高中物理人教版选修《3-1》第一章第9节《带电粒子在电场中的运动》

9.带电粒子在电场中的运动 摘要:带电粒子在电场中受到静电力的作用，因此要产生加速度，速度的大小和方向都可能发生变化。现代科技中，常利用电场来改变和控制粒子的运动。当带电粒子受力方向与初速度同向时，可使粒子加速；当电场力与初速度垂直是就会做类平抛运动而偏转。 关键词：带电粒子的加速 带电粒子的偏转 示波管的原理 教学目标： （1）学习运用静电力、电场强度等概念研究带电粒子在电场中运动时的加速度、速度和位移等物理量的变化。 （2）学习运用静电力做功、电势、电势差、等势面等概念研究带电粒子在电场中运动时的能量转化。 （3）了解示波器的工作原理，体会静电场知识对科学技术的影响。 1.带电粒子的加速 如图1.9-1所示，在真空中有一对平行金属板，接上电压为U的电池组，在它们之间建立匀强电场。设一个正电荷穿过正极板上的小孔进入电场，在电场中被加速，到达负极板时从负极板上正对的小孔穿出，正电荷穿出的速度是多大？这个问题我们可以用两种方法来解决。一种办法是利用能量守恒的原理，电荷从从正极板飞到负极板，电势能减少了 ,这些电势能全部变成了粒子的动能。所以 ， 。 因为带电粒子在匀强电场中作的是匀变速运动，因此我们也可以用牛顿运动定律来解决这个问题。两极板间的电场强度 ，粒子受的电场力 ，粒子的加速度 ，末速度 。 2.带电粒子的偏转 如果带电粒子在匀强电场中有一个不平行于电场方向的速度，那么它的运动方向将发生偏转。我们先研究一种比较简单而且典型的情况。 如图1.9-2所示，两平行板长 ，相距 ，板间电压为U,质量为 、带电为 的粒子以平行于板的速度 从两板中间飞入电场，粒子在电场中做的是类似于平抛的匀变速运动，它在x方向上做匀速运动，在y方向上做初速度为零的匀加速运动。它在电场中运动的时间 忽略粒子的重力，它的加速度 它飞出电场时在y方向上的位移 它飞出电场时在y方向上的位移 它飞出电场时的速度 与x的方向的夹角 如果带电粒子的初速度不平行与电场，也不垂直于电场，那么它将在匀强电场中类似与斜抛运动的匀变速运动。 3.示波管的原理 （1）示波管（可以用来观察电信号随时间变化的情况）， 电子枪：产生高速飞行的一束电子。 偏转电极：使电子发生偏转。 荧光屏： 如果在偏转电极 之间和偏转电极 之间都没有加电压，电子束从电子枪射出后沿直线传播，打在荧光屏中心，在哪里形成一个亮斑。 现象：（1