2019_2020版高中物理第一章9带电粒子在电场中的运动课件新人教版
9 带电粒子在电场中的运动
[学习目标]
1.会从力和运动、能量两个角度分析计算带电粒子在电场中的加速 问题.2.能够用类平抛运动分析方法研究带电粒子在电场中的偏转问 题.3.知道示波管的主要构造和工作原理,体会静电场知识对科学技 术的影响.
课前预习 课堂探究 随堂演练
课前预习 掌握新知
知识梳理
一、带电粒子的加速 分析带电粒子在静电力作用下加速运动的两种方法: 1.利用牛顿第二定律F=ma和运动学公式,只能用来分析带电粒子的
对α粒子:
1 2
mα
vα 2
=qαU.
所以 vH = qHmα = 1 4 = 2 . vα qαmH 2 1 1
答案: 2 ∶1
[针对训练1] (2019·河南洛阳校级检测)如图所示,水平放置的平行板电 容器,当两极板间的电势差U1=300 V时,一带负电的小球在两极板之间处 于静止,小球距下极板的距离h=1.44 cm.如果两极板间电势差突然减小 到U2=60 V,则带电小球运动到极板上需多长时间?(重力加速度g=10 m/s2)
m 水平方向做匀速运动,故 t= l =2.5×10-9 s,
v0 所以 y0= 1 at2=0.005 m.
2
(2)竖直方向速度 v1=at=4×106 m/s 从平行板出去后做匀速直线运动,水平和竖直方向都是匀速运动,水平方向 t1= s =5×10-9 s
v0 竖直方向 PM=v1t1=0.02 m; PO=PM+MO=PM+y0=0.025 m.
d
eU
学霸笔记
(1)对于匀强电场虽然用动力学观点和功能观点均可求解,但运用功能 观点列式更简单,故应优先选用功能观点. (2)若电场为非匀强电场,带电粒子做变加速直线运动,不能通过牛顿运 动定律求解.注意W=qU对一切电场适用,因此从能量的观点入手,由动能 定理来求解. (3)在匀强电场中运动的带电粒子,只受静电力时,可以利用动量Ft=Δp 计算运动时间.
科学思维
1.思考判断
(1)基本带电粒子在电场中不受重力.( × ) (2)带电粒子仅在静电力作用下运动时,动能一定增加.( × ) (3)带电粒子在匀强电场中偏转时,其速度和加速度均不变.( × ) (4) 带电粒子在匀强电场中无论是直线加速还是偏转 ,均做匀变速运 动.( √ ) (5)示波管电子枪的作用是产生高速飞行的电子束,偏转电极的作用是使 电子束发生偏转,打在荧光屏的不同位置.( √ ) (6)示波管的荧光屏上显示的是电子的运动轨迹.( × )
,
③
联立①②③式,解得 Ek= eUh . d
(2)由
1 2
m
v02
=
eUh d
,可得电子从
O
点射出的初速度
v0= 2eUh . md
法一 (动量定理)取初速度方向为正方向,从 O 点射出又返回 O 点的动
量变化Δp=-2m 2eUh , md
设电子从 O 点射出又返回 O 点所用的时间为 t,由动量定理有-Ft=Δp, 可得
2.思维探究 (1)若电子的质量为m、电荷量为e,电子枪的加速电压为U,加速后电子的 速度能否由牛顿第二定律求解?应如何求? 答案:不能用牛顿第二定律求解,因为不是匀强电场,静电力不是恒定的.
由动能定理 qU= 1 mv2 得 v= 2qU .
2
m
(2)大量带电粒子,质量不同,带电荷量相同,以相同的速度垂直电场进入
t=2 2mdh . eU
法二 (运动学规律)在从 A 点返回 O 点过程中,取初速度方向为正方向,
由运动学规律有-h= 1 2
a t02
,其中 a=
eU dm
,
得出 t0= 2mdh , eU
所以电子从 O 点射出又返回 O 点所用的时间为
t=2t0=2 2mdh . eU
答案:(1) eUh (2)2 2mdh
U1 U2 g
300 60 10
答案:0.06 s
要点二 带电粒子在电场中的偏转运动 [探究导学] 如图所示,质量为m、电荷量为q的带正电的粒子以初速度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,粒子可以从右侧穿出 电场.
隐含信息
板间的电场强度
电子在平行金属板中运动的 时间 电子在板间竖直方向上的位 移 电子出电场后做匀速直线运 动
解析:(1)竖直方向做匀加速直线运动,根据电容器电压与场强的关系得 E= U =9 000 V/m,F=Eq=9 000×1.6×10-19 N=1.44×10-15 N
d 又因为 F=ma,所以 a= F =1.6×1015 m/s2
穿越两极板的时间
t=
v0
.
qU
2.垂直 v0 方向上的分运动:做初速度为 零 的 匀加速直线 运动,加速度 a= md .
速度：vy
at
qU md
l v0
,
位移
:
y
1 2
at 2
1 2
qU md
l2 v02
.
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(由一对X偏 转电极板和一对Y偏转电极板组成)和 荧光屏 组成,如图所示.
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偏转极板上加一个信号电压, 在X偏转极板上加一扫描电压,在荧光屏上就会出现按Y偏转电压规律变 化的可视图象.
(1)电子飞出金属板时侧位移y0是多少? (2)电子离开电场后,打在屏上的P点,若s=10 cm,求OP的长.
审题指导:
题干关键 两板间距d=1 cm,两板间电压为 U=90 V 平行金属板长l=5 cm,电子水平 速度v0=2.0×107 m/s
电子飞出金属板时侧位移y0
电子离开电场后,打在屏上的P 点
(教师备用) [例1-1]如图所示,在点电荷 +Q激发的电场中有A,B两点,将质子和α 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?
解析:质子和α粒子都带正电,从A点释放都将受静电力作用加速运 动到B点,设A,B两点间的电势差为U,由动能定理可知,
对质子:
1 2
mH
vH 2
=qHU,
答案:(4)垂直电场方向速度 vx=v0.沿电场方向速度 vy=at= qUl . mdv0
(5)速度偏转角θ 的正切值 tan θ = vy = qUl .将合速度方向反向延长与初速 v0 mdv02
度方向延长线交于一点,这一点到射出点沿初速度方向的距离为 x′ = y =l .
tan 2
(6)粒子合位移与初速度方向的夹角α 的正切值.
(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?
答案:(1)由动能定理有
qU=
1 2
mv2-
1 2
m
v02
,得
v=
2qU mv02 . m
(2)由动能定理有-qU=
1 2
mv2-
1 2
m
v02
,得
v=
mv02 2qU . m
即比荷相同,则偏转距离 y 和偏转角θ相同.
(2)由于 y= ql2U = 1 · ql 2U ,tan θ= qlU = 1 · qUl ,若以相
(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,中间的电场不再是匀强电场,上面的结果是否仍 然适用?为什么?
答案:(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.
[要点归纳] 1.两类带电体
(1)基本粒子: 如电子、正电子、质子、α 粒子、正离子、负离子等微观基本粒子,一 般都不考虑重力,但并不能忽略质量. (2)宏观微粒: 如带电小球、液滴、尘埃等细小宏观带电体,除非有特别说明或明确表 示,一般都要考虑重力.复合场中的某些带电体,要根据题目说明或运动 状态来判定是否考虑重力.
答案:(1)0.005 m (2)0.025 m
学霸笔记
(1)由于 y= ql2U = q · l2U ,tan θ= qlU = q · lU ,所以相同的初
2mv02d m 2v02d
mv02d m v02d
速度 v0 进入同一个偏转电场的带电粒子,不论 m,q 是否相同,只要 q 相同, m
匀变速 运动.
2.利用动能定理:qU=
1 2
mv2-
1 2
m v02
.若初速度为零,则
qU=
1 2
mv2,对于匀变
速运动和非匀变速运动都适用.
二、带电粒子的偏转
带电粒子垂直进入匀强电场的运动类似于物体的平抛运动.
l
1.v0 方向上的分运动:做 匀速直线
运动,
速 位度 移：: xvx
v0, v0t,
解析:设带电小球的电荷量为 q,质量为 m,两极板间的距离为 d,当 U1=300 V
时,小球处于静止,有 mg=q U1 ,当 U2=60 V 时,mg>q U 2 ,带电小球向下极板
d
d
做匀加速直线运动,由牛顿第二定律知 mg-q U 2 =ma,又 h= 1 at2,联立解得
d
2
t=
2U1h = 2 300 1.44 102 s=0.06 s.
答案:(6)合位移与初速度方向的夹角α
[学习目标]
1.会从力和运动、能量两个角度分析计算带电粒子在电场中的加速 问题.2.能够用类平抛运动分析方法研究带电粒子在电场中的偏转问 题.3.知道示波管的主要构造和工作原理,体会静电场知识对科学技 术的影响.
课前预习 课堂探究 随堂演练
课前预习 掌握新知
知识梳理
一、带电粒子的加速 分析带电粒子在静电力作用下加速运动的两种方法: 1.利用牛顿第二定律F=ma和运动学公式,只能用来分析带电粒子的
对α粒子:
1 2
mα
vα 2
=qαU.
所以 vH = qHmα = 1 4 = 2 . vα qαmH 2 1 1
答案: 2 ∶1
[针对训练1] (2019·河南洛阳校级检测)如图所示,水平放置的平行板电 容器,当两极板间的电势差U1=300 V时,一带负电的小球在两极板之间处 于静止,小球距下极板的距离h=1.44 cm.如果两极板间电势差突然减小 到U2=60 V,则带电小球运动到极板上需多长时间?(重力加速度g=10 m/s2)
m 水平方向做匀速运动,故 t= l =2.5×10-9 s,
v0 所以 y0= 1 at2=0.005 m.
2
(2)竖直方向速度 v1=at=4×106 m/s 从平行板出去后做匀速直线运动,水平和竖直方向都是匀速运动,水平方向 t1= s =5×10-9 s
v0 竖直方向 PM=v1t1=0.02 m; PO=PM+MO=PM+y0=0.025 m.
d
eU
学霸笔记
(1)对于匀强电场虽然用动力学观点和功能观点均可求解,但运用功能 观点列式更简单,故应优先选用功能观点. (2)若电场为非匀强电场,带电粒子做变加速直线运动,不能通过牛顿运 动定律求解.注意W=qU对一切电场适用,因此从能量的观点入手,由动能 定理来求解. (3)在匀强电场中运动的带电粒子,只受静电力时,可以利用动量Ft=Δp 计算运动时间.
科学思维
1.思考判断
(1)基本带电粒子在电场中不受重力.( × ) (2)带电粒子仅在静电力作用下运动时,动能一定增加.( × ) (3)带电粒子在匀强电场中偏转时,其速度和加速度均不变.( × ) (4) 带电粒子在匀强电场中无论是直线加速还是偏转 ,均做匀变速运 动.( √ ) (5)示波管电子枪的作用是产生高速飞行的电子束,偏转电极的作用是使 电子束发生偏转,打在荧光屏的不同位置.( √ ) (6)示波管的荧光屏上显示的是电子的运动轨迹.( × )
,
③
联立①②③式,解得 Ek= eUh . d
(2)由
1 2
m
v02
=
eUh d
,可得电子从
O
点射出的初速度
v0= 2eUh . md
法一 (动量定理)取初速度方向为正方向,从 O 点射出又返回 O 点的动
量变化Δp=-2m 2eUh , md
设电子从 O 点射出又返回 O 点所用的时间为 t,由动量定理有-Ft=Δp, 可得
2.思维探究 (1)若电子的质量为m、电荷量为e,电子枪的加速电压为U,加速后电子的 速度能否由牛顿第二定律求解?应如何求? 答案:不能用牛顿第二定律求解,因为不是匀强电场,静电力不是恒定的.
由动能定理 qU= 1 mv2 得 v= 2qU .
2
m
(2)大量带电粒子,质量不同,带电荷量相同,以相同的速度垂直电场进入
t=2 2mdh . eU
法二 (运动学规律)在从 A 点返回 O 点过程中,取初速度方向为正方向,
由运动学规律有-h= 1 2
a t02
,其中 a=
eU dm
,
得出 t0= 2mdh , eU
所以电子从 O 点射出又返回 O 点所用的时间为
t=2t0=2 2mdh . eU
答案:(1) eUh (2)2 2mdh
U1 U2 g
300 60 10
答案:0.06 s
要点二 带电粒子在电场中的偏转运动 [探究导学] 如图所示,质量为m、电荷量为q的带正电的粒子以初速度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,粒子可以从右侧穿出 电场.
隐含信息
板间的电场强度
电子在平行金属板中运动的 时间 电子在板间竖直方向上的位 移 电子出电场后做匀速直线运 动
解析:(1)竖直方向做匀加速直线运动,根据电容器电压与场强的关系得 E= U =9 000 V/m,F=Eq=9 000×1.6×10-19 N=1.44×10-15 N
d 又因为 F=ma,所以 a= F =1.6×1015 m/s2
穿越两极板的时间
t=
v0
.
qU
2.垂直 v0 方向上的分运动:做初速度为 零 的 匀加速直线 运动,加速度 a= md .
速度：vy
at
qU md
l v0
,
位移
:
y
1 2
at 2
1 2
qU md
l2 v02
.
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(由一对X偏 转电极板和一对Y偏转电极板组成)和 荧光屏 组成,如图所示.
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偏转极板上加一个信号电压, 在X偏转极板上加一扫描电压,在荧光屏上就会出现按Y偏转电压规律变 化的可视图象.
(1)电子飞出金属板时侧位移y0是多少? (2)电子离开电场后,打在屏上的P点,若s=10 cm,求OP的长.
审题指导:
题干关键 两板间距d=1 cm,两板间电压为 U=90 V 平行金属板长l=5 cm,电子水平 速度v0=2.0×107 m/s
电子飞出金属板时侧位移y0
电子离开电场后,打在屏上的P 点
(教师备用) [例1-1]如图所示,在点电荷 +Q激发的电场中有A,B两点,将质子和α 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?
解析:质子和α粒子都带正电,从A点释放都将受静电力作用加速运 动到B点,设A,B两点间的电势差为U,由动能定理可知,
对质子:
1 2
mH
vH 2
=qHU,
答案:(4)垂直电场方向速度 vx=v0.沿电场方向速度 vy=at= qUl . mdv0
(5)速度偏转角θ 的正切值 tan θ = vy = qUl .将合速度方向反向延长与初速 v0 mdv02
度方向延长线交于一点,这一点到射出点沿初速度方向的距离为 x′ = y =l .
tan 2
(6)粒子合位移与初速度方向的夹角α 的正切值.
(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?
答案:(1)由动能定理有
qU=
1 2
mv2-
1 2
m
v02
,得
v=
2qU mv02 . m
(2)由动能定理有-qU=
1 2
mv2-
1 2
m
v02
,得
v=
mv02 2qU . m
即比荷相同,则偏转距离 y 和偏转角θ相同.
(2)由于 y= ql2U = 1 · ql 2U ,tan θ= qlU = 1 · qUl ,若以相
(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,中间的电场不再是匀强电场,上面的结果是否仍 然适用?为什么?
答案:(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.
[要点归纳] 1.两类带电体
(1)基本粒子: 如电子、正电子、质子、α 粒子、正离子、负离子等微观基本粒子,一 般都不考虑重力,但并不能忽略质量. (2)宏观微粒: 如带电小球、液滴、尘埃等细小宏观带电体,除非有特别说明或明确表 示,一般都要考虑重力.复合场中的某些带电体,要根据题目说明或运动 状态来判定是否考虑重力.
答案:(1)0.005 m (2)0.025 m
学霸笔记
(1)由于 y= ql2U = q · l2U ,tan θ= qlU = q · lU ,所以相同的初
2mv02d m 2v02d
mv02d m v02d
速度 v0 进入同一个偏转电场的带电粒子,不论 m,q 是否相同,只要 q 相同, m
匀变速 运动.
2.利用动能定理:qU=
1 2
mv2-
1 2
m v02
.若初速度为零,则
qU=
1 2
mv2,对于匀变
速运动和非匀变速运动都适用.
二、带电粒子的偏转
带电粒子垂直进入匀强电场的运动类似于物体的平抛运动.
l
1.v0 方向上的分运动:做 匀速直线
运动,
速 位度 移：: xvx
v0, v0t,
解析:设带电小球的电荷量为 q,质量为 m,两极板间的距离为 d,当 U1=300 V
时,小球处于静止,有 mg=q U1 ,当 U2=60 V 时,mg>q U 2 ,带电小球向下极板
d
d
做匀加速直线运动,由牛顿第二定律知 mg-q U 2 =ma,又 h= 1 at2,联立解得
d
2
t=
2U1h = 2 300 1.44 102 s=0.06 s.
答案:(6)合位移与初速度方向的夹角α
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高中物理精品课件： 带电粒子在电场中的运动
圆环的中点)，轨道的水平部分与半圆环相切于C点，D为水平轨道上的
一点，而且CD＝2R，把一质量m＝100 g、带电荷量q＝10－4 C的带负
电小球，放在水平轨道的D点，由静止释放后，在轨道的内侧运动．g
＝10 m/s2，则：
(1)小球到达B点时的速度是多大？
(2)小球到达B点时对轨道的压力是多大？
解析：(1)小球从 D 至 B 的过程中，由动能定理：
v
0
0
=
02
=
02 + 2
tan 2 tan
如图所示，有一带电粒子贴着A板沿水平方向射入匀强电场，当
偏转电压为U1时，带电粒子沿①轨迹从两板正中间飞出；当偏转
电压为U2时，带电粒子沿②轨迹落到B板中间；设粒子两次射入电
场的水平速度相同，则两次偏转电压之比为( A )
偏转距离 y＝ at ④
2
d
能飞出的条件为 y≤ ⑤
2
2Ud2
联立①～⑤式解得 U′≤ 2 ＝4.0×102 V
l
即要使电子能飞出，所加电压最大为 400 V.
[答案]
400 V
如图所示为真空示波管的示意图，电子从灯丝K发出(初速度不计)，经
灯丝与A板间的加速电压U1加速，从A板中心孔沿中心线KO射出，然后进
双光子医用直线加速
器是用于癌症放射治
疗的大型医疗设备，
它通过产生X射线和
电子线，对病人体内
的肿瘤进行直接照射，
从而达到消除或减小
肿瘤的目的。
一、带电粒子的加速
+
+q
++
m
+ +
V0=0
一点，而且CD＝2R，把一质量m＝100 g、带电荷量q＝10－4 C的带负
电小球，放在水平轨道的D点，由静止释放后，在轨道的内侧运动．g
＝10 m/s2，则：
(1)小球到达B点时的速度是多大？
(2)小球到达B点时对轨道的压力是多大？
解析：(1)小球从 D 至 B 的过程中，由动能定理：
v
0
0
=
02
=
02 + 2
tan 2 tan
如图所示，有一带电粒子贴着A板沿水平方向射入匀强电场，当
偏转电压为U1时，带电粒子沿①轨迹从两板正中间飞出；当偏转
电压为U2时，带电粒子沿②轨迹落到B板中间；设粒子两次射入电
场的水平速度相同，则两次偏转电压之比为( A )
偏转距离 y＝ at ④
2
d
能飞出的条件为 y≤ ⑤
2
2Ud2
联立①～⑤式解得 U′≤ 2 ＝4.0×102 V
l
即要使电子能飞出，所加电压最大为 400 V.
[答案]
400 V
如图所示为真空示波管的示意图，电子从灯丝K发出(初速度不计)，经
灯丝与A板间的加速电压U1加速，从A板中心孔沿中心线KO射出，然后进
双光子医用直线加速
器是用于癌症放射治
疗的大型医疗设备，
它通过产生X射线和
电子线，对病人体内
的肿瘤进行直接照射，
从而达到消除或减小
肿瘤的目的。
一、带电粒子的加速
+
+q
++
m
+ +
V0=0
带电粒子在电场中的运动ppt课件
2.2 带电粒子在电场中的运动
电子被加速后轰击重金属靶时，会产生射线，可用于放射治疗。
在原子物理、核物理等领域，带电粒子被加速成高能粒子，轰击
原子、原子核，帮助人类认识物质微观结构。
电子在加速器中
是受到什么力作
用而加速的呢?
两类带电粒子
1.微观带电粒子（基本粒子）：电子、质子、α粒子，正负离子等.
图如图所示。其中墨盒可以喷出极小的墨汁微粒，此微粒经过带电
室带上电后以一定的初速度垂直射入偏转电场，再经偏转电场后打
到纸上，显示出字符。不考虑墨汁微粒的重力，为使打在纸上的字
迹缩小(偏转距离减小)，下列措施可行的是( BC )
A．减小墨汁微粒的质量
B．增大偏转电场两板间的距离
C．减小偏转电场的电压
D．减小墨汁微粒的喷出速度
的匀强电场，如图所示。若两板间距 d＝1.0 cm，
板长 l＝5.0 cm，那么要使电子能从平行板间飞
出，两个极板上最大能加多大电压？
1 2
[解析] 加速过程，由动能定理得 eU＝ mv0
①
2
进入偏转电场，电子在平行于板面方向上做匀速运动 l＝v0t
②
F eU′
在垂直于板面的方向做匀加速直线运动,加速度 a＝m＝ dm ③
代入绝对值进行计算，方向另外判断；
凡是标量运算，涉及有正负号的相关物理量均代入正负号进
行计算。这样统一后计算就不易出错了。
例1. （多选）如图，在 P 板附近有一电子由静止开始向 Q 板运
动，则关于电子在两板间的运动情况，下列叙述正确的是 ( AC )
A.两板间距越大，加速度越小
B.两板间距离越小，则电子到达 Q 板时的
是 Ek1；如果 UAB＝－600 V，那么电子射出圆盘中心的动能是
电子被加速后轰击重金属靶时，会产生射线，可用于放射治疗。
在原子物理、核物理等领域，带电粒子被加速成高能粒子，轰击
原子、原子核，帮助人类认识物质微观结构。
电子在加速器中
是受到什么力作
用而加速的呢?
两类带电粒子
1.微观带电粒子（基本粒子）：电子、质子、α粒子，正负离子等.
图如图所示。其中墨盒可以喷出极小的墨汁微粒，此微粒经过带电
室带上电后以一定的初速度垂直射入偏转电场，再经偏转电场后打
到纸上，显示出字符。不考虑墨汁微粒的重力，为使打在纸上的字
迹缩小(偏转距离减小)，下列措施可行的是( BC )
A．减小墨汁微粒的质量
B．增大偏转电场两板间的距离
C．减小偏转电场的电压
D．减小墨汁微粒的喷出速度
的匀强电场，如图所示。若两板间距 d＝1.0 cm，
板长 l＝5.0 cm，那么要使电子能从平行板间飞
出，两个极板上最大能加多大电压？
1 2
[解析] 加速过程，由动能定理得 eU＝ mv0
①
2
进入偏转电场，电子在平行于板面方向上做匀速运动 l＝v0t
②
F eU′
在垂直于板面的方向做匀加速直线运动,加速度 a＝m＝ dm ③
代入绝对值进行计算，方向另外判断；
凡是标量运算，涉及有正负号的相关物理量均代入正负号进
行计算。这样统一后计算就不易出错了。
例1. （多选）如图，在 P 板附近有一电子由静止开始向 Q 板运
动，则关于电子在两板间的运动情况，下列叙述正确的是 ( AC )
A.两板间距越大，加速度越小
B.两板间距离越小，则电子到达 Q 板时的
是 Ek1；如果 UAB＝－600 V，那么电子射出圆盘中心的动能是
1.9 带电粒子在电场中的运动(课件) (共32张PPT)
【特别提醒】
(1)时间相等是两个方向分运动间联系的 桥梁． (2)若带电粒子除受电场力作用之外，还 受到重力作用或其他恒力作用，则同样要分解 成两个不同方向的简单的直线运动来处理． (3)如选用动能定理，则要分清有多少个 力做功，是恒力还是变力，以及初态和末态的 动能增量；如选用能量守恒定律，则要分清有 多少种形式的能在转化，哪种能量是增加的哪 种能量是减少的．
小结：
2．功能观点分析 粒子在电场中偏转同样只受电场力的作用，所以仍然 可以根据动能定理定量计算出射速度等物理量． 表达式 qU 1 2 1 2 ＝ mv － mv0适用于一切电场，尤其适用于仅需求解出射 2 2 速度时，但无法仅用此式求解出射速度的方向和偏移量等 物理量．
3．偏转运动的分析处理方法 平抛运动的研究方法是运动的合成和分解，带电粒子垂直 进入电场中的运动也可采用运动的合成和分解的方法进行．若带 电粒子仅受电场力作用以初速v0垂直进入匀强电场，则做类平抛
2．处理带电粒子在电场中运动问题的两种基 本思路
两个角度 内容 涉及知识 动力学角度 功能关系角度 功的公式及动能定理 可以是匀强电场，也 可以是非匀强电场， 电场力可以是恒力， 也可以是变力
应用牛顿第二定律结 合匀变速直线运动公 式 匀强电场，电场力是 恒力
选择条件
★求带电粒子的速度的两种方法 (1)从动力学角度出发，用牛顿第二定律和运动学知识 求解．由牛顿第二定律可知，带电粒子运动的加速度的大 小为： F Eq Uq a＝m＝ m ＝md 若一个带正电荷的粒子，在电场力作用下由静止开始 从正极板向负极板做匀加速直线运动，两极板间的距离为 d，则由公式 v2－v2 0＝2ax 可求得带电粒子到达负极板时的 速度为 v＝ 2ad＝ 2Uq m .
高二物理选修3-1第一章静电场第9节带电粒子在电场中的运动课件(共31张PPT)
可能质量不同，因而它们在电场中的加速 度可以互不相同，这是静电场与重力场的 重要区别。
示波管的原理
1.有一种电子仪器叫示波器，可以用来观察 电信号随时间变化的情况。
2.示波器的核心部件是示波管，如图所示是 它的原理图。它由电子枪、偏转电极和荧 光 屏组成，管内抽成真空。电子枪的作用 是产生高速飞行的一束电子，前面例题1实 际上讲的就是电子枪的原理。
8.示波管是示波器的核心部件，它由电子枪、 偏转电极和荧光屏组成，如图所示，如果在荧 光屏上P点出现亮斑，那么示波管中的（ A ）
A．极板x应带正电，极板y应带正电 B．极板x′应带正电，极板y应带正电 C．极板x应带正电，极板y′应带正电 D．极板x′应带正电，极板y′应带正电
9.示波管内部结构如图所示，如果在电极YY′之 间加上图(a)所示的电压，在XX′之间加上图(b) 所示电压，荧光屏上会出现的波形是（ C ）
其中t为飞行2 时间。由于电子在平行于板面的方 向不受力，所以在这个方向做匀速运动，由
l ＝ v0t 可求得：t=l/v0 代入数据得：y=0.36cm 即电子射出时沿垂直于板面的方向偏离 0.36 cm。
（2）偏转角度θ如图所示，由于电子在平行 于板面的方向不受力，
它离开电场时，这个方
向的分速度仍是v0， 而垂 直于板面的分速度是
5.现代实验测出的电子电荷量是 e＝1.60×10-19C
【课堂训练】
1.如图所示装置，从A板释放的一个无初速电子 向B板方向运动，下列对电子的描述中正确的是 （ ABD） A.电子到达B板时动能是eU B.从B板到C板时动能变化为零 C.电子到达D板时动能是3eU D.电子在A板和D板之间往复运动
10.图(a)为示波管的原理图。如果在电极YY ′之 间所加的电压图按图(b)所示的规律变化，在电 极XX′之间所加的电压按图(c)所示的规律变化， 则在荧光屏上会看到的图形是（ B ）
示波管的原理
1.有一种电子仪器叫示波器，可以用来观察 电信号随时间变化的情况。
2.示波器的核心部件是示波管，如图所示是 它的原理图。它由电子枪、偏转电极和荧 光 屏组成，管内抽成真空。电子枪的作用 是产生高速飞行的一束电子，前面例题1实 际上讲的就是电子枪的原理。
8.示波管是示波器的核心部件，它由电子枪、 偏转电极和荧光屏组成，如图所示，如果在荧 光屏上P点出现亮斑，那么示波管中的（ A ）
A．极板x应带正电，极板y应带正电 B．极板x′应带正电，极板y应带正电 C．极板x应带正电，极板y′应带正电 D．极板x′应带正电，极板y′应带正电
9.示波管内部结构如图所示，如果在电极YY′之 间加上图(a)所示的电压，在XX′之间加上图(b) 所示电压，荧光屏上会出现的波形是（ C ）
其中t为飞行2 时间。由于电子在平行于板面的方 向不受力，所以在这个方向做匀速运动，由
l ＝ v0t 可求得：t=l/v0 代入数据得：y=0.36cm 即电子射出时沿垂直于板面的方向偏离 0.36 cm。
（2）偏转角度θ如图所示，由于电子在平行 于板面的方向不受力，
它离开电场时，这个方
向的分速度仍是v0， 而垂 直于板面的分速度是
5.现代实验测出的电子电荷量是 e＝1.60×10-19C
【课堂训练】
1.如图所示装置，从A板释放的一个无初速电子 向B板方向运动，下列对电子的描述中正确的是 （ ABD） A.电子到达B板时动能是eU B.从B板到C板时动能变化为零 C.电子到达D板时动能是3eU D.电子在A板和D板之间往复运动
10.图(a)为示波管的原理图。如果在电极YY ′之 间所加的电压图按图(b)所示的规律变化，在电 极XX′之间所加的电压按图(c)所示的规律变化， 则在荧光屏上会看到的图形是（ B ）
高中物理带电粒子在电场中的运动ppt课件
由动能定理得qU1＝12mv02，v0＝ 2qmU1.
(2)离子在偏转电场中运动的时间 t 由于偏转电场是匀强电场，所以离子的运动类似平抛运 动．即：水平方向为速度为 v0 的匀速直线运动；竖直方向为初 速度为零的匀加速直线运动．则离子在偏转电场中的运动时间
t＝vL0＝L
m 2qU1.
第一章 静电场
第一章 静电场
【特别提醒】 (1)对带电粒子进行受力分析、运动特点分 析、力做功情况分析是选择解题规律的关键．
(2)选择解题的方法是优先从功能关系角度考虑，应用功能 关系列式简单、方便，不易出错．
第一章 静电场
如下图所示，两平行金属板相距为d，电势差为U，一电子 质量为m，电荷量为e，从O点沿垂直于极板的方向射出，最远 到达A点，然后返回，|OA|＝h，此电子具有的初动能是( )
则：tan θ＝xy ql2U
则 x＝tany θ＝2mqlvU02d＝2l mv02d
由此可知，粒子从偏转电场中射出时，就好像是从极板 间的 l/2 处沿直线射出似的．
第一章 静电场
如下图所示，在xOy平面上第Ⅰ象限内有平行于y轴的有 界匀强电场，方向如图．y轴上一点P的坐标为(0，y0)，有一电 子以垂直于y轴的初速度v0从P点垂直射入电场中，当匀强电场 的场强为E时，电子从A点射出，A点坐标为(xA,0)，则A点速度 vA的反向延长线与速度v0的延长线交点坐标为( )
edh A. U
eU C.dh
B．edUh eUh
D. d
第一章 静电场
解析： 答案： D
第一章 静电场
2．证明粒子从偏转电场中射出时，就好像是从极板间 2l 处沿直线射出似的？
如图所示，粒子射出电场 时速度的反向延长线与初速 度方向的延长线相交于O点， O点与电场边缘的距离为x，
【课件】带电粒子在电场中的运动课件-2022-2023学年高二上学期物理人教版(2019)必修第三册
三、示波管
如图所示是示波管的原理图。它由 电子枪、偏转电极（XX′和YY′）、 荧光屏组成，管内抽成真空。
2.当示波管的偏转电极没有加电 压时，电子束将打在荧光屏上什 么位置？
偏转电极之间不加电压时， 电子束将做匀速直线运动打 在荧光屏中心位置O点，形 成一个亮斑。
三、示波管
如图所示是示波管的原理图。它由 电子枪、偏转电极（XX′和YY′）、 荧光屏组成，管内抽成真空。
三、示波管
练习3、（多选）如图是示波管的原理图。给电子枪通电后，如果在偏转电极XX′
和YY′上都没有加电压，电子束将打在荧光屏的中心O点，在那里产生一个亮斑。 下列说法正确的是( BCD ) A．要想让亮斑沿OY向上移动，需在偏转电 极YY′上加电压，且Y′比Y电势高 B．要想让亮斑移到荧光屏的右上方，需在偏 转电极XX′、YY′上加电压，且X比X′电势高、Y比Y′电势高 C．要想在荧光屏上出现一条水平亮线，需在偏转电极XX′上加特定的周期性变化 的电压(扫描电压) D．要想在荧光屏上出现一条正弦曲线，需在偏转电极XX′上加适当频率的扫描电 压、在偏转电极YY′上加按正弦规律变化的电压
d
带电粒子的速度方向与电场强度的方向相同
一、带电粒子在电场中的加速
2.如图所示，两平行金属板间电压为U，一带电粒子（不计重力）的电荷量 为+q，质量为m，从正极板上一小孔无初速度释放。思考以下问题：
U
(1)请利用牛顿第二定律结合匀变速直线运动规律，
分析粒子到达负极板时的速度v；
+ qF
_
m
dБайду номын сангаас
F qU ma d
q,m v0
d
U
粒子做类平抛运动
人教版高中物理必修三 《带电粒子在电场中的运动》PPT优质课件
粒子的加速问题时，一般应用动能定理。
第六页，共二十六页。
名师指点
解决带电粒子在电场中加速时的基本思路
第七页，共二十六页。
新知探究
知识点
1 带电粒子在电场中的加速
例题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=2500V，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
1 带电粒子在电场中的加速
2.两种处理方法：
(1)利用动力学公式求解：在匀强电场中也可利用牛顿定律结合运动学
公式分析，当解决的问题属于匀强电场且涉及运动时间等描述运动过
程的物理量时，适合用该思路分析。
F qU
a
m md
根据v v 2ad
2
2
2
1
可得v2 2qU / m
第五页，共二十六页。
A. 两带电小球所带电量可能相等
B. 两带电小球在电场中运动的时间一定相等
C. 两带电小球在电场中运动的加速度M一定大于N
D. 两带电小球离开电场时的动能M可能小于N
第十九页，共二十六页。
课堂训练
解析：ABC．竖直方向小球M做加速运动，小球N以相同的
速率做减速运动，且竖直方向位移大小相等，加速度相同，则
第九页，共二十六页。
新知探究
知识点
1 带电粒子在电场中的加速
例题2：如图所示，水平放置的A、B两平行板相距h，上板A带正电。现
有质量为m，带电量为+q的小球在B板下方距离为H处，以初速度V0竖直向
上从B板小孔进入板间电场，欲使小球刚好打到A板，A、B间电势差UAB应
为多少？
物理：1.9《带电粒子在电场中的运动》基础知识讲解课件(新人教版选修3-1)
仪器自身产生的锯齿形电压 荧 光 ，在
屏上就会出现按YY′偏转电压规律变化的可视图象 屏上就会出现按 偏转电压规律变化的可视图象. 偏转电压规律变化的可视图象
一、带电粒子的加速 1．受力分析：因带电粒子(电子、质子、α粒子 受 ．受力分析：因带电粒子 电子 质子、 粒子 电子、 粒子)受 到的重力远远小于电场力， 到的重力远远小于电场力，所以讨论带电粒子在电场中 运动的问题时可忽略重力，而带电液滴、小球、 运动的问题时可忽略重力，而带电液滴、小球、尘埃则 不可忽略重力， 不可忽略重力，在分析这类问题时只需求电场力与重力 的合力就可以了. 的合力就可以了
(3)偏转角度：tanθ＝ 偏转角度： 偏转角度 ＝
四、示波管的原理 1．构造 ． 示波管是示波器的核心部件， 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 电子枪由发 射电 子的灯 丝 、 ( 由发射电 空的玻璃壳， 加速电极组成)、 加速电极组成 、 YY′组成 和 组成)和 组成 偏转电极 (由偏转电极 由偏转电极XX′和偏转电极 由偏转电极 和偏转电极
第九节 带电粒子在电场中的运动
学习目标： 掌握带电粒子在电场中加速和偏转 学习目标 ： 1.掌握带电粒子在电场中加速和偏转 所遵循的规律. 所遵循的规律 2．知道示波管的主要构造和工作原理. ．知道示波管的主要构造和工作原理 重点难点： 重点难点 ： 应用动力学的观点和功能关系来分析 带电粒子在电场中的加速和偏转问题. 带电粒子在电场中的加速和偏转问题 易错问题： 易错问题 ： 何时考虑带电粒子在电场中运动时的 重力. 重力
一、带电粒子 1．带电粒子，如电子、质子等，由于质量很小， ．带电粒子，如电子、质子等，由于质量很小， 静电力，故重力可以忽略. 重力 远小于 静电力，故重力可以忽略 2．带电粒子在电场中运动的两种最简单的情况是 ． 加速和偏转. 加速和偏转
高中物理《带电粒子在电场中的运动》课件ppt
C.尽可能减小板间距d
v0
D.使电子的入射速度v0大些
h
h 1 ( eU )( L )2 2 md v0 h eL2
U 2mdv02
例7、a、b、c三个α粒子同时由同一点垂直进入偏转
电场,其轨迹如图，其中b恰好飞出电场，则（ ACD ）
A.在b飞离电场的同时，a刚好打在负极板上
B. b和c同时飞离电场
由⑤⑦式可知 a b c ⑧
课堂小结：
一、带电粒子在匀强电场中的平衡：F合=0
二、带电粒子的匀变 速直线运动
从动力学和运动学角度分析 从做功和能量的角度分析
三、带电粒子的匀变速曲线运动——偏转
粒子在与电场垂直的方向上做
类似平抛运动的分析方法
匀速直线运动
粒子在与电场平行的方向上 做初速度为零的匀加速运动
A.两板间距离越大，加速时间就越长，则获得的速率
就越大.
B.两板间距离越小，加速时间就越长，则获得的速率
就越大
C.与两板间的距离无关，仅与加速电压有关
D.以上解释都不对.
P
Q
eU 1 mv2
2
v 2eU m
v与d和t均无关.
U
2.带电粒子在电场中的匀变速曲线运动——偏转
例5、如图所示，在真空中水平放置一对金属板Y和Y’，
1、带电粒子的匀变速直线运动：
例3：如图所示，在真空中有一对平行金属板，板间 距离为d，两板间加以电压U．两板间有一个带正电 荷量为q的带电粒子 (不计重力) ，它在电场力的作用 下，由静止开始从正极板向负极板运动，到达负极板 时的速度有多大？
qE
若不计粒子重力，则该粒子沿
qE
电场线做匀加速直线运动。
C.进入电场时，c的速度最大，a的速度最小
2019-2020学年人教版高中物理选修3-1同步课件：第一章 习题课(二) 带电粒子(带电体)在电场中的运动
由牛顿运动定律可知kQr2q＝mrv2 代入数据解得 Q＝1.04×10－8 C. [答案] (1)3 cm (2)见解析 (3)带负电 1.04×10－8 C
[答案] D
【例 3】 两块水平平行放置的导体板如图甲所示，大量电 子(质量 m、电荷量 e)由静止开始，经电压为 U0 的电场加速后， 连续不断地沿平行板的方向从两板正中间射入两板之间．当两 板均不带电时，这些电子通过两板之间的时间为 3t0；当在两板 间加如图乙所示的周期为 2t0、幅值恒为 U0 的周期性电压时，恰 好能使所有电子均从两板间通过．求：
第一章 静电场
习题课(二) 带电粒子(带电体) 在电场中的运动
知识点一
带电体在电场中的直线运动
|知识归纳| 1．对处于电场中的带电粒子进行受力分析时，没有特殊说 明，一般情况下，基本粒子(比如电子、质子、α 粒子等)重力不 计，而带电小球、液滴、物块等所受重力要计． 2．粒子所受合外力 F 合≠0，且与初速度方向在同一条直线 上，带电粒子将做匀加速直线运动或匀减速直线运动，或变加 速直线运动．
(1)这些电子通过两板之间后，侧向位移的最大值和最小值 分别是多少？
(2)侧向位移分别为最大值和最小值的情况下，电子在刚穿 出两板之间时的动能之比为多少？
[解析] 画出电子在 t＝0 时和 t＝t0 时进入电场的 v -t 图象 如图 1 和图 2.
(1)vy1＝emUd0t0，vy2＝emUd02t0＝2emUd0t0， ymax＝212vy1t0＋vy1t0＝3vy1t0＝3emUd0t02＝d2， ymin＝12vy1t0＋vy1t0＝1.5vy1t0＝3e2Um0dt02＝d4，
A．到达 M 板，速度为零 B．到达 P 点，速度为零 C．到达 N 板，速度为零 D．到达 P 点，速度不为零
[答案] D
【例 3】 两块水平平行放置的导体板如图甲所示，大量电 子(质量 m、电荷量 e)由静止开始，经电压为 U0 的电场加速后， 连续不断地沿平行板的方向从两板正中间射入两板之间．当两 板均不带电时，这些电子通过两板之间的时间为 3t0；当在两板 间加如图乙所示的周期为 2t0、幅值恒为 U0 的周期性电压时，恰 好能使所有电子均从两板间通过．求：
第一章 静电场
习题课(二) 带电粒子(带电体) 在电场中的运动
知识点一
带电体在电场中的直线运动
|知识归纳| 1．对处于电场中的带电粒子进行受力分析时，没有特殊说 明，一般情况下，基本粒子(比如电子、质子、α 粒子等)重力不 计，而带电小球、液滴、物块等所受重力要计． 2．粒子所受合外力 F 合≠0，且与初速度方向在同一条直线 上，带电粒子将做匀加速直线运动或匀减速直线运动，或变加 速直线运动．
(1)这些电子通过两板之间后，侧向位移的最大值和最小值 分别是多少？
(2)侧向位移分别为最大值和最小值的情况下，电子在刚穿 出两板之间时的动能之比为多少？
[解析] 画出电子在 t＝0 时和 t＝t0 时进入电场的 v -t 图象 如图 1 和图 2.
(1)vy1＝emUd0t0，vy2＝emUd02t0＝2emUd0t0， ymax＝212vy1t0＋vy1t0＝3vy1t0＝3emUd0t02＝d2， ymin＝12vy1t0＋vy1t0＝1.5vy1t0＝3e2Um0dt02＝d4，
A．到达 M 板，速度为零 B．到达 P 点，速度为零 C．到达 N 板，速度为零 D．到达 P 点，速度不为零