D.三种粒子打到荧光屏上的位置不同 √ √ 质子、氘核和α粒子的比荷之比为2∶1∶1，则三种粒子从B板射出时的速度之比为 ∶1∶1，三种粒子在加速电场中的位移相同，则质子运动时间最短，A错误，B正确； 由两式可知，三种粒子从C、D极板边缘的同一点穿出，且速度方向相同，那么最后打到荧光屏的位置相同，偏转电场对三种粒子所做的功W＝qEy，则静电力做功之比等于电荷量之比，为1∶1∶2，D错误，C正确。 3.水平放置的两块平行金属板L＝5.0 cm，两板间距d＝1.0 cm，两板间电压为90 V且上板带正电荷。一电子沿水平方向以速度v0＝2.0×107 m/s从两板中间射入，如图所示。求：(电子电荷量e＝1.6×10－19 C，电子质量me＝9.1×10－31 kg，不计电子重力，计算结果保留2位小数) (1)电子飞出金属板时的侧位移； 答案　0.49 cm (2)电子飞出电场时的速度大小及速度方向与v0方向夹角的正切值； 答案　2.04×107 m/s　0.20 (3)电子离开电场后，打在屏上的P点，若s＝10 cm，求OP的长度。 答案　2.50 cm 示波管的原理 观察与思考 1.构造：示波管主要是由电子枪、偏转电极(XX′和YY′)、荧光屏组成，管内抽成真空。(如图) 2.作用 (1)电子枪的作用是产生高速飞行的一束电子。 (2)示波管的YY′偏转电极上加的是待测的信号电压(图乙)。XX′偏转电极通常接入仪器自身产生的锯齿形电压(图甲)，叫作扫描电压。 (3)荧光屏的作用是显示电子的偏转情况。 思考与讨论 1.如果在偏转电极XX′之间和偏转电极YY′之间都没有加电压，电子束从电子枪射出后打在荧光屏上的哪个位置？在图中标出来。 答案　在屏的中心 2.(1)如果仅在XX′之间加上图甲扫描电压，荧光屏上会看到什么样的亮线？在图中标出来。 答案　 (2)如果仅在YY′之间加上图乙信号电压，荧光屏上会看到什么样的亮线？在图中标出来。 答案　 (3)如果同时在XX′、YY′之间加上图甲扫描电压和图乙信号电压，荧光屏上会看到什么样的亮线？在图中标出来。 答案　 导练 4.(多选)图甲是示波器中核心部件示波管的原理图，要想在荧光屏上观察到如图乙所示的图像，下列给出几组偏转电极XX′、YY′之间所加电压随时间周期性变化的关系图像，其中可能符合要求的是 √ √ 电极XX′之间加的是锯齿形电压，即扫描电压，电极YY′之间加的是信号电压，信号电压与扫描电压周期相同，从题图乙可以看出扫描电压与信号电压的正、负不同，所以C、D正确。 tan α＝＝＝ tan θ＝＝ 因为