鲁科版(2019)高中物理必修三2.4 带电粒子在电场中的运动 课件(共29张PPT)

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鲁科版(2019)高中物理必修三2.4 带电粒子在电场中的运动 课件(共29张PPT)

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第4节 带电粒子在电场中的运动

第2章 电势能与电势差

[ 教 学 目 标 ]
1.运用静电力、电场强度等概念研究带电粒子运动时的加速度、位移等量的变化。
2.运用静电力做功,电势等概念研究带电粒子的运动过程中能量的转化。
[ 复习回顾]
1.电场力的计算公式:
2.电场力做功的普适 公式:
3.电势能的计算公式:
4.电场力做功与电势能变化的关系:
F=Eq
W=Uq
?
?
[ 新 课 教 学]
知识点一 带电粒子加速
[ 问题思考]一个质量为m、带正电荷q的粒子(如图所示),在静电力的作用下由静止开始从正极板向负极板运动。
(1)试分析带电粒子在电场中的运动性质?
(2)粒子到达负极板时的速度是多少?
1.受力分析
仍按力学中受力分析的方法分析,只是多了一个静电力而已,若带电粒子在匀强电场中,则静电力为恒力(qE);若在非匀强电场中,则静电力为变力。
2.运动分析:带电粒子从静止释放,将沿________方向在匀强电场中做匀加速直线运动。
电场力
[ 判断正误]
(4)带电粒子在电场中只受电场力作用时,其动能和电势能总和保持不变。( )
×
×

(1)带电粒子在电场中只受电场力作用时,不可能做匀速直线运动。( )

(2)带电粒子沿电场方向进入电场时,一定做匀加速直线运动。( )
(3)动能定理能分析匀强电场中的直线运动问题,不能分析非匀强电场中的直线运动问题。 ( )
[ 问题思考] 如图所示,电子以初速度v0垂直于电场线方向
射入匀强电场时,(1)电子在电场中做什么运动?
(2)射出电场时,偏移位移是多少?
知识点二 带电粒子偏转
电子只受到恒定的与初速度方向成90°角的电场力作用而做匀变
速曲线运动,类似于力学中的平抛运动(轨迹为抛物线)。
1.运动状态分析
2.运动规律(如图所示)
v0
v0t
[判断正误]
(1)带电粒子(不计重力)垂直进入匀强电场,一定做匀变速曲线运动。( )
(2)带电粒子(不计重力)垂直进入点电荷电场,一定做匀速圆周运动。( )
(3)带电粒子(不计重力)垂直进入匀强电场,其运动可看成沿电场方向的匀速运动和垂直电场方向的匀加速运动的合运动。( )

×
×
1.构造
示波管是示波器的核心部件,外部是一个抽成真空的玻璃壳,内部主要由________(发射电子的灯丝、加速电极组成)、偏转电极(由一对X偏转电极板和一对Y偏转电极板组成)和________组成,如图所示。
电子枪
荧光屏
知识点三 示波管的原理
2.原理
(1)扫描电压:XX′偏转电极接入的是由仪器自身产生的锯齿形电压。
(2)灯丝被电源加热后,出现热电子发射,发射出来的电子经加速电场加速后,以很大的速度进入偏转电场,如果在Y偏转极板上加一个____________,在X偏转极板上加一____________,在荧光屏上就会出现按Y偏转电压规律变化的可视图像。
信号电压
扫描电压
(3)只在XX′上加恒定电压时,电子束沿YY′方向偏转。(  )

×
×
[ 判断正误]
(1)如果在偏转电极YY′和XX′上不加电压电子束不偏转,打在荧光屏中心。(  )
(2)只在YY′上加恒定电压时,电子束沿XX′不偏转。(  )
[要点归纳]
核心要点
带电粒子的加速与偏转
[例1] 如图所示,在P板附近有一电子由静止开始向Q板运动。已知两极板间电势差为U,板间距为d,电子质量为m,电荷量大小为e。则关于电子在两板间的运动情况,下列叙述正确的是(  )
A.若将板间距d增大一倍,则电子到达Q板的速率保持不变
B.若将板间距d增大一倍,则电子到达Q板的速率也增大一倍
C.若将两极板间的电势差U增大一倍,则电子到达Q板的时间保持不变
D.若将两极板间的电势差U增大一倍,则电子到达Q板的时间减为一半
[典 例 分 析]
答案 A
[例2] 如图所示,电子(重力可忽略)在电势差U0=4 500 V的加速电场中,从左极板由静止开始运动,经加速电场加速后,从右板中央垂直射入电势差U=45 V的偏转电场中,经偏转电场偏转后,打在竖直放置的荧光屏M上,整个装置处在真空中,已知电子的质量m=9.0×10-31 kg,电荷量大小e=1.6×10-19 C,偏转电场的板长L1=10 cm,板间距离d=1 cm,光屏M到偏转电场极板右端的距离L2=15 cm。求:
(1)电子从加速电场射入偏转电场时的速度v0;
(2)电子飞出偏转电场时的偏转距离(侧移距离)y;
(3)电子飞出偏转电场时速度偏转角的正切值tan θ;
(4)电子打在荧光屏上时到中心O的距离Y。
(2)电子在偏转电场中运动,沿初速度方向L1=v0t,
可得t=2.5×10-9 s
在垂直初速度方向
答案 (1)4×107 m/s (2)0.25 cm (3)0.05  (4)1 cm
1.质量和电荷量不同的带电粒子,在电场中由静止开始经相同电压加速后(  )
A.比荷大的粒子速度大,电荷量大的粒子动能大
B.比荷大的粒子动能大,电荷量大的粒子速度大
C.比荷大的粒子速度和动能都大
D.电荷量大的粒子速度和动能都大
[课 堂 训 练]
答案 A
2.(多选)如图所示是示波器的原理示意图,电子经电压为U1的加速电场
加速后,进入电压为U2的偏转电场,离开偏转电场后打在荧光屏上的
P点。P点与O点的距离叫偏转距离。要提高示波器的灵敏度(即单位偏
转电压U2引起的偏转距离),下列办法中可行的是(  )
A.提高加速电压U1
B.增加偏转极板a、b的长度
C.增大偏转极板与荧光屏的距离
D.减小偏转极板间的距离
解析:选BCD 电子经加速电场后动能为:Ek=eU1,加速后的速度
为: 经偏转电场的时间为: ,出偏转电场的偏转位移
为: 设偏转极板与荧光屏的距离为L,则P点到O点
的偏转距离 ,所以此示波器的灵敏度为: ,
可知要提高灵敏度可以降低加速电压,也可以增加偏转极板长度,增大偏转极板与荧光屏的距离,减小偏转极板间的距离,故A错误,B、C、D正确。
3.如图所示,电子由静止开始经加速电场加速后,沿平行于板面的方向射入偏转电场,
并从另一侧射出。已知电子质量为m,电荷量为e,加速电场电压为U0,偏转电场可
看成匀强电场,极板间电压为U,极板长度为L,板间距为d。忽略电子所受重力,
电子射入偏转电场时初速度v0和从偏转电场射出
时沿垂直板面方向的偏转距离Δy分别是(  )
 
  
4.如图所示,水平放置的平行板电容器的两极板M、N接上直流电源,两极板间的距离为L=15 cm。上极板M的中央有一小孔A,在A的正上方h处的B点有一小油滴自由落下。已知小油滴的电荷量q=3.5×10-14 C、
质量m=3.0×10-9 kg。当小油滴即将落到下极板时
速度恰好为零。两极板间的电势差U=6×105 V。
求:(不计空气阻力,取g=10 m/s2)
(1)两极板间的电场强度E的大小为多少?
(2) B点在A点的正上方的高度h是多少?
(2)小油滴自由落下,即将落到下极板时,速度恰好为零
由动能定理可得mg(h+L)-qU=0
则B点在A点的正上方的高度是
=0.55 m。
答案 (1)4×106 V/m (2)2.4×10-6 C (3)0.55 m
5.在示波管中,电子通过电子枪加速,进入偏转电场,然后射到荧光屏上,如图所示,设电子的质量为m(不考虑所受重力),电荷量为e,从静止开始,经过加速电场加速,加速电场电压为U1,然后进入偏转电场,偏转电场中两板之间的距离为d,板长为L,偏转电压为U2,求电子射到荧光屏上的动能为多大?
?
?
进入偏转电场后L=vxt,vy=at,a=
射出偏转电场时合速度v= ,
由以上各式得Ek=mv2=eU1+ 。
?
谢谢大家!

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