第4节 带电粒子在电场中的运动（教学课件）物理鲁科版必修第三册

第二章 电势能与电势差 第4节 鲁科版2019 高中物理必修三 带电粒子在电场中的运动 运动的研究方式 ①动力学方法 牛顿运动定律： ②能量的方法 动能定理： 能量守恒定律： 不管哪种方式都要先做好受力分析。 运动学规律公式： 一 带电粒子加速 思考与讨论 如图，带等量电荷的两平行金属板所产生的匀强电场，极板间电势差为U，两板间的距离为d，从正极板处由静止释放一质子，质子质量为m，带电量为q，求质子到达负极板时的速度大小。 d F 1 质子在电场中受到的静电力（电场力） ①动力学方法分析 2 质子在电场中的加速度a 3 匀变速运动规律（初速度为0） 4 质子到达负极板时的速度 微观粒子（电子、质子、离子等）在电场中受到的重力远小于静电力，一般不考虑。 思考与讨论 如图，带等量电荷的两平行金属板所产生的匀强电场，极板间电势差为U，两板间的距离为d，从正极板处由静止释放一质子，质子质量为m，带电量为q，求质子到达负极板时的速度大小。 d F ②能量方法分析 3 质子到达负极板时的速度 1 到达负极板时，静电力做的功 2 动能定理（初速度为0） 通过改变两极板间的电压即可使带电粒子获得更大的动能和速度。 一、带电粒子加速 1、带电粒子在电场中的直线加速运动 ①匀强电场 （初速度为0） ②非匀强电场 （初速度为0） 在研究原子等领域的问题时，科学家通过设计建造了能多次加速的直线加速器等，从而获得了更高能量的带电粒子。 一、带电粒子加速 例题分析 1、如图所示，某直线加速器由沿轴线分布的一系列金属圆管（漂移管 A、B、C、D、E）组成，质子从 K 点沿轴线进入加速器并依次向右穿过各漂移管，在漂移管内做匀速直线运动，在漂移管间被电场加速，加速电压视为不变。设质子进入漂移管 B 时速度为 8×106 m/s，进入漂移管 E 时速度为 1×107 m/s，漂移管间缝隙很小，质子的电荷量与质量之比为 1×108 C/kg。求相邻漂移管间的加速电压。 解：质子从漂移管B运动到漂移管E共被加速了3次，由动能定理可得 解得： 二 带电粒子在电场中的偏转 思考与讨论 1 粒子在电场中受竖直向下的静电力 F 如图，带等量电荷的两平行金属板所产生的匀强电场，极板间电势差为U，板长为l,板间距离为d，从两极板间垂直电场方向射入一带正电粒子，粒子质量为m，带电量为q，重力忽略不计。分析带电粒子在电场中的运动规律。 静电力为恒力，与初速度方向垂直： 2 粒子作类平抛运动 沿电场方向： 匀加速直线运动 垂直电场方向：匀速直线运动 思考与讨论 如图，带等量电荷的两平行金属板所产生的匀强电场，极板间电势差为U，板长为l,板间距离为d，从两极板间垂直电场方向射入一带正电粒子，粒子质量为m，带电量为q，重力忽略不计。分析带电粒子在电场中的运动规律。 垂直电场方向：匀速直线运动 3 若粒子能离开极板，则在极板间的时间： 沿电场方向：匀加速直线运动 4 离开电场时的偏转角度的正切： 5 二 、带电粒子偏转 1、运动性质： 类平抛运动 2、加速度： 平行电场方向 3、离开电场： ①时间： ②偏移量： ③偏移角度： 二 、带电粒子偏转 4、典型应用： 示波器 工作原理： 当竖直、水平偏转板都未加电压时，电子束从电子枪发出后沿直线运动，在荧光屏上产生一个亮斑。 如果竖直偏转板加电压，水平偏转板不加电压，电子束经过竖直偏转板时受到竖直方向电场力的作用而发生偏转，使打在荧光屏上的亮斑在竖直方向发生偏移。 同样的道理，如果水平偏转板加电压，竖直偏转板不加电压，打在荧光屏上的亮斑则在水平方向发生偏移。 示波管在实际工作时，竖直偏转极板间和水平偏转极板间都加上电压，打在荧光屏上的亮斑既能在竖直方向上偏移，也能在水平方向上偏移，亮斑的运动就是在竖直和水平两个方向上运动的合运动。 例题分析 2、一束电子流经U = 1500 V 的加速电压加速后，在距两平行板等距离处进入平行板间的匀强电场，入射方向与极板平行，如图所示。若两板间距 d = 2.0 cm，板长 l = 5.0 cm，那么，要使电子能从平行板间飞出，两个极板间最多能加多大电压？ 加速电压固定时，偏转电压越大，偏移量越大。 设偏转电场极板最大电压为Umax 电子在加速电场加速由动能定理得： ① 平行极板方向 ② 在偏转电场： 垂直极板方向加速度 ③ 偏移量 ④ 联立①②③④得： 例题分析 3、真空中有一电子以速度v沿着与电场强度垂直的方向自O点进入匀强电场。以O点为坐标原点建立平面直角坐标系，x轴垂直于电场方向，y轴平行于电场方向，在x轴上取OA=AB=BC，分别自A、B、C点作y轴平行线，跟电子径迹交于M、N、P三点，求： （1）电子经M、N、P三点时，沿y轴的分速度之比； （2）电子从O点开始每经过相等时间的动能增量之比。 - + A B C M N P x y O v 水平方向匀速，OA=AB=BC，三段时间相等 速度竖直分量： 位移竖直分量： 由U=Ey eU=△Ek得： 即从O点开始每经过相等时间的动能增量之比： 作业 $$