资源简介

新课导入：
古代，人们用弩来加速箭，箭的速度能达到102 m/s 数量级；后来人们又在枪膛中用火药加速子弹，子弹的速度能达到103 m/s 数量级。
现代，人们需要用高速的微观粒子轰击另一微观粒子来进行科学研究，其速度的数量级达到107 m/s ，那么粒子是怎样加速的呢？
新知讲解：
一、带电粒子
1.受力特点：
对于质量很小的带电粒子，如电子、质子等，虽然它们也会受到万有引力（重力）的作用，但万有引力（重力）一般远小于静电力，可以忽略。
2.带电粒子的分类：
(1)带电的基本粒子：如电子、质子、α粒子、正离子、负离子等等，除有说明或有明确的暗示以外，此类粒子一般不考虑重力（但并不忽略质量）。
(2)带电微粒：如液滴、油滴、尘埃、带电小球等，除有说明或有明确的暗示以外，一般都要考虑重力。
带电体是否考虑重力，要根据题目说明或运动状态判定。
新知讲解：
二、带电粒子在电场中的加速
如图，质量为m ，带正电荷q的粒子，在静电力作用下由静止开始从正极板向负极板运动，板间距为d，计算它到负极板时的速度v 。（不计粒子的重力）
F
U
+
?
?
+q
v
d
粒子做匀加速直线运动
解：????????=????????
?
匀强电场 ????=????????
?
得 ????=??????????????????
?
由 ?????????????=????????????
?
得 ????=?????????????????
?
方法一：运动学
方法二：动能定理
仅电场力做功 ????????=???????????????????????????
?
得 ????=?????????????????
?
复杂，且只适用于匀强电场
简单，适用于任何电场
新知讲解：
二、带电粒子在电场中的加速
带电粒子在电场中的解题思路：
F
U
+
?
?
+q
d
新知讲解：
二、带电粒子在电场中的加速
炙热的金属丝可以发射电子。在金属丝和金属板之间加以电压 U = 2500 V ，发射出的电子在真空中加速，从金属板的小孔穿出。电子穿出时速度有多大?设电子刚刚离开金属丝时的速度为零。
电子的质量 m ＝ 9.1×10－31 kg
电子的电荷量 e ＝ 1.6×10－19 C
解：动能定理有 ????????=???????????????????????????

得 ???≈ 3.0×107 m/s
?
????=?????????????????
?
对同一粒子而言，粒子经加速电场后的速度只与加速电压有关。
加速电压
新知讲解：
二、带电粒子在电场中的加速
使带电粒子的速度 v 继续增加的思路设想…
U
+
?
?
U
+
?
?
新知讲解：
二、带电粒子在电场中的加速
直线加速器是利用周期性变化的电场使带电粒子在其中不断被加速的仪器。
电场力大小恒定，且方向与初速度v0方向垂直。
1.进入电场的方式：
新知讲解：
二、带电粒子在电场中的偏转
3.运动特点：
2.受力特点：
+
?
?
- q
v0
以初速度v0垂直于电场线方向进入匀强电场。
F
做匀变速曲线运动，与力学中的抛体运动类似。
新知讲解：
二、带电粒子在电场中的偏转(单偏场)
如图所示，在真空中放置一对金属板Y 和Y′，两极板的长度均为l，相距d，极板间的电压为U 。一个电子沿平行于板面的方向以速度 v0 射入电场中，求加速度 a ，偏转位移 y 和速度偏转角的正切值 tanα 。
?
?
?
?
?
?
+
+
+
+
+
+
Y
Y′
d
-q
v0
l
F
新知讲解：
二、带电粒子在电场中的偏转(单偏场)
?
?
?
?
?
?
+
+
+
+
+
+
Y
Y′
d
-q
v0
l
F
①加速度：
????=??????????
?
=??????????????
?
=??????????????????
?
②速度：
将复杂曲线运动分解
平行于极板方向：
垂直于极板方向：
匀速直线
初速度为0的匀加速直线
????????=????????
?
v
vx
vy
????????=????????
?
=??????????????????·??????????????
?
????=????????????+????????????
?
偏转电压
新知讲解：
二、带电粒子在电场中的偏转(单偏场)
?
?
?
?
?
?
+
+
+
+
+
+
Y
Y′
d
-q
v0
l
F
③位移：
????=????????????? =????
?
v
vx
vy
y
????=????????????????????
?
=?????????????????????????????????
?
④ ????????????????=????????????????
?
=?????????????????????????????????????????
?
????
?
???????? l
?
????
?
=????????????????????????
?
①粒子从偏转电场中射出时，就好像是从极板间的 1/2 ???? 处沿直线射出似的。
②速度偏转角正切值等于位移方向与初速度方向夹角正切值的2倍。
????????????????= 2????????????????
?
????
?
新知讲解：
?
?
?
?
?
v0
?
?
?
?
?
?
+
+
+
+
+
+
-q
+
+
+
+
+
U
L
d
s
O
U0
已知q，U0，U，d，L，s，求 tanα，y，Y 。
vx
vy
v
????
?
① ????????????????=????????????????=????????????????=????????????????????????
?
② ????=????????????????????=????????????????????????=????????????????????????????
?
y
Y
③ ????=(????????+????)?????????????????
?
③静止的不同带电粒子，经同一电场加速，再垂直射入同一个偏转电场，射出粒子的角度 α ，偏转位移 y ，偏转量 Y 均不变，与 q ，m 无关。
径迹完全相同，但运动时间 t 是不同的。
二、带电粒子在电场中的偏转(加偏场)
课堂练习：
1.静止的一价氢离子 11H 和二价氦离子 24He 的混合体，经同一加速电场加速后，垂直射入同一偏转电场中，偏转后打在同一荧光屏上，则它们(　　　)
A. 离开偏转电场时速度方向不同 　
B. 离开偏转电场时速度方向相同
C. 到达屏上同一点
D. 到达屏上不同点
?
BC
解析：
设离子电荷量为q，偏转电场板长为L，板间距离为d。根据动能定理，加速电场中????????????＝?????????????????????????，偏转电场中运动时间????＝????????????，偏转距离????＝?????????????????????，得????＝???????????????????????????????? ，设偏转角度为θ，则????????????????＝????????????????????????????，由以上可知y、θ与带电离子的质量、电荷量无关，则一价氢离子、二价氦离子会打在屏上同一点，选项B、C正确，A、D错误。
?
课堂练习：
2.水平放置的两块平行金属板长L＝5.0 cm，两板间距d＝1.0 cm，两板间电压90 V，且上板为正，一个电子沿水平方向以速度v0＝2.0×107 m/s，从两板中间射入，求：
(1)电子离开金属板时的侧位移是多少？
(2)电子飞出电场时的速度是多少？
(3)电子离开电场后，打在屏上P点，若s＝10 cm，求OP高度。
新知讲解：
二、带电粒子在电场中的偏转
如图所示，在真空中放置一对金属板Y 和Y′，两极板的长度均为l，相距d，极板间的电压为U 。一个电子沿平行于板面的方向以速度 v0 射入电场中，求在偏转电场中运动时间 t 。
?
?
?
?
?
?
+
+
+
+
+
+
Y
Y′
d
-q
v0
l
F
①未飞出：y 确定；
②刚好未飞出：x ，y 确定；
③飞出：x 确定
新知讲解：
三、示波管的原理
示波器：用来观察电信号随时间变化的电子仪器，其核心部分是示波管。
新知讲解：
三、示波管的原理
示波管的构造及原理
加速电压
????
?
????′
?
????
?
????′
?
????
?
????′
?
????
?
????′
?
电子枪
偏转电极
亮斑
亮斑
荧光屏
+
?
?
?
电子枪
产生高速飞行的电子束
+
?
?
?
加速电压
????
?
????′
?
两端加待显示的电压信号，
使电子沿????方向偏移。
?
????
?
????′
?
锯齿形扫描电压，
使电子沿????方向偏移。
?
利用电子在电场中加速和偏转，电子束打在荧光屏上能使该处的荧光物质发光。
新知讲解：
三、示波管的原理
YY′施加电压：
加速电压
????
?
????′
?
????
?
????′
?
????
?
????′
?
????
?
????′
?
电子枪
偏转电极
亮斑
亮斑
荧光屏
+
?
?
?
????????????′=????
?
????????????′
?
????
?
????????????′=????
?
????????????′
?
????
?
新知讲解：
三、示波管的原理
XX′施加电压：
加速电压
????
?
????′
?
????
?
????′
?
????
?
????′
?
????
?
????′
?
电子枪
偏转电极
亮斑
亮斑
荧光屏
+
?
?
?
????????????′
?
????????????′ =????
?
????
?
????????????′
?
????????????′ =????
?
????
?
新知讲解：
三、示波管的原理
????????????′
?
????????????′ =????
?
????
?
锯齿形扫描电压
????????
?
????????????′
?
????????????′
?
????
?
锯齿形扫描电压
????
?
????????
?
????????
?
加速电压
????
?
????′
?
????
?
????′
?
????
?
????′
?
????
?
????′
?
电子枪
偏转电极
亮斑
亮斑
荧光屏
+
?
?
?
弦式信号电压
课堂练习：
3.图(a)为示波管原理图。如果在电极YY′之间所加电压按图(b)所示规律变化，在电极XX′之间所加电压按图(c)所示规律变化，则我们在荧光屏上会看到的图形大致是( )
B
课 堂 小 结
课堂练习：
4.一台正常工作的示波管，突然发现荧光屏上画面的高度缩小，则产生故障的原因可能是( )
A. 加速电压突然变大
B. 加速电压突然变小
C. 偏转电压突然变大
D. 偏转电压突然变小
AD
解析：
若加速电压为U1，偏转电压为U2，则在加速电场中?????????????＝???????????????????????? ，在偏转电场中 ????＝???????????????????? ，L＝v0t ，????＝????????????????????，所以 ????＝???????????????????????????????? ，画面高度缩小，说明粒子的最大偏转位移减小，由上式分析可得，可能是加速电压U1增大，也可能是偏转电压U2减小。
?
课堂练习：
5.喷墨打印机简化模型如图所示。重力可忽略的墨汁微滴，经带电室带负电后，以速度 v 垂直匀强电场飞入极板间，最终打在纸上，则微滴在极板间电场中( )
A. 向负极板偏转
B. 电势能逐渐增大
C. 运动轨迹是抛物线
D. 运动轨迹与带电荷量无关
C
解析：
带负电微滴进入电场后受向上静电力，故带电微滴向正极板偏转，A错误；带电微滴垂直进入电场，静电力做正功，电势能减小，B错误；根据公式得带电微滴轨迹方程为 ????＝????????????????????????????????????? ，运动轨迹是抛物线，与带电荷量有关，C正确，D错误。
?
课堂练习：
6.在真空中，电子(重力可忽略)在U0＝4.5×103 V加速电场静止运动，加速后从右板中央垂直射入U＝45 V偏转电场，偏转后打在竖直放置荧光屏M上，已知L1＝10 cm，d＝1 cm，L2＝15 cm 。
(1)电子从加速电场射入偏转电场的速度 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偏转角的正切tanθ ；
(4)电子打在荧光屏上时到中心O的距离Y 。
课堂练习：

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