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(共37张PPT)
第十章 静电场中的能量
第五节 带电粒子在电场中的运动
目 录/
1.
学习目标
2.
情景导入
3.
新课讲解
4.
小试牛刀
5.
课堂小结
PART 01
学习目标
学习目标
1.认识理解带电粒子在电场中的运动规律，并能分析解决加速和偏转方向的问题
2.知道示波器的构造和基本原理，能解释相关的物理现象
学习目标
情境导入
新课讲解
小试牛刀
课堂小结
PART 02
情境导入
学习目标
情境导入
新课讲解
小试牛刀
课堂小结
+
电子在加速器中是受到什么力的作用而加速的呢？具体应用有哪些呢？
本节课我们来研究这个问题。
医用电子直线加速器
PART 03
新课讲解
问题1：
物体在重力场中仅受重力作用时可能做哪些运动？
自由落体运动
竖直上抛运动
竖直下抛运动
平抛运动
斜抛运动
问题2：
带电粒子在匀强电场中仅受电场力作用时可能做哪些运动？
匀加速直线运动
平抛运动
类平抛运动
匀减速直线运动
考虑重力呢？
①微观带电粒子：电子、质子、粒子、离子等，除特别说明或暗示外，一般不考虑
②宏观带电粒子：液滴、油滴、尘埃、小球等，除特别说明或暗示外，一般考虑
F
F
F
-
+
E
+
E
匀减速
匀加速
平抛
学习目标
情境导入
新课讲解
小试牛刀
课堂小结
G
+
E
F
G
类平抛
v
v
E
带电粒子由静止释放在电场中运动距离x后的速度为多少？
有哪几种求解方法？
方法1：动力学
由牛顿第二定律：
由运动学公式：
方法2：动能定理
由动能定理：
A
B
m,q
x
F
带电粒子在电场中的直线运动
d （U）
+
﹣
学习目标
情境导入
新课讲解
小试牛刀
课堂小结
+
学习目标
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新课讲解
小试牛刀
课堂小结
例1：实验表明，炽热的金属丝可以发射电子。在炽热金属丝和金属板间加以电压U=2 500 V，从炽热金属丝发射出的电子在真空中被加速后，从金属板的小孔穿出。电子射出后的速度有多大？设电子刚从金属丝发射时的速度为零。
解：电荷量为e的电子从金属丝移动到金属板
两处的电势差为U，电势能变化（减少）为eU
电势能的变化全部转化为电子的动能
结论：由于电场力做功与场强是否匀强无关，与运动路径也无关，所以在处理电场对带电粒子的加速问题时，一般都是利用动能定理进行处理。







注意：求电场力做功时，电势差应该为初末位置的电势差
练习

学习目标
情境导入
新课讲解
小试牛刀
课堂小结
多级加速问题
如图多级平行板连接，间隙等宽，能否给电子加速？
U
＋
＋
＋
－
－
－
1
2
3
4
5
6
S
E
E
E
E
E
学习目标
情境导入
新课讲解
小试牛刀
课堂小结
思考：
U
＋
－
＋
－
1
2
3
4
5
6
S
E
E
E
E
E
＋
－
－
＋
－
＋
~
交流电
为保证电子一直匀加速直线运动
电子速度越来越大，穿过相邻两极板的时间越来越少
要求交流电的周期越来越短
也即交流电的频率越来越高
学习目标
情境导入
新课讲解
小试牛刀
课堂小结
U
O
u0
-u0
t
T
2T
U
~
＋
－
如果使交流电的周期（频率）不变，也就需要极板间的间距越来越大
学习目标
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小试牛刀
课堂小结
学习目标
情境导入
新课讲解
小试牛刀
课堂小结
带电粒子的偏转
-
+
如图，两个相同极板的长度为，相距，极板间的电压为。一个电子沿平行于板面的方向以速度射入两极板之间，受向下的电场力，做匀加速曲线运动
l
d
U
-
+
l
d
U
垂直电场方向：
匀速直线运动
沿电场方向：
初速度为零的匀加速直线运动
平行于极板方向 垂直于极板方向
位移
速度
其中：
学习目标
情境导入
新课讲解
小试牛刀
课堂小结
学习目标
情境导入
新课讲解
小试牛刀
课堂小结
解：电子做曲线运动，
平行于极板方向：
垂直于极板方向：
，
得
而
∴
U
-
+
l
d
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
示波管
学习目标
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小试牛刀
课堂小结
示波管的原理
学习目标
情境导入
新课讲解
小试牛刀
课堂小结
亮斑
学习目标
情境导入
新课讲解
小试牛刀
课堂小结
锯齿形扫描电压
亮线
学习目标
情境导入
新课讲解
小试牛刀
课堂小结
解析：扫描电压的周期为，而待测信号电压周期为，则在第一个内图形为待测信号的前半段，第二个内为待测信号的后半段，且由于的电势比高，所以都在右侧
练习：如图所示的示波管，如果在之间加如图所示的交变电压，同时在之间加如图所示的锯齿形电压，使的电势比高，在荧光屏上会看到什么图形？
学习目标
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新课讲解
小试牛刀
课堂小结
E
等效最高点最低点问题
G
仅在重力场内，要求做完整的圆周运动：
qE
G
最高点vmin：
最低点vmax：
G提供向心力
G背离圆心
复合场内（qE＞G），要求做完整的圆周运动：
+
+
qE
A
B
令qE - G = G
A点G 提供向心力
等效于
最高点vmin
B点G 背离圆心
等效于
最低点vmax
（类比法）
学习目标
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新课讲解
小试牛刀
课堂小结
例. 如图，细线一端系住质量为m的小球，以另一端O为圆心，使小球在竖直面内做半径为R的圆周运动。若小球带正电，电荷量为q，空间有场强大小为E、方向竖直向上的匀强电场，为了使小球能做完整的圆周运动，在最低点A处小球应具有多大的速度？（重力加速度为g）
等效最高点最低点问题 ：
G 指向圆心
等效于
最高点vmin
G 背离圆心
等效于
最低点vmax
（类比法）
课后测试
学习目标
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新课讲解
小试牛刀
课堂小结
PART 04
小试牛刀
学习目标
情境导入
新课讲解
小试牛刀
课堂小结
1.如图所示，一带电粒子从P点以初速v射入匀强电场，仅受电场力的作用，则可能的运动轨迹及电势能的变化情况是( )
A.轨迹a，电势能变大
B.轨迹b，电势能变小
C.轨迹c，电势能变小
D.轨迹d，电势能变小
C
学习目标
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新课讲解
小试牛刀
课堂小结
答案：C
解析：A.若是轨迹a，则粒子带负电，电势能先增大后减小，A错误；
B.由于初速度和电场力方向不在一条直线上，所以不可能做直线运动，B错误；
C.若轨迹是c，则粒子带正电，电势能变小，C正确；
D.轨迹d的电场力方向前后改变了，不可能发生，D错误。
学习目标
情境导入
新课讲解
小试牛刀
课堂小结
2.如图所示，让 、 和 的混合物由
静止开始从A点经同一加速电场加速，然
后穿过同一偏转电场。下列说法正确的是( )
A.进入偏转电场时三种粒子具有相同的速度
B.进入偏转电场时三种粒子具有相同的动能
C.三种粒子从不同位置沿不同方向离开偏转电场
D.三种粒子从相同位置沿相同方向离开偏转电场
D
学习目标
情境导入
新课讲解
小试牛刀
课堂小结
答案：D
解析：AB.设粒子的质量为m，电荷量为q，加速电场电压为U1，偏转电场电压为U2，板长为L，板间距离为d；粒子经过加速电场过程，根据动能定理可得
， ，可知 、 进入偏转电场时具有相同的动能， 进入偏转电场时的动能最大； 、 进入偏转电场时具有相同的速度， 进入偏转电场时的速度最大，故AB错误；
CD.粒子经过偏转电场过程做类平抛运动，则有 ， ， ，
联立可得 粒子离开偏转电场时速度方向与水平方向的夹角满足
可知粒子经过偏转电场的偏转位移与粒子的电荷量和质量均无关，则 、 和 经过加速电场和偏转电场的轨迹相同，三种粒子从相同位置沿相同方向离开偏转电场，故C错误，D正确。
学习目标
情境导入
新课讲解
小试牛刀
课堂小结
3.如图甲所示为示波管，如果在之间加如图乙所示的交变电压，同时在之间加如图丙所示的锯齿形电压，使X的电势比高，则在荧光屏上会看到图形为( )
A. B. C. D.
C
学习目标
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新课讲解
小试牛刀
课堂小结
答案：C
解析：因 偏转电极接入的是锯齿形电压，即扫描电压，且周期与 偏转电压上加的是待显示的信号电压相同，则以在荧光屏上得到的信号在一个周期内的稳定图象.则显示如图所示
学习目标
情境导入
新课讲解
小试牛刀
课堂小结
4.如图所示，虚线a、b、c是电场中的三个等势面，相邻等势面间的电势差相同，虚线MN与等势面垂直，
实线为一带负电的质点仅在静电力作用
下通过该区域的运动轨迹，P、Q是轨迹
上的两点，下列说法中正确的是( )
A.带电质点在P点时受到的电场力方向一定沿图中PM方向向上
B.三个等势面中，等势面a的电势最高
C.带电质点通过P点时的加速度比通过Q点时小
D.带电质点通过P点时的动能比通过Q点时大
B
学习目标
情境导入
新课讲解
小试牛刀
课堂小结
答案：B
解析：A.根据轨迹判断受力方向指向曲线内侧，故A错误；
B.由等势面画出电场线如图所示
根据轨迹判断受力方向指向曲线内侧，由于是负电荷，可判断出a的电势最高，故B正确；
C.等差等势面密集处场强大，带电质点在P点的场强大于在Q点的场强，在P点的加速度大于在Q点的加速度，故C错误；
D.从P向Q运动，电场力做正功， ，若从Q向P运动，电场力做负功， ，故D错误。
PART 05
课堂小结
学习目标
情境导入
新课讲解
小试牛刀
课堂小结
①带电粒子在电场中的加速
初速度为零：
初速度不为零：
上述公式适用于匀强电场和非匀强电场.
在电场中运用动能定理时，带电粒子如电子、质子等的重力通常忽略不计
学习目标
情境导入
新课讲解
小试牛刀
课堂小结
②带电粒子在电场中的偏转
带电粒子以速度v0垂直于电场方向进入匀强电场时，由于带电粒子在电场中运动时仅受电场力作用（与初速度方向垂直且恒定），不考虑重力，故带电粒子做类平抛运动.
粒子在电场中的运动时间 ，加速度 ，偏转距离
.粒子离开电场时的偏转角度 满足
.因 ，则粒子的末动能
水平方向：匀速直线运动
竖直方向：匀变速直线运动
末速度为vx与vy的矢量和
感谢观看

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