1、5.带电粒子在电场中的运动,必备知识,自我检测,一、带电粒子的加速 1.运动状态分析:带电粒子(不计重力)沿电场方向射入匀强电场时,若所受静电力与速度方向同向,则粒子做匀加速直线运动;若所受静电力与速度方向反向,则粒子做匀减速直线运动。 2.粒子末速度的求解方法,必备知识,自我检测,二、带电粒子的偏转 1.运动状态分析:带电粒子以初速度v0垂直于电场线方向飞入匀强电场,受到与初速度方向垂直的恒定静电力作用而做匀变速曲线运动。 2.处理方法:带电粒子以初速度v0垂直于电场线方向飞入匀强电场,将带电粒子的运动沿初速度方向和静电力方向进行分解:(1)沿初速度方向的分运动为匀速直线运动。(2)沿静电力
2、方向的分运动为初速度为零的匀加速直线运动。,必备知识,自我检测,三、示波管的原理 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,内部主要由电子枪(发射电子的灯丝、加速电极组成)、偏转电极(由偏转电极XX和偏转电极YY组成)和荧光屏组成。 2.工作原理 灯丝被电源加热后,发射热电子,发射出来的电子经过加速电场加速后,以很大的速度进入偏转电场,如在偏转电极YY之间加一个待显示的信号电压,在偏转电极XX上加一仪器自身产生的锯齿形电压,在荧光屏上就会出现待测信号在一个周期内随时间变化的稳定图像了。,必备知识,自我检测,1.正误判断。 (1)带电粒子在电场中一定做加速直线运动。 ( )
3、 解析:带电粒子在电场中只受静电力作用且速度为零或者是速度方向和静电力方向相同时,带电粒子才做加速直线运动。 答案: (2)当带电粒子的速度方向和静电力方向垂直时,带电粒子才做曲线运动。 ( ) 解析:当带电粒子只受静电力作用,且带电粒子的速度方向和静电力方向不在同一直线上时,带电粒子才做曲线运动。 答案: (3)带电粒子的偏转问题可用运动的合成和分解的方法解决。 ( ) 解析:运动的合成和分解是解决曲线运动的常用方法,带电粒子在电场中的偏转是曲线运动。 答案:,必备知识,自我检测,2.一带电粒子在电场中只受静电力作用时,它不可能出现的运动状态是( ) A.匀速直线运动 B.匀加速直线运动 C
4、.匀减速直线运动 D.匀变速曲线运动 解析:粒子合力不为0,不可能做匀速直线运动,故A不可能;粒子合力不为0,当初速度方向与加速度方向相同(或相反),若受到的静电力恒定,就做匀加速(或匀减速)直线运动,故B、C可能;粒子合力不为0,当初速度方向与加速度方向不在一条直线上,若受到的静电力恒定,就可做匀变速曲线运动,故D可能。 答案:A,必备知识,自我检测,3.下列粒子从静止状态经过电压为U的电场加速后速度最大的是( ),答案:A,探究一,探究二,随堂检测,带电粒子的加速 情景导引 在真空中有一对平行金属板,由于接上电池组而带电,两板间电势差为U,若一个质量为m、带正电荷q的粒子,以初速度v0从正
5、极板附近向负极板运动。,试结合上述情境讨论: (1)怎样计算它到达负极板时的速度? (2)若粒子带的是负电荷(初速度为v0),将做匀减速直线运动,如果能到达负极板,其速度如何? (3)上述问题中,两块金属板是平行的,两板间的电场是匀强电场,如果两金属板是其他形状,中间的电场不再均匀,上面的结果是否仍然适用?为什么?,探究一,探究二,随堂检测,(3)结果仍然适用。因为不管是否为匀强电场,静电力做功都可以用W=qU计算,动能定理仍然适用。,探究一,探究二,随堂检测,知识归纳 1.带电粒子的分类及受力特点 (1)电子、质子、粒子、离子等基本粒子,一般都不考虑重力。 (2)质量较大的微粒:带电小球、带
6、电油滴、带电颗粒等,除有说明或有明确的暗示外,处理问题时一般都不能忽略重力。 2.处理带电粒子在电场中加速问题的两种方法 可以从动力学和功能关系两个角度分析如下:,探究一,探究二,随堂检测,画龙点睛 恒力作用时应用牛顿运动定律解题会使物理过程更加清晰,非匀强电场中所受静电力不再恒定,可用动能定理解题,解题过程简洁明了。,探究一,探究二,随堂检测,实例引导 例1(多选)示波管中电子枪的原理示意图如图所示,示波管内被抽成真空。A为发射电子的阴极,K为接在高电势点的加速阳极,A、K间电压为U,电子离开阴极时的速度可以忽略,电子经加速后从K的小孔中射出时的速度大小为v。下面的说法正确的是( ),探究一
7、,探究二,随堂检测,A.如果A、K间距离减半而电压仍为U,则电子离开K时的速度仍为v B.如果A、K间距离减半而电压仍为U,则电子离开K时的速,探究一,探究二,随堂检测,答案:AC,探究一,探究二,随堂检测,探究一,探究二,随堂检测,带电粒子的偏转 情景导引 如图所示,质量为m、电荷量为q的粒子以初速度v0垂直于电场方向射入两极板间,两平行板间存在方向竖直向下的匀强电场,已知板长为l,板间电压为U,板间距为d,不计粒子的重力。 试结合上述情境讨论: (1)怎样求带电粒子在电场中运动的时间t? (2)粒子加速度大小是多少?方向如何? (3)怎样求粒子射出电场时在静电力方向上的偏转距离? (4)粒
8、子离开电场时垂直电场方向和沿电场方向的速度。 (5)合速度与初速度方向的夹角的正切值。 (6)粒子合位移与初速度方向的夹角的正切值。,探究一,探究二,随堂检测,探究一,探究二,随堂检测,知识归纳 带电粒子在匀强电场中偏转的知识要点 1.带电粒子在匀强电场中偏转的基本规律。,探究一,探究二,随堂检测,4.运动轨迹:抛物线。 画龙点睛 带电粒子在电场中的偏转为类平抛运动,与平抛运动遵循相同的运动规律,即一个方向为匀速直线运动,另一个方向为初速度为零的匀加速直线运动,但加速度一般不等于g。,探究一,探究二,随堂检测,实例引导 例2一束电子流经U=500 V的加速电压加速后,在距两极板等距处垂直进入平
9、行板间的匀强电场,如图所示,若两极板间距d=1.0 cm,板长l=5.0 cm。 (1)要使电子能从平行板间飞出,两个极板上最多能加多大电压? (2)在保持所加最大电压不变的情况下,将电子流改为质子流,质子能否从两极板间飞出?,探究一,探究二,随堂检测,答案:见解析,探究一,探究二,随堂检测,规律方法 若几种不同的带电粒子经同一电场加速后再进入同一个偏转电场,粒子的侧向位移、偏转角与粒子的q、m无关,仅取决于加速电场和偏转电场,即,探究一,探究二,随堂检测,变式训练两个半径均为R的圆形平板电极,平行正对放置,相距为d,极板间的电势差为U,板间电场可以认为是匀强电场。一个粒子从正极板边缘以某一初
10、速度垂直于电场方向射入两极板之间,到达负极板时恰好落在极板中心。已知质子电荷量为e,质子和中子的质量均视为m,忽略重力和空气阻力的影响,求: (1)极板间的电场强度E。 (2)粒子在极板间运动的加速度a。 (3)粒子的初速度v0。,探究一,探究二,随堂检测,探究一,探究二,随堂检测,1.如图所示,电子由静止开始从A板向B板运动,到达B板的速度为v,保持两板间的电压不变,则( ) A.当增大两板间的距离时,速度v增大 B.当减小两板间的距离时,速度v减小 C.当减小两板间的距离时,速度v不变 D.当减小两板间的距离时,电子在两板间运动的时间增大,答案:C,探究一,探究二,随堂检测,2.如图所示,两极板与电源相连,电子从负极板边缘垂直电场方向射入匀强电场,且恰好从正极板边缘飞出。现使电子射入速度变为原来的2倍,电子仍从原位置射入,且仍从正极板边缘飞出,则两极板长度应变为原来的( ),答案:A,探究一,探究二,随堂检测,3.如图所示,在点电荷+Q激发的电场中有A、B两点,将质子和粒子分别从A点由静止释放到达B点时,它们的速度大小之比为多少?,
