24帶電粒子在電場中的運(yùn)動(dòng)課件高二上學(xué)期物理

第4節(jié)

帶電粒子在電場中的運(yùn)動(dòng)制作：沈雄斌授課：東山二中高二物理組高中物理必修三研究原子等領(lǐng)域的問題時(shí)，科學(xué)家設(shè)計(jì)建造了能多次加速的直線加速器等，從而獲得了更高能量的帶電粒子。

電子被加速器加速后轟擊重金屬靶時(shí)，會(huì)產(chǎn)生射線，可用于放射治療。電子在加速器中是受到什么力作用而加速的呢?新課引入二、帶電粒子的加速（與d無關(guān)）

2.運(yùn)動(dòng)時(shí)間t

延伸思考高中物理必修第三冊思考：若兩極板間不是勻強(qiáng)電場，該用何種方法求解？若粒子的初速度為零,則:若粒子的初速度不為零,則:能量觀點(diǎn)——?jiǎng)幽芏ɡ硖岢鲂聠栴}高中物理必修第三冊多級直線加速器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)？提出新問題高中物理必修第三冊問題：將多級平行板按圖示連接，能否加速粒子？U＋＋＋－－－ABCDEF怎么辦？多級直線加速器高中物理必修第三冊多級直線加速器示意圖U~＋－因交變電壓的變化周期相同，故粒子在每一級加速器中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間相等。U0u0-u0tT2Tt多級直線加速器原理1、間隙做加速運(yùn)動(dòng)，圓管做勻速運(yùn)動(dòng)012343、交變電流半周期等于粒子在圓管中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間2、每次經(jīng)過間隙電場力做功相同qU

2、處理方法勻速直線勻加速直線運(yùn)動(dòng)的合成與分解沿初速度方向：沿電場力方向：

二、帶電粒子的偏轉(zhuǎn)3.運(yùn)動(dòng)規(guī)律①運(yùn)動(dòng)時(shí)間

②加速度

③側(cè)移量

④速度x方向：

y方向：

合速度：

1.(多選)如圖所示,帶電荷量之比為qA∶qB=1∶3的帶電粒子A、B以相等的速度v0從同一點(diǎn)出發(fā),沿著跟電場強(qiáng)度垂直的方向射入平行板電容器中,分別打在C、D點(diǎn),若OC=CD,忽略粒子重力的影響,則(

)A.A和B在電場中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間之比為1∶2B.A和B運(yùn)動(dòng)的加速度大小之比為4∶1C.A和B的質(zhì)量之比為1∶12D.A和B的位移大小之比為1∶1答案ABC二、帶電粒子的偏轉(zhuǎn)如圖所示，一質(zhì)子水平射入豎直偏轉(zhuǎn)電場中，由于受到豎直方向靜電力的作用，質(zhì)子射出時(shí)將發(fā)生偏轉(zhuǎn)。已知質(zhì)子的質(zhì)量m=1.7×10-27kg,電荷量q=1.6×10-19C,射入時(shí)速度v0=2.0×105m/s,極板長l=4.0cm,兩極板間距離d=2.0cm,極板間電壓U=100V,入射方向與極板平行，不考慮重力的影響。求質(zhì)子離開電場時(shí)豎直方向偏移的距離y和偏轉(zhuǎn)的角度α.3、x方向4、y方向5、離開電場時(shí)的偏轉(zhuǎn)角度的正切：二、帶電粒子的偏轉(zhuǎn)代入數(shù)值，得α=25.2°1、帶電粒子在電場中運(yùn)動(dòng)的偏轉(zhuǎn)角度與哪些因素有關(guān)？2、對給定的帶電粒子，在其速度一定時(shí)，要使通過偏轉(zhuǎn)電場時(shí)增大偏轉(zhuǎn)角度，應(yīng)該怎樣調(diào)節(jié)兩極板間的電壓？二、帶電粒子的偏轉(zhuǎn)討論示波器是先使帶電粒子加速，再使帶電粒子偏轉(zhuǎn)來工作的。一束電子流經(jīng)U=1500V的加速電壓加速后，在距兩平行板等距離處進(jìn)入平行板間的勻強(qiáng)電場，入射方向與極板平行，如圖所示。若兩板間距d=2.0cm，板長l=5.0cm，那么，要使電子能從平行板間飛出，兩個(gè)極板間最多能加多大電壓？

4、加速+偏轉(zhuǎn)電場

(與偏轉(zhuǎn)電壓無關(guān))穿出電場的條件

答案A5、推論①速度反向延長線交于水平位移中點(diǎn)5、推論①速度反向延長線交于水平位移中點(diǎn)②以相同初速度進(jìn)入同一偏轉(zhuǎn)電場，如果比荷相同，則y、θ相同③以相同初動(dòng)能進(jìn)入同一偏轉(zhuǎn)電場，如果電荷相同，則y、θ相同④經(jīng)過同一加速電場和偏轉(zhuǎn)電場，則y、θ相同3.(多選)如圖所示,氕核、氘核、氚核三種粒子從同一位置無初速度地飄入電場線水平向右的加速電場E1,之后進(jìn)入電場線豎直向下的勻強(qiáng)電場E2發(fā)生偏轉(zhuǎn),最后打在屏上,整個(gè)裝置處于真空中,不計(jì)粒子重力及其相互作用,那么(

)A.三種粒子離開偏轉(zhuǎn)電場E2時(shí)的速度相同B.三種粒子在偏轉(zhuǎn)電場E2中的偏轉(zhuǎn)位移相同C.三種粒子在偏轉(zhuǎn)電場E2中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間相同D.偏轉(zhuǎn)電場E2對三種粒子做功一樣多答案BD6.功能關(guān)系

(1)現(xiàn)有一帶電荷量為＋q、質(zhì)量為m的帶電粒子(重力不計(jì))從AB邊上的A點(diǎn)靜止釋放，恰好能通過E點(diǎn)。求CED區(qū)域內(nèi)的勻強(qiáng)電場的電場強(qiáng)度E1；(2)保持(1)問中電場強(qiáng)度不變，若在正方形區(qū)域ABOC中某些點(diǎn)靜止釋放與上述相同的帶電粒子，要使所有的粒子都經(jīng)過E點(diǎn)，則釋放點(diǎn)的坐標(biāo)值x、y間應(yīng)滿足什么關(guān)系？2.在直角坐標(biāo)系中，三個(gè)邊長都為l＝2m的正方形排列如圖12所示，第一象限正方形區(qū)域ABOC中有水平向左的勻強(qiáng)電場，電場強(qiáng)度的大小為E0，在第二象限正方形COED的對角線CE左側(cè)CED區(qū)域內(nèi)有豎直向下的勻強(qiáng)電場，三角形OEC區(qū)域內(nèi)無電場，正方形DENM區(qū)域內(nèi)無電場。(2)設(shè)出發(fā)點(diǎn)坐標(biāo)為(x，y)，加速過程由動(dòng)能定理得經(jīng)過分析，要過E點(diǎn)在第二象限中類平拋運(yùn)動(dòng)時(shí)豎直位移與水平位移大小相等為y，則y＝v′t′解得y＝x答案(1)4E0

(2)y＝x(2020·福建模擬)如圖所示,真空中水平放置的兩個(gè)相同極板Y和Y'長為L,相距d,足夠大的豎直屏與兩板右側(cè)相距b.在兩板間加上可調(diào)偏轉(zhuǎn)電壓U,一束質(zhì)量為m、帶電荷量為+q的粒子(不計(jì)重力)從兩板左側(cè)中點(diǎn)A以初速度v0沿水平方向射入電場且能穿出.(1)證明粒子飛出電場后的速度方向的反向延長線交于兩板間的中心O點(diǎn);(2)求兩板間所加偏轉(zhuǎn)電壓U的范圍;(3)求粒子可能到達(dá)屏上區(qū)域的長度.示波管的原理三、示波管的原理

示波器是一種用途十分廣泛的電子測量儀器。它能把肉眼看不見的電信號變換成看得見的圖像，便于人們研究各種電現(xiàn)象的變化過程。示波器利用狹窄的、由高速電子組成的電子束，打在涂有熒光物質(zhì)的屏面上，就可產(chǎn)生細(xì)小的光點(diǎn)。示波器的核心部件是示波管。

在被測信號的作用下，電子束就好像一支筆的筆尖，可以在屏面上描繪出被測信號的瞬時(shí)值的變化曲線。示波器01加速電壓

電子槍偏轉(zhuǎn)電極亮斑亮斑熒光屏

電子槍產(chǎn)生高速飛行的電子束

加速電壓

示波管的構(gòu)造作用：示波管02思考與討論1：如果在電極

XXˊ之間不加電壓，而在YYˊ之間也不加電壓，電子將打在熒光屏的什么位置？-+XˊXˊXXYYˊYˊY電子槍偏轉(zhuǎn)電極熒光屏思考與討論03思考與討論2：如果在電極

XXˊ之間不加電壓，而在YYˊ之間加不變電壓，使Y的電勢比

Yˊ高，電子將打在熒光屏的什么位置？-+XˊXˊXXYYˊYˊY電子槍偏轉(zhuǎn)電極熒光屏思考與討論03思考與討論3：如果在電極

XXˊ之間不加電壓，而在YYˊ之間加不變電壓，使Yˊ的電勢比Y高，電子將打在熒光屏的什么位置？-+XˊXˊXXYYˊYˊY電子槍偏轉(zhuǎn)電極熒光屏思考與討論03思考與討論4：如果在XXˊ之間不加電壓，而在YYˊ

之間加按圖示的規(guī)律變化的電壓，在熒光屏?xí)吹降氖裁礃拥膱D形？XˊXYYˊUYtOYˊ隨信號電壓同步變化，但由于視覺暫留和熒光物質(zhì)的殘光特性，只能看到一條豎直的亮線。思考與討論03-+XˊXˊXXYYˊYˊY電子槍偏轉(zhuǎn)電極熒光屏思考與討論5：如果在電極YYˊ之間不加電壓，而在

XXˊ之間加不變電壓，使

X的電勢比Xˊ

高，電子將打在熒光屏的什么位置？思考與討論03-+XˊXˊXXYYˊYˊY電子槍偏轉(zhuǎn)電極熒光屏思考與討論6：如果在電極

YYˊ之間不加電壓，而在XXˊ之間加不變電壓，使

Xˊ

的電勢比

X高，電子將打在熒光屏的什么位置？思考與討論03UXt掃描電壓總結(jié)：若

XXˊ

所加的電壓為特定的周期性變化電壓，則亮斑在水平方向來回運(yùn)動(dòng)一一掃描，如果掃描電壓變化很快，亮斑看起來為一條水平的亮線。示波器圖象OXˊXYYˊ思考與討論03思考與討論6：如果在YYˊ之間加如圖所示的交變電壓，同時(shí)在

XXˊ之間加鋸齒形掃描電壓，在熒光屏上會(huì)看到什么圖形？思考與討論03思考與討論6：如果在YYˊ之間加如圖所示的交變電壓，同時(shí)在

XXˊ之間加鋸齒形掃描電壓，在熒光屏上會(huì)看到什么圖形？ABCDFABCt1DEFt2XˊXYYˊtOUYUXOtABCDEEFt2t1t2t1思考與討論03

信號電壓掃描電壓2.

示波管的工作原理（2）觀察到的現(xiàn)象2.

示波管的工作原理

中心b.

若所加掃描電壓和?______________的周期相等，就可以在熒光屏上得到待測信號在一個(gè)周期內(nèi)變化的穩(wěn)定圖像。信號電壓XˊXYYˊtOUYUXOt示波器圖象

B2.（2022·湖北·襄陽五中模擬預(yù)測）圖甲為示波管的原理圖。電子槍源源不斷發(fā)射的電子經(jīng)前面的加速電壓加速之后已經(jīng)獲得了極大的速度，如果在電極

之間所加的電壓按圖乙所示的規(guī)律變化，在電極

之間所加的電壓按圖丙所示的規(guī)律變化，則在熒光屏上會(huì)看到的圖形可能為（）A．

B．C．

D．B專題探究

帶電粒子在電場和重力場中的運(yùn)動(dòng)

帶電粒子在電場和重力場中的直線運(yùn)動(dòng)會(huì)出現(xiàn)受到變力作用的情況,對變力作用的帶電體的運(yùn)動(dòng),必須借助于能量的觀點(diǎn)來處理,即使是恒力作用的問題,用能量的觀點(diǎn)處理也常常顯得簡捷.因?yàn)橐环矫孢@種處理方法只需考慮始末狀態(tài),不必分析中間過程,另一方面能量是標(biāo)量,無需考慮方向.一、

帶電粒子在電場和重力場中的直線運(yùn)動(dòng)(1)用動(dòng)能定理分析步驟一般為:a.弄清研究對象,明確研究過程;b.分析物體在所研究過程中的受力情況,弄清哪些力做功,做正功還是負(fù)功;c.弄清所研究過程的始末狀態(tài)(主要指動(dòng)能);d.由W=ΔEk求解.(2)用能量守恒定律若運(yùn)用能量守恒定律,則應(yīng)分清有多少種形式的能在轉(zhuǎn)化,哪種能量是增加的,哪種能量是減少的,表達(dá)形式有:a.初態(tài)與末態(tài)總能量相等;b.某些形式能量的減少量等于其他形式能量的增加量;c.各種形式能量的增量的代數(shù)和等于零.(3)牛頓運(yùn)動(dòng)定律和運(yùn)動(dòng)學(xué)公式a.受力分析確定合力和加速度b.根據(jù)力與運(yùn)動(dòng)關(guān)系確定運(yùn)動(dòng)性質(zhì)c.選擇過程列運(yùn)動(dòng)學(xué)和牛頓第二定律方程求解

帶電粒子在電場和重力場中的拋體運(yùn)動(dòng),由于帶電粒子在勻強(qiáng)電場中所受電場力和重力都是恒力,不受約束的粒子做的都是勻變速運(yùn)動(dòng),因此可以采用正交分解法處理,即根據(jù)力的獨(dú)立作用原理分別研究每種場力對物體的作用效果,將復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)分解為兩個(gè)互相垂直的直線運(yùn)動(dòng),再根據(jù)運(yùn)動(dòng)合成的方法去求復(fù)雜運(yùn)動(dòng)的有關(guān)物理量.二、

帶電粒子在電場和重力場中的拋體運(yùn)動(dòng)三、

帶電粒子在電場和重力場中的圓周運(yùn)動(dòng)帶電粒子在電場和重力場中的圓周運(yùn)動(dòng),可以同時(shí)研究共同作用的效果,將復(fù)合場等效為一個(gè)簡單場,然后與重力場中的力學(xué)問題進(jìn)行類比,利用力學(xué)的規(guī)律和方法進(jìn)行分析與解答.三、

帶電粒子在電場和重力場中的圓周運(yùn)動(dòng)ov1Gv2T2T1只在重力場下的繩模型最大最小GoGEq(一)電場力與重力平行omgEqF等效最高點(diǎn)等效最低點(diǎn)等效重力mg’

(二)電場力與重力垂直

①完成圓周運(yùn)動(dòng)的條件

②遵循能量守恒定律1.如圖所示，在沿