第二节 带电粒子在电场中的运动（教学课件）物理粤教版2019必修第三册

第二节 带电粒子在电场中的运动 粤教版（2019）高中物理必修第三册 第二章 静电场的应用 @HY 复习回顾 在电场中加速 在电场中偏转 示波器 （1）牛顿第二定律表达式: （2）动能定理的表达式是什么? （3）平抛运动的两个分运动分别是什么？ （4）物体做直线运动的条件是？ 物体做曲线运动的条件是？ 复习回顾 在电场中加速 在电场中偏转 示波器 A B U d E + F v 如图，在加上电压U并处于真空中相距d的平行金属板间有一正电荷q, 质量为m,只在电场力作用下由静止开始从正极板A向负极板B运动，电荷将做什么运动？到达B板的速度多大？ 复习回顾 在电场中加速 在电场中偏转 示波器 例题1：粒子质量为，带电量为，极板间距为，电压为，求粒子到达右侧极板时的速度。 解： 匀强电场： 位移： 根据： 得： 方法一：运动学 复杂，且只适用于匀强电场 方法二：动能定理 电场力做功： 得： 简单，适用于任何电场 带电粒子的加速 A B U d E + F v 【典例1】如图所示，在P板附近有一电子由静止开始向Q板运动。已知两极板间电势差为U，板间距为d，电子质量为m、带电荷量为e。则关于电子在两板间的运动情况，下列叙述正确的是(　　) A．若将板间距d增大一倍，则电子到达Q板的速率保持不变 B．若将板间距d增大一倍，则电子到达Q板的速率也增大一倍 C．若将两极板间电势差U增大一倍，则电子到达Q板 的时间保持不变 D．若将两极板间电势差U增大一倍，则电子到达Q板 的时间减为原来的一半 A A　[由动能定理有eU＝mv2，得v＝，可见电子到达Q板的速率与板间距离d无关，故A正确，B错误；两极板间为匀强电场，E＝，电子的加速度a＝，由运动学公式d＝at2得t＝，若两极板间电势差增大一倍，则电子到达Q板的时间减为原来的 ，故C、D错误。] 复习回顾 在电场中加速 在电场中偏转 示波器 【问题提出】如图，一带电粒子以垂直匀强电场的场强方向以初速度v0射入电场，若不计粒子的重力，带电粒子将做什么运动？ 1.受力分析： 仅受竖直向下的电场力 做类平抛运动 2.运动分析： v0 q、m L d - - - - - - - - - - + + + + + + + + + U + + 垂直电场方向：匀速直线运动 沿电场方向：初速度为零的匀加速直线运动 L d + - - - - - - - - - - - - - + + + + + + + + + + + U v0 q、m F + v v0 vy y θ 偏转角（偏向角） 偏移距离（侧移距离或侧移量） 如图，粒子以初速度v0射入电场，求射出电场时沿垂直于板面方向偏移的距离y和速度偏转的角度θ正切值。 复习回顾 在电场中加速 在电场中偏转 示波器 L d - - - - - - - - + + + + + + + + + U v0 q、m + + vy θ v v0 y 1.飞行时间： 2.加速度： 4.竖直分速度： 5.速度偏转角： 3.竖直分位移： 复习回顾 在电场中加速 在电场中偏转 示波器 复习回顾 在电场中加速 在电场中偏转 示波器 电子枪 偏转电极 - + 荧光屏 Y Y’ X X’ Y Y’ X X’ 1、作用：观察电信号随时间变化的情况 2、结构：主要由电子枪、偏转系统和光屏三部分组成。 3、基本原理：带电粒子在电场力的作用下加速和偏转。 加速电压 电子枪 偏转电极 亮斑 亮斑 荧光屏 电子枪 产生高速飞行的电子束 加速电压 两端加待显示的电压信号， 使电子沿方向偏移。 锯齿形扫描电压， 使电子沿方向偏移。 示波管的构造 示波管的原理 - + Xˊ Xˊ X X Y Yˊ Yˊ Y 电子枪 偏转电极 荧光屏 如果在电极 YYˊ 之间不加电压，而在 XXˊ 之间加不变电压，使 X ˊ 的电势比 X 高，电子将打在荧光屏的什么位置？ 示波管的原理 示波管的原理 UX t 扫描电压 总结：若 XXˊ 所加的电压为特定的周期性变化电压，则亮斑在水平方向来回运动一一扫描，如果扫描电压变化很快，亮斑看起来为一条水平的亮线。 示波器图象 O Xˊ X Y Yˊ 示波管的原理 示波管的原理 如果信号电压是周期性的，并且扫描电压与信号电压的周期相同，就可以在荧光屏上得到待测信号在一个周期内随时间变化的稳定图象。 示波器图象 t O UY UX O t Xˊ X Y Yˊ 示波管的原理 示波管的原理 【典例2】如图所示是一个示波管工作的原理图，电子经过加速后以速度v0垂直进入偏转电场，离开电场时偏转量是h，两个平行板间距离为d，电势差为U，板长为l，每单位电压引起的偏转量()叫示波管的灵敏度，若要提高其灵敏度。可采用下列哪种办法(　　) A．增大两极板间的电压 B．尽可能使板长l做得短些 C．尽可能使板间距离d减小些 D．使电子入射速度v0大些 C C　[在水平方向电子做匀速直线运动，有l＝v0t，竖直方向上电子做匀加速运动，故有h＝at2＝，则 ，可知选项C正确。] 【典例3】如图所示为两组平行金属板，一组竖直放置，一组水平放置，今有一质量为m的电子(电荷量为e)静止在竖直放置的平行金属板的A点，经电压U0加速后通过B点进入两间距为d、电压为U的水平放置的平行金属板间，若电子从两块水平平行板的正中间射入，且最后电子刚好能从右侧的两块平行金属板穿出，A、B分别为两块竖直板的中点，不计电子重力，求： (1)电子通过B点时的速度大小； (2)右侧平行金属板的长度； (3)电子穿出右侧平行金属板时的动能。 [解析]　(1)设电子出B孔时速度为v0，由动能定理得eU0＝ 解得v0＝。 (2)电子进入电压为U的偏转电场中做类平抛运动 竖直方向：d＝at2，a＝ 水平方向：l＝v0t 解得l＝＝d 。 (3)在右侧的平行板中，电子初、末位置电势差为 ，穿出电场时的动能设为Ek，由动能定理得 eU＝ 所以Ek＝＝e。 [答案]　(1)　(2)d　(3)e $$