2.4 带电粒子在电场中的运动 课件 -2024-2025学年高二上学期物理鲁科版（2019）必修第三册

第2章　电势能与电势差 第4节　带电粒子在电场中的运动 1 ★研究带电粒子运动的主要工具： 电场力 加速度 电场力的功 动能定理 F=qE a=F/m W=qU 电场中的带电粒子一般可分为两类： 1、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，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。除有说明或明确暗示外,一般都考虑重力。 粒子的运动像重力场中的什么运动？ E +q 不计粒子重力 F=qE V0 =0 自由落体，你答对了  粒子的运动像重力场中的什么运动？ V0 F=qE 不计粒子重力 -q 上抛运动，你答对了  E 粒子的运动象重力场中的什么运动？ E F=qE +q V0 不 计 粒 子 重 力 平抛运动，你答对了  要点提示 带电粒子在匀强电场中的运动 (一)带电粒子的加速 (二)带电粒子的偏转 (三)示波管的原理 下 面 我 们 来 研 究 电 场 对 带 电 粒 子 的 加 速 问 题 方法1： 从动力学和运动学角度分析粒子被加速 动力学： F=qE a=F/m 运动学： U + - m q d 9 方法２： 从做功和能量的角度分析粒子被加速 粒子只受到电场力，只有电场力做功 还有问题：如果不是匀强电场，上面公式是否适用？ 由于电场力做功与场强是否匀强无关，与运动路径也无关，上面公式仍适用！ 显然，用功能关系解题简便！！ U + - m q d 结论：由于电场力做功与场强是否匀强无关，与运动路径也无关，所以在处理电场对带电粒子的加速问题时，一般都是利用动能定理进行处理。 解：电荷量为e的电子从金属丝移动到金属板。两处的电势差为U，电势能变化（减少）为e U.电势能的变化全部转化为电子的动能。 例1：实验表明，炽热的金属丝可以发射电子。在炽热金属丝和金属板间加以电压U=2500V，从炽热金属丝发射出的电子在真空中被加速后，从金属板的小孔穿出。电子射出后的速度有多大？设电子刚从金属丝射出时的速度为零。 下面我们来研究 电场对带电粒子的 偏转问题 不计重力，初速度垂直于电场方向飞入匀强电场 处理方法： １）粒子在与电场垂直的方向上做 　　匀速直线运动 ２）粒子在与电场平行的方向上做 　　初速度为零的匀加速直线运动　 类似平抛运动的分析方法 l + + + + + + - - - - - - -q v v0 vy y d Ｕ vx v0 X= v0 t t= = vy = at y= v0 F = α = tan α s s 离开电场时偏移量: 离开电场时偏转角: 在电场中飞行时间: 例2： 一电子水平射入如图所示的电场中，射入时的速度V0.两极板的长度为L，两极板相距d，极板间电压为U.求电子离开电场时速度偏转角φ的正切值。 φ v0 -q m U + + + + + + - - - - - - d L F vt v0 vy y 电子离开电场时沿电场方向的分速度为Vy， 离开电场时的偏转角度为 15 结论：带电粒子以初速度垂直于电场方向飞入匀强电场的问题就是一个类平抛的问题。 ★粒子在与电场垂直的方向上做匀速直线运动 ★粒子在与电场平行的方向上做初速度为零的匀加速直线运动　 下面看看加速和偏转一体的问题 例3：如图所示，有一电子(电量为e、质量为m)经电压U1加速后，沿平行金属板A、B中心线进入两板，A、B板间距为d、长度为l， A、B板间电压为U2，屏CD足够大，距离A、B板右边缘2l，AB板的中心线过屏CD的中心且与屏CD垂直。试求电子束打在屏上的位置到屏中心间的距离。 对加速过程由动能定理： 解析 d U l U 1 2 2 = 电子离开电场，就好像从中点沿直线离开的： q tan ) 2 2 ( l l Y + = d U l U 1 2 2 4 = 5 θ Y U2 17 示波管的原理 1、示波器的作用： 观察电信号随时间变化的情况 2、示波管的结构： 由电子枪、偏转电极和荧光屏组成 3、示波管的原理 产生高速 飞行的电子束 待显示的信号电压 锯齿形 扫描电压 使电子沿 Y方向偏移 使电子沿 x方向偏移 20 例4：(多选)示波管的构造如图所示．如果在荧光屏上P点出现亮斑，那么示波管中的(　　) A．极板X应带正电 B．极板X′应带正电 C．极板Y应带正电 D．极板Y′应带正电 答案　AC 解析　根据亮斑的位置，电子偏向XY区间，说明电子受到电场力作用发生了偏转，因此极板X、极板Y均应带正电． 课堂小结： 一、利用电场使带电粒子加速 二、利用电场使带电粒子偏转 从动力学和运动学角度分析 从做功和能量的角度分析 类似平抛运动的分析方法 粒子在与电场垂直的方向上做 匀速直线运动 粒子在与电场平行的方向上做 初速度为零的匀加速直线运动　 Lavf57.41.100 $$