10.5带电粒子在电场中的运动 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 10.5 带电粒子在电场中的运动 制作人：曹译元 核心素养 物理观念 理解带电粒子在电场中的运动规律，并能分析、解决加速和偏转的问题。 通过知识的应用，培养学生热爱科学的精神。 知道示波管的构造和基本原理。 通过带电粒子在电场中加速、偏转过程分析，培养学生分析、推理能力。 科学思维 科学探究 科学态度与责任 新课导入： 古代，人们用弩来加速箭，箭的速度能达到102 m/s 数量级；后来人们又在枪膛中用火药加速子弹，子弹的速度能达到103 m/s 数量级。 现代，人们需要用高速的微观粒子轰击另一微观粒子来进行科学研究，其速度的数量级达到107 m/s ，那么粒子是怎样加速的呢？ 新知讲解： 一、带电粒子 1.受力特点： 对于质量很小的带电粒子，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）一般远小于静电力，可以忽略。 2.带电粒子的分类： (1)带电的基本粒子：如电子、质子、α粒子、正离子、负离子等等，除有说明或有明确的暗示以外，此类粒子一般不考虑重力（但并不忽略质量）。 (2)带电微粒：如液滴、油滴、尘埃、带电小球等，除有说明或有明确的暗示以外，一般都要考虑重力。 带电体是否考虑重力，要根据题目说明或运动状态判定。 新知讲解： 二、带电粒子在电场中的加速 如图，质量为m ，带正电荷q的粒子，在静电力作用下由静止开始从正极板向负极板运动，板间距为d，计算它到负极板时的速度v 。（不计粒子的重力） F U + +q v d 粒子做匀加速直线运动 解： 匀强电场 得 由 得 方法一：运动学 方法二：动能定理 仅电场力做功 得 复杂，且只适用于匀强电场 简单，适用于任何电场 新知讲解： 二、带电粒子在电场中的加速 带电粒子在电场中的解题思路： F U + +q d 新知讲解： 二、带电粒子在电场中的加速 炙热的金属丝可以发射电子。在金属丝和金属板之间加以电压 U = 2500 V ，发射出的电子在真空中加速，从金属板的小孔穿出。电子穿出时速度有多大?设电子刚刚离开金属丝时的速度为零。 电子的质量 m ＝ 9.1×10－31 kg 电子的电荷量 e ＝ 1.6×10－19 C 解：动能定理有 得 3.0×107 m/s 对同一粒子而言，粒子经加速电场后的速度只与加速电压有关。 加速电压 新知讲解： 二、带电粒子在电场中的加速 使带电粒子的速度 v 继续增加的思路设想… U + U + 新知讲解： 二、带电粒子在电场中的加速 直线加速器是利用周期性变化的电场使带电粒子在其中不断被加速的仪器。 电场力大小恒定，且方向与初速度v0方向垂直。 1.进入电场的方式： 新知讲解： 二、带电粒子在电场中的偏转 3.运动特点： 2.受力特点： + - q v0 以初速度v0垂直于电场线方向进入匀强电场。 F 做匀变速曲线运动，与力学中的抛体运动类似。 新知讲解： 二、带电粒子在电场中的偏转(单偏场) 如图所示，在真空中放置一对金属板Y 和Y′，两极板的长度均为l，相距d，极板间的电压为U 。一个电子沿平行于板面的方向以速度 v0 射入电场中，求加速度 a ，偏转位移 y 和速度偏转角的正切值 tanα 。 − − − − − − + + + + + + Y Y′ d -q v0 l F 新知讲解： 二、带电粒子在电场中的偏转(单偏场) − − − − − − + + + + + + Y Y′ d -q v0 l F ①加速度： ②速度： 将复杂曲线运动分解 平行于极板方向： 垂直于极板方向： 匀速直线 初速度为0的匀加速直线 v vx vy · 偏转电压 新知讲解： 二、带电粒子在电场中的偏转(单偏场) − − − − − − + + + + + + Y Y′ d -q v0 l F ③位移： v vx vy y ④ l ①粒子从偏转电场中射出时，就好像是从极板间的 1/2 𝒍 处沿直线射出似的。 ②速度偏转角正切值等于位移方向与初速度方向夹角正切值的2倍。 2 新知讲解： − − − − − v0 − − − − − − + + + + + + -q + + + + + U L d s O U0 已知q，U0，U，d，L，s，求 tanα，y，Y 。 vx vy v ① ② y Y ③ ③静止的不同带电粒子，经同一电场加速，再垂直射入同一个偏转电场，射出粒子的角度 α ，偏转位移 y ，偏转量 Y 均不变，与 q ，m 无关。 径迹完全相同，但运动时间 t 是不同的。 二、带电粒子在电场中的偏转(加偏场) 课堂练习： 1.静止的一价氢离子