10.5.1　带电粒子在电场中的运动(一) 课件 -2022-2023学年高一下学期物理人教版（2019）必修第三册

8 第十章　静电场中的能量 5.1　带电粒子在电场中的运动(一) 1 能从力和能量的角度分析带电粒子在电场中的加速问题。 重难点 重点 2 能运用类平抛运动的分析方法研究带电粒子在电场中的偏转问题。 电子在加速器中是受到什么力的作用而加速的呢？ 观察与思考 带电粒子在电场中的加速 只受静电力一个力的作用，电子向右做匀加速直线运动 U + - 炽热的金属丝可以发射电子.在金属丝和金属板间加电压U，发射出的电子在真空中加速后，从金属板的小孔穿出.设电子刚离开金属丝时的速度为零，电子质量为m、电荷量大小为e ，电子重力不计。.(如图) (1)电子加速时受到几个力的作用？电子做什么运动？ 观察与思考 解： 匀强电场： 根据： 得： 方法一：运动学 方法二：动能定理 电场力做功： 得： 复杂，且只适用于匀强电场 简单，适用于任何电场 U + - (2)求电子到达正极板时的速度大小。(用不同的方法求解) 导练 1.若两极板间不是匀强电场该用何种方法求解？为什么？ 如果是非匀强电场，电子将做变加速运动，动力学方法不可行；静电力做功仍然可以用W＝qU求解，动能定理仍然可行. 2.分析带电粒子在电场中的运动，哪些情况需要考虑重力？哪些情况不需要考虑重力？ (1)带电的基本粒子：如电子，质子，α粒子，正负离子等.这些粒子所受重力和静电力相比小得多，除非有说明或明确的暗示以外，一般都不考虑重力.(但并不能忽略质量). (2)带电体：如带电小球、液滴、尘埃等.除非有说明或明确的暗示以外，一般都考虑重力. 思考与讨论 1.如图所示，P和Q为两平行金属板，板间有恒定的电压，在P板附近有一电子(不计重力)由静止开始向Q板运动，下列说法正确的是 A.电子到达Q板时的速率与板间电压无关， 仅与两板间距离有关 B.电子到达Q板时的速率与两板间距离无关， 仅与板间电压有关 C.两板间距离越小，电子的加速度就越小 D.两板间距离越大，加速时间越短 √ 导练 极板间的电压U不变，由E＝ 可知，两板间距离d越大，电场强度E越小，静电力F＝Ee越小，加速度越小，加速时间越长， 导练 2.如图所示，M、N是真空中的两块相距为d的平行金属板。质量为m、电荷量大小为q的带电粒子，以初速度v0由小孔进入电场，当M、N间电压为U时，粒子恰好能到达N板。如果要使这个带电粒子到达距N板 后返回，下列措施中能满足要求的是(不计带电粒子的重力) A.使初速度减为原来的 B.使M、N间电压提高到原来的2倍 C.使M、N间电压提高到原来的3倍 D.使初速度和M、N间电压都减为原来的 √ 导练 导练 带电粒子在电场中的偏转 如图，两个相同极板的长度为l，相距d，极板间的电压为U.一个质量为m、电荷量为e的电子沿平行于板面的方向射入电场中，射入时的速度为v0.把两极板间的电场看作匀强电场. (1)电子在电场中做什么运动？ + 平行于极板方向： 垂直于极板方向： 类平抛运动 匀速直线运动 初速度为零的匀加速直线运动 观察与思考 (2)设电子不与平行板相撞，完成下列内容(均用题中所给字母表示)。 ①电子通过电场的时间t ＝ ②静电力方向：加速度a＝ 离开电场时垂直于极板方向的分速度vy＝ ③速度与初速度方向夹角的正切值tan θ＝ ④离开电场时沿静电力方向的偏移量y＝ + 3.如图所示，两金属板与电源相连接，电压为U，电子从上极板边缘垂直电场方向，以速度v0射入匀强电场，且恰好从下极板边缘飞出，两板之间距离为d。现在保持电子入射速度和入射位置(紧靠上极板边缘)不变，仍要让其从下极板边缘飞出，则下列操作可行的是 A.电压调至2U，板间距离变为2d √ 导练 4.如图所示，带电荷量之比为qA∶qB＝1∶3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xA∶xB＝2∶1，则带电粒子的质量之比mA∶mB以及在电场中飞行的时间之比tA∶tB分别为 A.1∶1,2∶3 B.2∶1,3∶2 C.1∶1,3∶4 D.4∶3,2∶1 √ 导练 粒子在水平方向上做匀速直线运动，则x＝v0t，由于初速度相同，且xA∶xB＝2∶1，所以tA∶tB＝2∶1， 5.(多选)如图所示，一电荷量为q的带电粒子以一定的初速度v0由P点射入匀强电场，入射方向与电场线垂直。粒子从Q点射出电场时其速度方向与电场线方向成30°角。已知匀强电场的宽度为d，P、Q两点的电势差为U，不计粒子重力，设P点的电势为零。下列说法正确的是 A.带电粒子在Q点的电势能为－qU B.带电粒子带负电 √ √ 导练 由题图可知，粒子所受的静电力方向向上，与电场方向相同，所以该粒子带正电，粒子从P到Q，静电力做正功，W＝qU，则粒子的电势能减少