10.5带电粒子在电场中的运动 课件 -2024-2025学年高二上学期物理人教版（2019）必修第三册

10.5.带电粒子在电场中的运动 关于重力是否考虑的问题 题目未明确的情况下: 2.带电颗粒(如液滴、尘埃、小球等)，重力一般不能忽略. 讨论: 重力远小于静电力（但不能忽略质量） 1.基本粒子[如电子( )、质子( )、等]重力一般忽略. 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. １、动力学方法： 一、带电粒子在电场中的加速 A B U d E + F v 例：真空中有一对平行金属板，两板间的电势差为U, 若质量为m，电量为q粒子由静止开始从正极板向负极板运动，计算它到达负极板时的速度。 2、动能定理： 只适用于匀强电场 也适用于 非匀强电场 例1.如图 甲，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？ 多级直线加速器示意图 U 0 u0 -u0 t T 2T ~U ＋ － 金属圆筒 金属圆筒的作用： 由于金属导体的静电屏蔽作用，会使金属圆筒内部的电场强度等于0，电子在各个金属圆筒内部都不受静电力的作用，它在圆筒内的运动是匀速直线运动。 极板 极板的作用： 电子在极板间加速 多级直线加速器示意图 U 0 u0 -u0 t T 2T ~U ＋ － 金属圆筒 极板 电子只有在极板之间被加速，射入金属圆筒后，电子做匀速直线运动，每次运动到圆筒右侧极板时，电压方向反向，电子都会被再次被加速，以更大的速度进入下一圆筒内，继续做匀速直线运动；多次重复这一加速过程，电子最终获得较大的速度。 二.带电粒子的偏转 v0 L d + + + + + + - - - - - - -q θ v y F 分析方法 沿初速度方向: 匀速直线运动 沿电场线方向: 初速度为零的匀加速直线运动 U 类平抛运动 v0 vy 偏转角 偏转距离 v0 L d + + + + + + - - - - - - -q θ v v0 vy y F 1.偏移距离 2.偏转角 U 1、作用：观察电信号随时间变化的情况 2、组成：示波管（内部是真空的）、电子枪、偏转电极和荧光屏组成。 电子枪 偏转电极 - + 荧光屏 Y Y’ X X’ Y Y’ X X’ 三、示波器 （1）、如果在电极XX’之间不加电压，而在YY’之间加不变电压，使Y的电势比Y’高，电子将打在荧光屏的什么位置？ 电子沿Y方向向上偏移 如果在 XXˊ 之间不加电压，而在 YYˊ 之间加按图示的规律变化的电压，在荧光屏会看到的什么样的图形？ Xˊ X Y Yˊ UY t O Yˊ 随信号电压同步变化，但由于视觉暂留和荧光物质的残光特性，只能看到一条竖直的亮线。 （2）、如果在电极YY’之间不加电压，但在XX’之间加不变电压，使X的电势比X’高，电子将打在荧光屏的什么位置？ 电子沿X方向向里偏移 （3）、如果在电极YY’之间加不变电压，使Y的电势比Y’高，在XX’之间加不变电压，使X的电势比X’高，电子将打在荧光屏的什么位置？ 电子沿X方向向里偏移 电子沿Y方向向上偏移 - A B L d + + + + + + - - - - - - U2 【拓展1】 先加速 后偏转 类平抛运动末速度反向延长线交于水平位移的中点。 y v v0 vy θ y和tanθ与q、m无关，故不同的粒子经过相同的加速电场和相同的偏转电场时轨迹相同。 【拓展2】 先加速 后偏转 再匀速 d L/2 y v0 -q v v0 vy θ θ + + + + + + - - - - - L Y X U2 荧光屏 光斑 U1 方法一： 方法三： 方法二： 方法四： 小结: 一、带电粒子在电场中的加速 从动力学和运动学角度分析 从做功和能量的角度分析 二、带电粒子在电场中的偏转 类似平抛运动的分析方法 粒子在沿初速度方向上: 匀速直线运动 粒子在沿电场线方向上: 初速度为零的匀加速运动　 三、示波管原理 Lavf59.23.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 $$