课件《带电粒子在电场中的运动》
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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
【人教版】高中物理选修3-1：1.9《第1课时-带电粒子在电场中的加速和偏转》ppt课件
▪ A．若两板不平行，则v<v0 ▪ B．若A板面积很小，B板面积很大，则
v<v0
▪ C．若A、B两板间的距离很大，则v<v0
▪ D．不论A、B两板是否平行、两板面积
大解小析及：电两容板器间和电距源离相多连，少电v压都保等持于不变v0，根据eU＝
1 2
mv2可知，不论A、B两板是否平行、两板面积大小及两
▪ B．2∶1,3∶2
▪ C．1∶1,3∶4
解析：粒子垂直电场进入做类平抛运动，水平方向x ＝v0t，得tA∶tB＝xA∶xB＝2∶1；竖直方向y＝12at2＝2qmE vx0 2，解得m＝q2Eyvx202，mA∶mB＝4∶3 ，D选项正确．
▪ 答案：D
▪ 1．下列粒子从初速度为零的状态经电压 U的电场加速后，粒子速度最大的是
小为：
a＝mF＝Emq＝mUqd 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－v20＝2ax 可求得带电粒子到达负极板时的
速度为 v＝ 2ad＝
2Uq m.
(2)从功能关系角度出发，用动能定理求解． 带电粒子运动过程中，只受电场力作用，电场力做的 功为：W＝qU 根据动能定理有：W＝12mv2－0，解得 v＝ 2mUq.
▪ 答案：BC
▪题 2压加型速，电然带子后进从电入静粒另止子一出个发的电被偏场1 转0强00度问V为的题5电
000 N/C的匀强偏转电场，进入时的速度
方向与偏转电场的方向垂直．已知偏转电
极长6 cm，求电子离开偏转电场时的速
度【及解其析】与进在入加速偏电转场电中获场得时的的动能速度方向之间
的E夹k＝角12m．v20＝qU0
《带电粒子在电场中的运动》PPT教学课件
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二、带电粒子的偏转
1．条件：带电粒子的初速度方向跟电场力的方向_垂__直_。
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一、带电粒子的加速
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1．带电粒子在电场中加速(直线运动)的条件：只受电场力作用 PPT素材：/sucai/
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手抄报：/shoucha obao/
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2．运动性质：带电粒子在匀强电场中做类平抛运动，运动轨迹 英语课件：/kejian/yingyu/ 美术课件：/kejian/meishu/
带电粒子在电场中的运动ppt
粒子的轨迹
定义
轨迹的形状取决于带电粒子的速度和加速度的方向。
形状
轨迹的弯曲程度取决于带电粒子所受的合力的大小和方向。
弯曲
03
偏转
当带电粒子的速度方向与所受合力方向不在同一直线上时，带电粒子将会发生偏转。
电场对粒子运动的影响
01
加速
电场对带电粒子产生力，使带电粒子获得加速度，从而改变带电粒子的速度和方向。
02
减速
当带电粒子的速度方向与所受合力方向相反时，带电粒子将会减速。
04
带电粒子在电场中的动力学
库仑力
带电粒子间相互作用的基本力，与电量成正比，与距离的平方成反比。
电场力
带电粒子在电场中受到的力，与电场强度成正比，与电荷成正比。
粒子的力
牛顿第二定律
描述粒子加速度与作用力的关系，F=ma。
电场中的牛顿第二定律
实验原理及步骤
实验数据的分析和处理
数据
记录的粒子轨迹、速度、时间和空间坐标等。
电荷粒子在电场中受到力的作用，可以控制粒子的运动轨迹和速度，实现带电粒子的定向移动和加速。
电场可以用于带电粒子的分离和检测，例如在离子色谱、质谱和电子显微镜等技术中，利用不同电场强度对带电粒子进行分离和检测。
电场在实验中的应用举例
电场对粒子的吸引或排斥
带电粒子在电场中受到电场的作用力后，其运动状态将发生变化，包括速度、加速度和轨迹等都将发生变化。
电场对粒子运动状态的影响
电场对粒子的作用
03
电场中带电粒子的运动规律
1
粒子的加速度
2
3
带电粒子在电场中受到的加速度是电场对带电粒子产生的力除以带电粒子的质量。
定义
加速度的方向与电场力的方向相同，因为电场力是带电粒子所受的合力。
定义
轨迹的形状取决于带电粒子的速度和加速度的方向。
形状
轨迹的弯曲程度取决于带电粒子所受的合力的大小和方向。
弯曲
03
偏转
当带电粒子的速度方向与所受合力方向不在同一直线上时，带电粒子将会发生偏转。
电场对粒子运动的影响
01
加速
电场对带电粒子产生力，使带电粒子获得加速度，从而改变带电粒子的速度和方向。
02
减速
当带电粒子的速度方向与所受合力方向相反时，带电粒子将会减速。
04
带电粒子在电场中的动力学
库仑力
带电粒子间相互作用的基本力，与电量成正比，与距离的平方成反比。
电场力
带电粒子在电场中受到的力，与电场强度成正比，与电荷成正比。
粒子的力
牛顿第二定律
描述粒子加速度与作用力的关系，F=ma。
电场中的牛顿第二定律
实验原理及步骤
实验数据的分析和处理
数据
记录的粒子轨迹、速度、时间和空间坐标等。
电荷粒子在电场中受到力的作用，可以控制粒子的运动轨迹和速度，实现带电粒子的定向移动和加速。
电场可以用于带电粒子的分离和检测，例如在离子色谱、质谱和电子显微镜等技术中，利用不同电场强度对带电粒子进行分离和检测。
电场在实验中的应用举例
电场对粒子的吸引或排斥
带电粒子在电场中受到电场的作用力后，其运动状态将发生变化，包括速度、加速度和轨迹等都将发生变化。
电场对粒子运动状态的影响
电场对粒子的作用
03
电场中带电粒子的运动规律
1
粒子的加速度
2
3
带电粒子在电场中受到的加速度是电场对带电粒子产生的力除以带电粒子的质量。
定义
加速度的方向与电场力的方向相同，因为电场力是带电粒子所受的合力。
最新带电粒子在电场和磁场中运动的应用PPT课件
电粒子回旋加速器的制造标志着人类可以利用 加速器实现高能粒子、粒子之间的方向，打开了 神秘的粒子物理学的大门。
N
D2
O
~
D1
B
两个半圆形的D形金属 盒，放置在垂直于D形 金属盒面的磁场中， 在两个D形金属盒的间 隙中施加加速粒子的 交变电场。
S 回旋加速器原理图
金属盒的电场屏蔽效应使得 D形金属盒内部不受外电场 的干扰，因此在其中运动的 带电粒子仅收到磁场的作用。
回旋共振频率与粒子的 f qB
速度与半径无关
2π m
电场的变化频率等于带电粒子的回旋共振频
率。确保交变电场使粒子加速、均匀磁场使粒子
回旋。
加速的带电粒子在D形金属盒作圆周运动，
出射的最大速率为 v qBR0 m
出射粒子的最大动能为
Ek
1 mv2
2
q 2 B 2 R02 2m
我国于1994 年建成的第一 台强流质子加 速器，可产生 数十种中短寿 命放射性同位 素.
随着粒子加速能量的提高，使得粒子的速度
非常大，此时需要考虑相对论效应：
m m0 1 v2 c2
此时带电粒子的回旋周期：
T 2π m qB
2
qB
m0
1
v2 c2
与粒子速率相关，回旋加速器不可能把粒子加 速到很高的速率．
结束语
谢谢大家聆听！！！
16
正、负取决于载流子的正负
从霍尔系数的测量值的正、负可以判断导体载 流子的荷电性质
q>0,UH>0,P型半导体 q<0,UH<0,N型半导体
2）测量磁场 霍耳电压
IB UH RH d
三、回旋加速器
劳伦斯利用带电粒子在电、磁场中运动的基 本原理，1932年制造了世界第一台带电粒子回旋 加速器。此加速器可将质子和氘核加速到1MeV的 能量，为此1939年劳伦斯获得诺贝尔物理学奖.
N
D2
O
~
D1
B
两个半圆形的D形金属 盒，放置在垂直于D形 金属盒面的磁场中， 在两个D形金属盒的间 隙中施加加速粒子的 交变电场。
S 回旋加速器原理图
金属盒的电场屏蔽效应使得 D形金属盒内部不受外电场 的干扰，因此在其中运动的 带电粒子仅收到磁场的作用。
回旋共振频率与粒子的 f qB
速度与半径无关
2π m
电场的变化频率等于带电粒子的回旋共振频
率。确保交变电场使粒子加速、均匀磁场使粒子
回旋。
加速的带电粒子在D形金属盒作圆周运动，
出射的最大速率为 v qBR0 m
出射粒子的最大动能为
Ek
1 mv2
2
q 2 B 2 R02 2m
我国于1994 年建成的第一 台强流质子加 速器，可产生 数十种中短寿 命放射性同位 素.
随着粒子加速能量的提高，使得粒子的速度
非常大，此时需要考虑相对论效应：
m m0 1 v2 c2
此时带电粒子的回旋周期：
T 2π m qB
2
qB
m0
1
v2 c2
与粒子速率相关，回旋加速器不可能把粒子加 速到很高的速率．
结束语
谢谢大家聆听！！！
16
正、负取决于载流子的正负
从霍尔系数的测量值的正、负可以判断导体载 流子的荷电性质
q>0,UH>0,P型半导体 q<0,UH<0,N型半导体
2）测量磁场 霍耳电压
IB UH RH d
三、回旋加速器
劳伦斯利用带电粒子在电、磁场中运动的基 本原理，1932年制造了世界第一台带电粒子回旋 加速器。此加速器可将质子和氘核加速到1MeV的 能量，为此1939年劳伦斯获得诺贝尔物理学奖.
新教材鲁科版物理必修第三册课件：第2章 第4节 带电粒子在电场中的运动
(2)运动规律
①偏移距离：因为 t＝vl0，a＝mqUd，所以偏移距离
y＝12at2＝
qUl2 2mv20d
。
②偏转角度：因为 vy＝at＝dqmUvl0，所以
tan
θ＝vv0y＝
qUl dmv20
。
2．示波器的工作原理 (1)示波器的核心部件是_示_波_管___。 (2)示波管的结构和工作原理：构造如图所示。阴极射线管示波 器主要由电__子_枪___、偏__转_电_极____、荧光屏组成。
3．两个重要推论 (1)粒子从偏转电场中射出时，其速度方向的反向延长线与初速 度方向的延长线交于一点，此点为粒子沿初速度方向位移的中点。 (2)位移方向与初速度方向间夹角 α 的正切值为速度偏转角 θ 正 切值的12，即 tan α＝12tan θ。
4．分析粒子的偏转问题也可以利用动能定理，即 qEy＝ΔEk， 其中 y 为粒子在偏转电场中沿电场力方向的偏移量。
2．分析带电粒子在电场力作用下加速运动的两种方法 (1)力和运动的关系——牛顿第二定律 根据带电粒子受到的静电力，用牛顿第二定律求出加速度，结 合运动学公式确定带电粒子的速度、位移等。这种方法通常适用于 恒力作用下粒子做匀变速运动的情况。 例如：a＝mF＝qmE＝mqUd，v＝v0＋at，x＝v0t＋12at2。
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，板间距离为 d，不计粒子的重力。
1．运动分析及规律应用 粒子在两板间做类平抛运动，应用运动分解的知识进行分析处 理。 (1)在 v0 方向：做匀速直线运动。 (2)在电场力方向：做初速度为零的匀加速直线运动。
沪科版课件高中物理选修3-1：2.5《带电粒子在电场中的运动》
mv02d
y
qUl 2 2mv02d
与电量成正比 与电量成正比
强化练习
6、三个电子在同一地点沿同一直线垂直飞 入偏转电场，如图所示。则由此可判断（）
A、b和c同时飞离电场 B、在b飞离电场的瞬间，a刚好打在下极板
上 C、进入电场时，c速度最大，a速度最小 D、c的动能增量最小， a和b的动能增量一样大
五、示波器的原理
1.示波器作用：是一种用来观察电信号随时间变 化的电子仪器。
2.它的核心部件是示波管：由电子枪、偏转电极 和荧光屏组成，管内抽成真空。
五、示波器的原理
产生高速飞 锯齿形扫 行的电子束 描电压
使电子沿x 方向偏移
待显示的 电压信号
使电子沿Y 方向偏移
课堂小结：
一、利用电场使带电粒子加速
析与解
y
qUl 2 2mv02d
而yc yb
v0c ya
ybv0b又y又 t1atvl20
2
tc tb ta tb
而la lb v0a v0b
Ek W qEy
Eka Ekb Ekc
强化练习
6、三个电子在同一地点沿同一直线垂直飞 入偏转电场，如图所示。则由此可判断（）
l t
v0
与粒子比荷q/m成正比 与粒子初速度v0平方成反比
与电场的属性U、l、d有关
带电粒子在电场中的运动
三、带电粒子的偏转：（偏转角）
a F qE qU m m md
类平抛运动
t l v0
vy
at
qUl mv0 d
与粒子比荷q/m成正比
tan vy
v0
qUl mv02d
y
qUl 2 2mv02d
与电量成正比 与电量成正比
强化练习
6、三个电子在同一地点沿同一直线垂直飞 入偏转电场，如图所示。则由此可判断（）
A、b和c同时飞离电场 B、在b飞离电场的瞬间，a刚好打在下极板
上 C、进入电场时，c速度最大，a速度最小 D、c的动能增量最小， a和b的动能增量一样大
五、示波器的原理
1.示波器作用：是一种用来观察电信号随时间变 化的电子仪器。
2.它的核心部件是示波管：由电子枪、偏转电极 和荧光屏组成，管内抽成真空。
五、示波器的原理
产生高速飞 锯齿形扫 行的电子束 描电压
使电子沿x 方向偏移
待显示的 电压信号
使电子沿Y 方向偏移
课堂小结：
一、利用电场使带电粒子加速
析与解
y
qUl 2 2mv02d
而yc yb
v0c ya
ybv0b又y又 t1atvl20
2
tc tb ta tb
而la lb v0a v0b
Ek W qEy
Eka Ekb Ekc
强化练习
6、三个电子在同一地点沿同一直线垂直飞 入偏转电场，如图所示。则由此可判断（）
l t
v0
与粒子比荷q/m成正比 与粒子初速度v0平方成反比
与电场的属性U、l、d有关
带电粒子在电场中的运动
三、带电粒子的偏转：（偏转角）
a F qE qU m m md
类平抛运动
t l v0
vy
at
qUl mv0 d
与粒子比荷q/m成正比
tan vy
v0
qUl mv02d
带电粒子在电场中的运动 带电粒子在电场中的运动(课件)高二物理(沪科版2020上海必修第三册)
解析 两板间电压为U保持不变，设板间距为d，电 子在板间的加速度为a， 据牛顿第二定律有 qUd ＝ma，可得电子的加速度 a＝qmUd， 故两板间距离越小，电子的加速度就越大，B错误； 电子在板间做匀加速直线运动，可得 d＝12at2，可得 t＝d 2qUm， 故两板间距离越大，加速时间越长，A错误； 由动能定理可得 qU＝12mv2，电子到达 Q 板时的速率 v＝ 2qmU，与两板 间距离无关，仅与加速电压有关，C 正确，D 错误.
(2)电子在偏转电场中运动的加速度a的大小； 答案 1.1×1015 m/s2
解析 根据牛顿第二定律得 a＝emE 代入数据得 a＝332×1014 m/s2≈1.1×1015 m/s2；
(3)电子离开偏转电场时的速度方向与进入该 电场时的速度方向之间的夹角θ. 答案 45°
解析 粒子在偏转电场中的运动时间为 t＝vLx 离开电场时的竖直分速度为vy＝at 又有 tan θ＝vvxy 代入数据解得θ＝45°.
场加速，沿直线垂直进入另一个场强为E＝6 000 V/m的匀强偏转电场，
而后电子从右侧离开偏转电场.已知电子比荷为
me ≈×1196011 C/kg，不计
电子的重力，偏转极板长为L＝6.0×10－2 m.求：
(1)电子经过电压U加速后的速度vx的大小； 答案 8×106 m/s
解析 根据动能定理得 eU＝12mvx2 代入数据解得vx＝8×106 m/s；
所以aQ>aP，故B错误；
根据牛顿第二定律，有qE＝ma
②
由①②两式解得 q＝2Emt2y， 所以它们所带的电荷量之比qP∶qQ＝1∶2，故D正确； 根据动能定理，有qE·y＝ΔEk，又qP∶qQ＝1∶2，yP∶yQ＝1∶2， 所以动能增加量之比ΔEkP∶ΔEkQ＝1∶4，故C错误.
带电粒子在交变电场中运动 图解法示例(共8张PPT)
B.
v / m/s 若电子是在
如图，A板的电势UA＝0，B板的电势UB随时间的变化规律如图所示。 ②画出 a-t、v-t图
若电子是在t＝0时刻从A板小孔进入的，它将一直向B板运动
v B.
若若电电子 子是是在在tt＝＝3TT//48时时刻刻0进进入入的的，它可能时而向的
U/ v
U0
0
则 A.
-U0
②画出 a-t、v-t图
B a/ m/s2 若电子是在t＝T/8时刻进入的，它可能时而向B板运动，时而向A板运动,最后打在B板上 C. 若电子是在t＝3T/8时刻进入的，它可能时而向B板运动，时而向A板运动,最后打在B板上
若电子是在t＝T/8时刻进入的，它可能时而向B板运动，时而向A板运动,最后打在B板上 C.
A.若电子是在t＝0时刻从A板小孔进入的， 它将一直向B板运动
B.若电子是在t＝T/8时刻进入的，它可能时 而向B板运动，时而向A板运动,最后打在B板上
C.若电子是在t＝3T/8时刻进入的，它可能 时而向B板运动，时而向A板运动,最后打在B板
上
D.若电子是在t＝T/2时刻进入的，它可能时
而向B板、时而向A板运动.
3T/2 3T/2
0
-v0
T/2
T
3T/2
2T
2T 2T
t/s t/s t/s
U/ v
U0
0
-U0
若电子是在t ＝ T/4时刻进入的
T/2
T
3T/2
2T
a/ m/s2
a0
0
-a0
T/2
T
3T/2
2T
v / m/s
v0
0
-v0
T/2
带电粒子在电场中的运动--优质获奖课件
答案 C
借题发挥 解答本题的关键是要通过读题理解 灵敏度的物理含义，然后通过运算得出灵敏度 的表达式来加以分析选择．
【变式 2】 示波管是一种多功能电学仪器，它的工作原理可 以等效成下列情况：如图 1－4－8 所示，真空室中电极 K 发出电 子(初速度不计)，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．金属板长为 L，相距为 d，当 A、B 间电压为 U2 时电子偏离中心线飞出电场打到荧光屏上而显 示亮点．已知电子的质量为 m、电荷量为 e，不计电子重力，下列 情况中一定能使亮点偏离中心距离变大的是( )．
度为vy.根据题意得：eU1＝12mv20.
①
电子在A、B间做类平抛运动，当其离开偏转电场时侧向速
度为vy＝at＝emUd2·vL0.
②
结合①②式，速度的偏转角θ满足： tan θ＝vv0y＝2Ud2UL1. 显然，欲使θ变大，应该增大U2、L，或者减小U1、d.正确选 项是B.
答案 B
【典例 3】 在如图 1－4－9 所示的平行板电容器的两板 A、 B 上分别加如图 1－4－10①、②所示的两种电压，开始 B 板的电 势比 A 板高．在电场力作用下原来静止在两板中间的电子开始运 动．若两板间距足够大，且不计重力，试分析电子在两种交变电 压作用下的运动情况，并画出相应的 v－t 图象．
式中vy＝at＝qdUm1·vl0，vx＝v0，代入得tan θ＝mqUv201dl .
粒子从偏转电场中射出时偏移量y＝
1 2
at2＝
1 2
·qdUm1
·vl0
2，作粒
子速度的反向延长线，设交于O点，O点与电场边缘的距离为x，
qU1l2 则x＝tany θ＝2qdUm1vl02＝2l .