10.5带电粒子在电场中的运动（同步课件）-【鼎力课堂】2024-2025学年高二物理同步备课精编优选课件+同步作业（人教版2019必修第三册）

§5 带电粒子在电场中的运动 第十章 静电场中的能量 高中物理(人教版2019)必修第三册 CONTENTS 带电粒子在电场中的加速 01. 带电粒子在电场中的偏转 02. PART 01 新课引入 1.高一我们重点研究过哪些运动形式？ （1）直线运动——匀速直线运动和匀变速直线运动 （2）曲线运动——平抛运动和匀速圆周运动 2.对这些运动形式的研究主要采用的哪些方法？ （1）动力学方法——牛顿定律和运动学公式 （2）能量方法——动能定理和能量守恒定律 3.不管用那种方法研究物体的运动必须做的是什么？ 对研究对象做好受力分析 复习与回顾 1 电子被加速器加速后轰击重金属靶时，会产生射线。可用于这个放射治疗。图中展示了一台医用电子直线加速器。电子在加速器中是受到什么力的作用而加速的呢？ 思考与讨论 2 PART 02 带电粒子在电场中的加速 (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电场力相比小得多，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)带电微粒：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。 (3)某些带电体是否考虑重力，要根据题目暗示或运动状态来判定。 电场中的带电粒子 1 例题1：炽热的金属丝可以发射电子。在金属丝和金属板间加以电压U=2500V，发射出的电子在真空中加速后，从金属板的小孔穿出。电子穿出时的速度有多大？设电子刚离开金属丝时的速度为零，电子质量m=9×10-31kg。 E 问题1：电子受到几个力的作用，方向哪个方向？ 问题2：电子做什么运动？ 问题3：可以用几种办法求解电子穿出时的速度？ 典例解析 2 水平向右的电场力 F＝Eq=qU/d 初速度为零，加速度为a=qU/md的向右匀加速直线运动。 1.受力分析: 2.运动分析: 解法一：运用动力学方法求解 解法二：运用能量方法求解 该粒子加速后的速度与加速电压有关 典例解析 2 如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，加速度不恒定，基本的匀变速运动学公式不合适应用，那么方法一不可行；但是电场力做功仍然可以用W=qU，动能定理仍然可以使用，也就是说方法二仍然可行。 2 典例解析 例题2：如图甲所示，某装置由多个横截面积相同的金属圆筒依次排列，其中心轴线在同一直线上，圆筒的长度依照一定的规律依次增加。序号为奇数的圆筒和交变电源的一个极相连，序号为偶数的圆筒和该电源的另一个极相连。交变电源两极间电势差的变化规律如图乙所示。在 t ＝ 0 时，奇数圆筒相对偶数圆筒的电势差为正值，此时位于和偶数圆筒相连的金属圆板（序号为 0）中央的一个电子，在圆板和圆筒1之间的电场中由静止开始加速，沿中心轴线冲进圆筒1。为使电子运动到圆筒与圆筒之间各个间隙中都能恰好使静电力的方向跟运动方向相同而不断加速，圆筒长度的设计必须遵照一定的规律。若已知电子的质量为m、电子电荷量为e、电压的绝对值为u，周期为T，电子通过圆筒间隙的时间可以忽略不计。则金属圆筒的长度和它的序号之间有什么定量关系？第n个金属圆筒的长度应该是多少？ 典例解析 2 解： 设电子进入第 n 个圆筒后的速度为 v，根据动能定理有 得: 第 n 个圆筒的长度为： 圆筒长度跟圆筒序号的平方根 成正比，第 n 个圆筒的长度是 典例解析 2 PART 03 带电粒子在电场中的偏转 (1)平抛运动的特点 只受重力，初速度方向水平，初速度方向与重力方向垂直，轨迹是一条抛物线，水平方向做匀速直线运动，竖直方向做自由落体运动。 (2)平抛运动速度规律公式： 复习回顾 1 (3)平抛运动位移规律公式： (4)平抛运动推论： ①位移偏向角θ与速度偏向角α的关系： ②速度方向的反向延长线与x轴的交点为水平位移的中点。 复习回顾 1 例3：如图一所示，一电荷量q，质量m的带正电的粒子以速度v0，沿中线垂直进入平行板间的匀强电场，上极板带正电，下极板带负电，若上下两板间电势差为U2，间距为d，极板长度为L1，求当粒子能从平行板间飞出时粒子的沿电场方向偏移距离y为多少？速度的偏转角θ为多少？ 问题1：带电粒子在垂直电场方向和沿电场方向各受到怎样的力？带电粒子在这两个方向各做什么运动？ 问题2：带电粒子的运动方式是否与平抛运动类似？ 典例解析 2 解：垂直电场方向: 平行电场方向: 所以： 典例解析 2 【拓展1】：若该粒子先经过一个电势差为U1加速度电场后，再进入电势差为U2的偏转电场，其他条件不变，求当粒子能从平行板间飞出时粒子的沿电场方向偏移距离y为多少？速度的偏转角θ为多少？ U1 拓展演练 3 结论：此种情况下，粒子的偏转位移、偏转角度与粒子无关。 U1 拓展演练 3 【拓展2】：若该粒子先经过一个电势差为U1加速度电场后，再进入电势差为U2的偏转电场，偏出偏转电场后，粒子打在距离极板右侧为L2荧光屏上，其他条件不变，求当粒子从进入偏转电场到打在荧光屏上总共偏移距离Y为多少？ U1 Y 拓展演练 3 方法一： 方法二： 拓展演练 3 观察下图说出示波管的构造以及原理 甲 示波管的结构 偏转电极 亮斑 亮斑 电子枪 加速电压 荧光屏 - + 乙 荧光屏（从右向左看） 拓展应用 4 XX’轴（周期为T） YY’轴（周期为T） 荧光屏稳定图样 UXX’=0 UYY’=0 UXX’>0且恒定不变 UYY’>0且恒定不变 UXX’=0 UYY’正负周期性变化 UXX’>0且恒定不变 UYY’正负周期性变化 UXX’呈现正负一次函数变化图像 UYY’呈现正负正弦函数变化图像 4 拓展应用 PART 04 课堂练习 课堂练习 01 D 1．如图所示，A、B为匀强电场中同一条电场线上的两点，一个负电荷从A点由静止释放，仅在静电力的作用下从A点运动到B点。以下图像中能正确描述位移x、静电力F、速度v和加速度a各物理量随时间变化的是（  ） 课堂练习 01 【答案】D 【详解】A．从A点由静止释放，仅在静电力的作用下从A点运动到B点，则粒子受电场力恒定做初速度为零的匀加速直线运动，则 位移随时间变化图像为抛物线，故A错误； B．在匀强电场中，受电场力恒定，故B错误； C．粒子受电场力恒定做初速度为零的匀加速直线运动，速度随时间均匀增加，故C错误； D．粒子受力恒定，加速度不变，故D正确。 故选D。 2．下列带电粒子经过电压为U的电压加速后，如果它们的初速度均为0，则获得速度最大的粒子是（　　） A．质子 B．氚核 C．氦核 D．钠离子Na+ 课堂练习 02 A 课堂练习 02 可知粒子的比荷越大，获得的速度最大；由于4个选项的四种粒子中，质子的比荷最大，则获得速度最大的粒子是质子。 故选A。 3．如图，一对金属板水平放置，间距足够大，极板间的电压为U，在金属板右侧有一竖直屏。一不计重力的带电粒子从两板中央以水平速度v0入射，入射方向的延长线与屏的交点为O点，粒子打在屏上的位置与O点的距离为y。将U变为0.5U，v0变为0.5v0，保持其他条件不变，粒子打在屏上的位置与O点的距离将变为（　　） A．4y B．2y C．y D．0.5y 课堂练习 03 B 课堂练习 03 4．如图所示，平行板电容器充电后形成一个匀强电场，大小保持不变，让质子（ ）流先、后两次不同初速度垂直射入电场，分别沿a、b轨迹落到极板的中央和边缘，则质子沿b轨迹运动时（　　） A．加速度更大 B．运动时间更长 C．动能增量更大 D．电势能增量与沿a轨迹运动时相同 课堂练习 04 D 课堂练习 04 CD．静电力做功为W=qEy 所以两次静电力做功相同，电势能的增量相同，由能量守恒定律可知，两次动能的增量相同，故C错误，D正确。 故选D。 5．某示波器在XX’、YY’不加偏转电压时光斑位于屏幕中心，现施加给其加如图（1）、（2）所示偏转电压，则在光屏上将会看到下列哪个图形（圆为荧光屏，虚线为光屏坐标）（　　） 课堂练习 05 C 课堂练习 05 【答案】C 【详解】由图1可知，Y方向先加正向减小后反向增大的电压，则电子先向+Y方向偏转，偏转距离逐渐减小，然后向-Y方向偏转，偏转距离逐渐变大，即电子在Y方向形成亮线；由图2可知，X方向加正向电压，则电子将向+X方向偏转，且沿+X方向的偏转距离相同；故电子在示波器上形成一条偏向+X方向平行Y轴的直线，故C正确，ABD错误； 故选C。 谢谢聆听 $$