1、新教材 新高考新人教版新人教版 必修三必修三第十章第十章 静电场中的能量静电场中的能量第5节 带电粒子在电场中的运动 新教材 新高考一、带电粒子的加速一、带电粒子的加速1.相同 相反2.动能定理二、带电粒子的偏转二、带电粒子的偏转1.垂直2.平抛运动3.合成与分解三、示波管的原理1电子枪 偏转电极 荧光屏 2.中心O C C新教材 新高考 电子被加速器加速后轰击重金属靶时，会产生射线，可用于放射治疗。图中展示了一台医用电子直线加速器。电子在加速器中是受到什么力的作用而加速的呢？问题导入：问题导入：新教材 新高考考点一.带电粒子在电场中的加速A AB BU UdE E+F Fv 【例】在加上电压
2、U并处于真空中相距d的平行金属板间有一正电荷q,质量为m,只在电场力作用下从静止释放，电荷将做什么运动？受力分析：受力分析：仅受水平向右的电场力运动分析：运动分析：F=UqEqd初速度为零，向右匀加速直线运动加速度mdqUmqEmFa新教材 新高考A AB BU Ud dE E+F Fv求电荷到达负极板时的速度？求电荷到达负极板时的速度？带电粒子的加速解法一运用运动学知识求解解法一运用运动学知识求解mqUdmdqUadv2222mqUv2解法二运用动能定理知识求解解法二运用动能定理知识求解221mvqU mqUv2粒子加速后的速度只与粒子加速后的速度只与加速电压加速电压有关有关初速度初速度不为
3、零不为零呢？呢？考点一.带电粒子在电场中的加速新教材 新高考 若两极板间不是匀强电场，该用何种方法若两极板间不是匀强电场，该用何种方法求解？为什么？求解？为什么？思考若粒子的初速度为零若粒子的初速度为零,则则:qUmv221若粒子的初速度不为零若粒子的初速度不为零,则则:qUmvmv2202121考点一.带电粒子在电场中的加速新教材 新高考考点一.带电粒子在电场中的加速新教材 新高考考点一.带电粒子在电场中的加速新教材 新高考多级直线加速器示意图多级直线加速器示意图U0u0-u0tT2TU新教材 新高考例例2.（课本p45）如图 甲，某装置由多个横截面积相同的金属圆筒依次排列，其中心轴线在同一
4、直线上，圆筒的长度依照一定的规律依次增加。序号为奇数的圆筒和交变电源的一个极相连，序号为偶数的圆筒和该电源的另一个极相连。交变电源两极间电势差的变化规律如图 乙所示。在 t0 时，奇数圆筒相对偶数圆筒的电势差为正值，此时位于和偶数圆筒相连的金属圆板（序号为0）中央的一个电子，在圆板和圆筒 1 之间的电场中由静止开始加速，沿中心轴线冲进圆筒 1.为使电子运动到圆筒与圆筒之间各个间隙中都能恰好使静电力的方向跟运动方向相同而不断加速，圆筒长度的设计必须遵照一定的规律。若已知电子的质量为m电子电荷量为 e电压的绝对值为 u周期为 T，电子通过圆筒间隙的时间可以忽略不计。则金属圆筒的长度和它的序号之间有
5、什么定量关系？第n 个金属圆筒的长度应该是多少？新教材 新高考新教材 新高考带电粒子在电场中的偏转【例】【例】如图一带电粒子以垂直匀强电场的场强方向以初速度如图一带电粒子以垂直匀强电场的场强方向以初速度v v0 0射入电场，射入电场，若不计粒子的重力，带电粒子将做什么运动？若不计粒子的重力，带电粒子将做什么运动？受力分析：受力分析：仅受竖直向下的电场力粒子有水平方向初速度，做类平抛运动运动分析：运动分析：v0q、m ld-+U+F=UqEqd考点二.带电粒子在电场中的偏转mdqUmqEmFa新教材 新高考带电粒子的偏转匀速直线运动匀速直线运动垂直电场方向：垂直电场方向：匀加速直线运动匀加速直线
6、运动沿电场方向：沿电场方向：0vvxtvL0mdqUmFa20222121mdvqULaty0mdvqULatvy200tanmdvqULvvy ld-+Uv0q、m+0vLt+vyvv0y新教材 新高考新教材 新高考新教材 新高考A AB BU1E E+F F-+U2mqUv102122202242dULUvLmdqUy12202tandULUmdvLqU+vyyvv0带电粒子的加速和偏转新教材 新高考 练.如图所示,初速度为零的粒子和电子在电势差为U1的电场中加速后,垂直进入电势差为U2的偏转电场,在满足电子能射出偏转电场的条件下,正确的说法是()A.粒子的偏转量大于电子的偏转量 B.粒子
7、的偏转量小于电子的偏转量 C.粒子的偏转角大于电子的偏转角 D.粒子的偏转角等于电子的偏转角U2U1122022tandULUmdvLqU122202242dULUvLmdqUy带电粒子的偏移量由系统决定带电粒子的偏移量由系统决定,而与粒子的质量、电荷量无关而与粒子的质量、电荷量无关新教材 新高考 例8.如图所示，有一电子(电量为 e、质量为 m)经电压 U0加速后，沿平行金属板 A、B 中心线进入两板，A、B 板间距为 d、长度为 L，A、B 板间电压为 U，屏 CD 足够大，距离A、B 板右边缘 2L，AB 板的中心线过屏 CD 的中心且与屏 CD垂直。试求电子束打在屏上的位置到屏中心间的
8、距离。新教材 新高考电子离开电场，就好象从中点沿直线离开的电子离开电场，就好象从中点沿直线离开的205(2)tan24lUlylU d y解：对加速过程由动能定理得解：对加速过程由动能定理得：20012eUmv2002mveU0tan2UlU d新教材 新高考YYXX-+-+-若金属平行板水若金属平行板水平放置，电子将在竖直平放置，电子将在竖直方向发生偏转。方向发生偏转。若金属平行板竖若金属平行板竖直放置，电子将在水平直放置，电子将在水平方向发生偏转。方向发生偏转。偏转电极的不同放置方式新教材 新高考三三.示波器示波器能够观察电信号随时间变化情况的仪器。能够观察电信号随时间变化情况的仪器。由示
9、波管（内部是真空）、电子枪、偏转电极和荧光屏组成组成-+YXXXXY产生产生高速高速飞飞行的行的电子束电子束锯齿形锯齿形扫扫描电压描电压使电子沿使电子沿Y方向方向偏移偏移待显示待显示的电的电压信号压信号使电子沿使电子沿X方向方向偏移偏移新教材 新高考原理2021vlmdqUy22llLyy)lU(Ldmvql220yU偏移量与偏转电极的电压偏移量与偏转电极的电压U成正比成正比新教材 新高考如果在电极如果在电极 XX 之间不加电压，而在之间不加电压，而在 YY 之间加之间加，使，使，电子将打在，电子将打在荧光屏的什么位置？荧光屏的什么位置？-+XXXXYY新教材 新高考如果在电极如果在电极 XX
10、 之间不加电压，而在之间不加电压，而在 YY 之间加之间加，使，使，电子将打在，电子将打在荧光屏的什么位置？荧光屏的什么位置？-+XXXXYY新教材 新高考如果在如果在 XX 之间不加电压，而在之间不加电压，而在 YY 之间加之间加，在荧光屏会看到的什么样的图形？，在荧光屏会看到的什么样的图形？XXYUYtOY 随信号电压同步变化，但由于视觉暂留和荧光物质的残光特性，只能看随信号电压同步变化，但由于视觉暂留和荧光物质的残光特性，只能看到到。新教材 新高考-+XXXXYY如果在电极如果在电极 YY 之间不加电压，而在之间不加电压，而在 XX 之间加之间加，使，使，电子将打在，电子将打在荧光屏的什
11、么位置？荧光屏的什么位置？新教材 新高考-+XXXXYY如果在电极如果在电极 YY 之间不加电压，而在之间不加电压，而在 XX 之之间加间加，使，使，电子将打在荧光，电子将打在荧光屏的什么位置？屏的什么位置？新教材 新高考UXt 可知，若可知，若 XX 所加的电压为特定的周期性变化电压，所加的电压为特定的周期性变化电压，则亮斑在水平方向来回运动一一扫描，如果则亮斑在水平方向来回运动一一扫描，如果，亮斑看起来为一条，亮斑看起来为一条。OXXY新教材 新高考 如果在如果在 之间加如图所示的之间加如图所示的，同时，同时在在 之间加之间加，在荧光屏上会看到什么，在荧光屏上会看到什么图形？图形？ABCD
12、FABCt1DEFt2XXYtOUYUXOtABCDEEFt2t1t2t1新教材 新高考 如果信号电压是周期性的，并如果信号电压是周期性的，并且扫描电压与信号电压的周期相同，且扫描电压与信号电压的周期相同，就可以在荧光屏上得到待测信号在就可以在荧光屏上得到待测信号在一个周期内随时间变化的稳定图象。一个周期内随时间变化的稳定图象。tOUYUXOtXXY新教材 新高考例9.真空室中电极 K 发出电子（初速不计），经过电压为 U1的加速电场后，由小孔 S 沿水平金属板 A、B 间的中心线射入板中，板长 L，相距为 d，在两板间加上如图乙所示的正弦交变电压，前半个周期内 B 板的电势高于 A 板的电势，已知电子的质量为 m，带电量为 e，不计电子重力，求：（1）电子进入 AB 板时的初速度；（2）要使所有的电子都能离开 AB 板，图乙中电压的最大值 U0 需满足什么条件？（3）在荧光屏上会看到什么图形？新教材 新高考解：解：(1)设电子进入设电子进入 AB 板时的初速度为板时的初速度为 v021012eUmv102eUvm(2)设电子在偏转电压为设电子在偏转电压为 U0 时进入时进入 AB 板间板间202022eU ldymv d21022U dUl(3)如图所示如图所示新教材 新高考
