【課件】 帶電粒子在電場中的運(yùn)動(dòng) 課件 -2021-2022學(xué)年高二上學(xué)期物理人教版（2019）必修第三冊

1、10.5.1 帶電粒子在電場中的運(yùn)動(dòng)帶電粒子在電場中的二類基本運(yùn)動(dòng)：一、帶電粒子在電場中的直線加速二、帶電粒子在電場中的偏轉(zhuǎn)3、帶電粒子：是否考慮重力，要根據(jù)題目暗示或運(yùn)動(dòng)狀態(tài)來判定.注：帶電粒子所受重力一般遠(yuǎn)小于電場力，一般都不考慮重力【但并不能忽略質(zhì)量】2、帶電小球、液滴、油滴、塵埃等. 注意：無論帶電顆粒的重力是否忽略，帶電顆粒的質(zhì)量都不能忽略1、基本粒子：如電子、質(zhì)子、粒子，正負(fù)離子等.注：一般都考慮重力(有說明或暗示除外).一、帶電物體的受力分析【例題1】（多選）如圖所示，平行板電容器的兩個(gè)極板與水平地面成一角度，兩極板與一直流電源相連。若一帶電粒子恰能沿圖中所示水平直線通過電容器，

2、則在此過程中，該粒子（ ）A.所受重力與靜電力平衡B.電勢能逐漸增加C.動(dòng)能逐漸增加D.做勻變速直線運(yùn)動(dòng)BD重力是否考慮的判斷【變式訓(xùn)練】如圖所示，兩塊長均為L的平行金屬板M、N與水平面成角放置在同一豎直平面，充電后板間有勻強(qiáng)電場。一個(gè)質(zhì)量為m、帶電量為q的液滴沿垂直于電場線方向射入電場，并沿虛線通過電場。下列判斷中正確的是( )A.電場強(qiáng)度的大小Emgcos/q B.電場強(qiáng)度的大小Emgtan/qC.液滴離開電場時(shí)的動(dòng)能增量為-mgLtanD.液滴離開電場時(shí)的動(dòng)能增量為-mgLsin AD答案：(1)微粒受重力和電場力的合力作用，沿AB做勻減速直線運(yùn)動(dòng)(2)E=1.7104N/C,方向水平向

3、左(3)V=2.8m/s【變式訓(xùn)練】一個(gè)帶正電的微粒，從A點(diǎn)射入水平方向的勻強(qiáng)電場中，微粒沿直線AB運(yùn)動(dòng)，如圖，AB與電場線夾角=30，已知帶電微粒的質(zhì)量m=1.010-7kg，電量q=1.010-10C，A、B相距L=20cm.（取g=10m/s，結(jié)果保留二位有效數(shù)字）求（1）說明微粒在電場中運(yùn)動(dòng)的性質(zhì)，要求說明理由. （2）電場強(qiáng)度的大小和方向（3）要使微粒從A點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)，微粒射入電場時(shí)的最小速度是多少1、動(dòng)力學(xué)觀點(diǎn)： 【例題1】在加上電壓U并處于真空中相距d的平行金屬板間有一正電荷q, 質(zhì)量為m,只在電場力作用下從靜止釋放，求(1)到達(dá)B板的速度多大？(2)到達(dá)B板的動(dòng)能多大？二、帶電

4、粒子的直線加速2、功能觀點(diǎn)： 帶電粒子在勻強(qiáng)電場中作勻變速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，只要不涉及加速度和時(shí)間的問題，用功能觀點(diǎn)解決問題更簡便。(非勻強(qiáng)電場中只能用功能觀點(diǎn)求解） 如果帶電粒子初速度為v0,則 相同帶電粒子不同加速電壓U， v正比于加速電壓的平方根相同加速電壓U，不同帶電粒子， v正比于粒子的荷質(zhì)比的平方根（2）靜止開始加速的帶電粒子末速度v與加速電壓U和粒子的荷質(zhì)比q/m有關(guān)，與極板間距離d無關(guān)（1）靜止開始加速的帶電粒子末動(dòng)能EK=qU,等于加速電壓U和粒子的電荷量q的乘積，與極板間距離d無關(guān)和粒子質(zhì)量m無關(guān)1.末動(dòng)能和末速度的決定因素2、下列粒子由靜止經(jīng)加速電壓為U的電場加速后， 哪種粒子

5、速度最大 （ ） A、質(zhì)子 B、電子 C、氘核 D、氦核1、下列粒子由靜止經(jīng)加速電壓為U的電場加速后，哪種粒子動(dòng)能最大 （ ） A、質(zhì)子 B、電子 C、氘核 D、氦核DB練一練3、如圖所示，M、N是在真空中豎直放置的兩塊平行金屬板，質(zhì)量為m、電量為+q的帶電粒子，以極小的初速度由小孔進(jìn)入電場，當(dāng)M、N間電壓為U時(shí)，粒子到達(dá)N板的速度為v，如果要使這個(gè)帶電粒子到達(dá)N板的速度為2v ，則下述方法能滿足要求的是 （ ）A、和電源連接，使M、N間距離變?yōu)?倍B、和電源連接，使M、N間距離變?yōu)?倍 C、斷開電源，使M、N間距離變?yōu)?倍 D、斷開電源使，使M、N間距離變?yōu)?倍C【例題】如圖所示，在P板附近

6、有一電子由靜止開始向Q板運(yùn)動(dòng)，則關(guān)于電子在兩板間的運(yùn)動(dòng)情況，下列敘述正確的是：( )A.兩板間距越大，加速的時(shí)間越長B.兩板間距離越小，加速度就越大，則電子到達(dá)Q板時(shí)的速度就越大C.電子到達(dá)Q板時(shí)的速度與板間距離無關(guān)，僅與加速電壓有關(guān)D.電子的加速度和末速度都與板間距離無關(guān)UPQFAC【變式訓(xùn)練】兩平行金屬板相距為d，電勢差為U，一電子質(zhì)量為m，電荷量為e，從O點(diǎn)沿垂直于極板的方向射入，最遠(yuǎn)到達(dá)A點(diǎn)，然后返回，如圖9所示，OAL，則此電子具有的初動(dòng)能是（ ）D北京正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)的直線加速器 直線加速器示意圖由于靜電平衡可知金屬圓筒內(nèi)電場強(qiáng)度為零，粒子在圓筒內(nèi)作勻速，在筒壁之間作勻加速因?yàn)榻蛔冸?/p>

7、壓的變化周期不變。粒子在每個(gè)金屬圓筒中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間相等。【例題2】如圖甲.位于和偶數(shù)圓筒相連的金屬圓板（序號(hào)為0）中央的一個(gè)電子，在圓板和圓筒1之間的電場中由靜止開始加速，沿中心軸線沖進(jìn)圓筒1。為使電子在各金屬圓筒間隙中都能恰好不斷加速，圓筒長度的設(shè)計(jì)必須遵照一定的規(guī)律。若已知電子的質(zhì)量為m、電子電荷量為e、電壓的絕對(duì)值為u，周期為T，電子通過圓筒間隙的時(shí)間可以忽略不計(jì)。則金屬圓筒的長度和它的序號(hào)之間有什么定量關(guān)系?第n個(gè)金屬圓筒的長度應(yīng)該是多少? ld- - - - - - - - - - - + + + + + + + + + Uv0q、mF+vv0vyy偏轉(zhuǎn)角（偏向角）偏移距離（側(cè)移距離或

8、側(cè)移量）如圖一帶電粒子以垂直勻強(qiáng)電場的場強(qiáng)方向以初速度v0射入電場，若不計(jì)粒子的重力，帶電粒子將做什么運(yùn)動(dòng)？三、帶電粒子的偏轉(zhuǎn)+（2）運(yùn)動(dòng)性質(zhì) 帶電粒子以初速度v0垂直進(jìn)入平行板產(chǎn)生的勻強(qiáng)電場中，受到與初速度 方向垂直的靜電力的作用做勻變速曲線運(yùn)動(dòng)，是類平拋運(yùn)動(dòng)。 垂直電場方向上不受力，做勻速直線運(yùn)動(dòng)。 沿電場方向，受靜電力做初速度為0的勻加速直線運(yùn)動(dòng)。1.帶電粒子在勻強(qiáng)電場中偏轉(zhuǎn)的相關(guān)概念和動(dòng)力學(xué)分析（1）相關(guān)概念： 偏移量:某段時(shí)間內(nèi)沿電場或垂直初速度方向的位移。 速度偏轉(zhuǎn)角：某時(shí)刻速度與初速度方向的夾角。（3）運(yùn)動(dòng)規(guī)律：描述類平拋運(yùn)動(dòng)的結(jié)論和推論都可適用于帶電粒子的偏轉(zhuǎn)【例題3】如圖一帶

9、正電粒子以垂直勻強(qiáng)電場的場強(qiáng)方向以初速度v0射入電場，若不計(jì)粒子的重力，求（1）帶電粒子在電場中運(yùn)動(dòng)時(shí)間（2）偏移量（3）速度偏轉(zhuǎn)角？垂直電場方向：勻速直線運(yùn)動(dòng)沿電場方向：勻加速直線運(yùn)動(dòng)2.加速度:1.飛行時(shí)間:3.偏移距離:4.偏向角:與粒子比荷q/m成正比與粒子初速度v0平方成反比與電場的屬性U、l、d有關(guān)與粒子比荷q/m成正比與粒子初速度v0平方成反比與電場的屬性U、l、d有關(guān)（1）同一偏轉(zhuǎn)電場、不同帶電粒子、相同v0時(shí)： y 和 決定于荷質(zhì)比 q/m ，比荷相同則相同（無論m、q是否相同）。（2）同一偏轉(zhuǎn)電場、不同帶電粒子、相同EK0時(shí)： y 和 決定于電荷量 q，q 相同則相同（無論

10、 m 是否相同），2.偏移量和偏轉(zhuǎn)角結(jié)論【例題3】氘原子核(質(zhì)量為2m、電量為e)和氦原子核(質(zhì)量為4m、電量為2e)以相同的初動(dòng)能垂直射入同一偏轉(zhuǎn)電場中，離開電場后，它們的偏轉(zhuǎn)角正切之比為 ，側(cè)移之比為 。 若以相同的初速度垂直射入同一偏轉(zhuǎn)電場中，離開電場后，它們的偏轉(zhuǎn)角正切之比為 ，側(cè)移之比為 。1:21:21:11:1B【變式訓(xùn)練】a、b兩帶電粒子在同一位置沿相同方向垂直飛入偏轉(zhuǎn)電場，如圖所示。當(dāng)它們飛出電場時(shí),速度偏轉(zhuǎn)角分別為30和60，則它們的偏移量之比為（ ）【變式訓(xùn)練】三個(gè)電子在同一地點(diǎn)同時(shí)沿同一直線垂直飛入偏轉(zhuǎn)電場，如圖所示。則由此可判斷（ ） A、 b和c同時(shí)飛離電場 B、在

11、b飛離電場的瞬間，a剛好打在下極板上 C、進(jìn)入電場時(shí)，c速度最大，a速度最小 D、c的動(dòng)能增量最小，a和b的動(dòng)能增量一樣大 BCD1.若考慮帶電粒子的重力且重力方向與靜電力方向相同，軌跡還是拋物線嗎？為什么？是，因?yàn)橹亓εc靜電力在同一個(gè)方向，F(xiàn)合=mg+Eq，F(xiàn)合恒定且與初速度垂直，粒子仍做類平拋運(yùn)動(dòng)。2. 若帶電粒子的重力方向與靜電力方向相反，當(dāng)粒子垂直進(jìn)入勻強(qiáng)電場中時(shí)，軌跡可能是什么圖線？若mg=Eq，則粒子做勻速直線運(yùn)動(dòng)，軌跡是直線；若mg Eq ，則軌跡為拋物線。結(jié)論：不同帶電粒子由靜止經(jīng)同一電場加速，再垂直進(jìn)入同一偏轉(zhuǎn)電場，它們的側(cè)移量y和偏轉(zhuǎn)角都是相同的，與m、q的大小無關(guān)，但是運(yùn)

12、動(dòng)軌跡是否重合，要看電性是否相同。3.直線加速場、偏轉(zhuǎn)場組合的偏移量和偏轉(zhuǎn)角結(jié)論【例題4】如圖所示，氫離子、一價(jià)氦離子和二價(jià)氦離子（即粒子）的混合物經(jīng)過同一加速電場由靜止開始加速，然后在同一偏轉(zhuǎn)電場里偏轉(zhuǎn)，下列說法正確的是（ ） A.粒子的偏移量最大 B. 粒子的偏轉(zhuǎn)角最大 C. 三者的偏轉(zhuǎn)角相同，偏移量不同，軌跡不同 D. 三者的偏轉(zhuǎn)角相同，偏移量相同，軌跡相同U2U1 D【變式訓(xùn)練】(多選）如圖，電子在電勢差為U1的加速電場中由靜止開始加速，然后射入電勢差為U2的兩塊平行極板間的電場中，入射方向跟極板平行。整個(gè)裝置處在真空中，重力可忽略。在滿足電子能射出平行板區(qū)的條件下，下述四種情況中，一

13、定能使電子的偏轉(zhuǎn)角變大的是 （ ）A、U1變大、U2變大 B、U1變小、U2不變C、U1不變、U2變大 D、U1變小、U2變小BC4.直線加速場、偏轉(zhuǎn)場、熒光屏組合的偏移量（1）動(dòng)力學(xué)分析 加速場中：作靜止開始的勻加速直線運(yùn)動(dòng) 偏轉(zhuǎn)場中：垂直電場方向,作勻速直線；沿電場方向，V0=0的勻加速直線。 偏轉(zhuǎn)場和熒光屏之間：沿偏轉(zhuǎn)角方向作勻速直線運(yùn)動(dòng)，反向延長線經(jīng)過 偏轉(zhuǎn)場中心軸線的中點(diǎn)。（2）熒光屏上的偏移量【例題5】如圖所示，電荷量為e、質(zhì)量為m的電子經(jīng)電壓U1的電場加速，從兩極板中點(diǎn)進(jìn)入平行板電容器中，電子剛進(jìn)入兩極板時(shí)的速度跟電場線方向垂直.兩極板間的電勢差為U2，兩極板長為L1，間距為d.電子離開偏轉(zhuǎn)電場后做勻速直線運(yùn)動(dòng)，打在距極板為L2的熒光屏上的P點(diǎn).求：(1)