10.5 带电粒子在电场中的运动-【悟理创课】2025-2026学年高二物理同步精品备课（人教版2019必修第三册）

第5节 带电粒子在电场中的运动 ——身正心定 闳中博学—— 人教版（2019） 物理（选择性必修第一册） 张二朝 第十章 静电场中的能量 学习目标 1．会从运动和力的关系的角度、从功和能量变化的关系的角度分析带电粒子在匀强电场中的加速问题。 2．知道带电粒子垂直于电场线进入匀强电场运动的特点，并能对偏移距离、偏转角度、离开电场时的速度等物理量进行分析与计算。 3．了解示波管的基本结构和工作原理. 课堂引入 ——走近粒子加速器 探索微观世界的奥秘 课堂引入 电子被加速器加速后轰击重金属靶时，会产生射线，可用于放射治疗。原子物理、核物理等领域，带电粒子被加速成高能粒子，轰击原子、原子核，帮助人类认识物质微观结构。 电子在加速器中是收到什么力的作用而加速的呢？ 一、带电粒子在电场中的加速 1.电场中的带电粒子 (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。 一、带电粒子在电场中的加速 例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 1.电子受到几个力的作用，方向哪个方向？ 2.电子做什么运动？ 3.可以用几种办法求解电子穿出时的速度？ 一、带电粒子在电场中的加速 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 如两极板间不是匀强电场该用何种方法求解？为什么？ 一、带电粒子在电场中的加速 例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？ u U O -u 甲 乙 一、带电粒子在电场中的加速 解：设电子进入第n个圆筒后的速度为v， 根据动能定理有： ∴ 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： 二、带电粒子在电场中的偏转 如图，一电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？ - + U 一个电子沿平行于板面的方向以速度射入两极板之间，受向下的电场力，做匀加速曲线运动 二、带电粒子在电场中的偏转 l - - - - - - - - - - + + + + + + + + + + + q、m 侧移 F + 类平抛运动 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 （忽略重力和阻力） + v0 v v0 vy ) θ 速度偏转角 y ) α 位移偏转角 U d 二、带电粒子在电场中的偏转 加速度： 时间： 竖直速度： 速度偏转角： O M N （vo、 ） v、 a、 t、 ) θ 中点 侧移： x 位移偏转角： 若仅求射出速度的大小，也可考虑用动能定理计算。 二、带电粒子在电场中先加速后偏转 U1 + - 偏转角： 侧移： 初速度： O M N ) θ 由动能定理得： 加速度： 时间： 结论：不同带电粒子由静止经同一电场加速，再垂直进入同一偏转电场，它们飞出的侧移量y和偏转角θ都是相同的，也就是说运动轨迹是完全重合的，与m、q无关，但与电性有关。 若粒子是从静止经过电场加速电压U1加速后进入偏转电场U2发生侧移y；离开电场后，打在荧光屏上形成光斑，光斑距荧光屏中心的距离Y。请结合前面结论，推出y与Y的表达式。 二、带电粒子在电场中先加速后偏转 d L/2 y v0 -q v v0 v⊥ + + + + + + - - - - - L Y X U2 荧光屏 光斑 U1 - θ θ d L/2 y v0 -q v v0 v⊥ + + + + + + - - - - - L Y X U2 荧光屏 光斑 U1 - θ θ ① ③ ② ④ 二、带电粒子在电场中先加速后偏转 二、带电粒子在电场中的偏转 二、带电粒子在电场中的偏转 三、示波管的原理 示波器是一种用途十分广泛的电子测量仪器。它能把肉眼看不见的电信号变换成看得见的图像，便于人们研究各种电现象的变化过程。示波器利用狭窄的、由高速电子组成的电子束，打在涂有荧光物质的屏面上，就可产生细小的光点。示波器的核心部件是示波管。 在被测信号的作用下，电子束就好像一支笔的笔尖，可以在屏面上描绘出被测信号的瞬时值的变化曲线。 三、示波管的原理 观察下图说出示波管的构造以及原理 - + Xˊ Xˊ X X Y Yˊ Yˊ Y 电子枪 偏转电极 荧光屏 三、示波管的原理 1.如果在电极 XXˊ 之间不加电压，而在 YYˊ 之间也不加电压，电子将打在荧光屏的什么位置？ - + Xˊ Xˊ X X Y Yˊ Yˊ Y 电子枪 偏转电极 荧光屏 三、示波管的原理 2.如果在电极 XXˊ 之间不加电压，而在 YYˊ 之间加不变电压，使Y 的电势比 Yˊ 高，电子将打在荧光屏的什么位置？ - + Xˊ Xˊ X X Y Yˊ Yˊ Y 电子枪 偏转电极 荧光屏 三、示波管的原理 3.如果在电极 XXˊ 之间不加电压，而在 YYˊ 之间加不变电压，使 Y ˊ 的电势比Y 高，电子将打在荧光屏的什么位置？ - + Xˊ Xˊ X X Y Yˊ Yˊ Y 电子枪 偏转电极 荧光屏 三、示波管的原理 - + Xˊ Xˊ X X Y Yˊ Yˊ Y 电子枪 偏转电极 荧光屏 4.如果在电极 YYˊ 之间不加电压，而在 XXˊ 之间加不变电压，使 X 的电势比 Xˊ 高，电子将打在荧光屏的什么位置？ 三、示波管的原理 - + Xˊ Xˊ X X Y Yˊ Yˊ Y 电子枪 偏转电极 荧光屏 5.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？ 三、示波管的原理 6.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。 三、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 三、示波管的原理 7.如果在 YYˊ 之间加如图所示的交变电压，同时在 XXˊ 之间加锯齿形扫描电压，在荧光屏上会看到什么图形？ A B C D F A B C t1 D E F t2 Xˊ X Y Yˊ t O UY UX O t A B C D E E F t2 t1 t2 t1 三、示波管的原理 如图所示的示波管，如果在YY ´之间加如图所示的交变电压，同时在XX ´之间加如图所示的锯齿形电压，使X的电势比X ´高，在荧光屏上会看到什么图形？ 三、示波管的原理 1.(多选）如图所示，有两个相同的带电粒子A、B，分别从平行板间左侧中点和贴近上极板左端处以不同的初速度垂直于电场方向进入电场，它们恰好都打在下极板右端处的C点，若不计重力，则可以断定 （　　） A．A粒子的初动能是B粒子的2倍 B．A粒子在C点的偏向角的正弦值是B粒子的2倍 C．A、B两粒子到达C点时的动能可能相同 D．如果仅将加在两极板间的电压加倍，A、B两粒子到达下极板时仍为同一点D（图中未画出） ACD 课堂小练 课堂小结 示波管 加速 偏转 应用 再 见 ——身正心定 闳中博学—— Lavf57.62.100 Lavf59.23.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 Lavf58.20.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 $$