第九节带电粒子在电场中的运动第九节带电粒子在电场中的运动 第一章第一章 静电场静电场学习目标学习目标1.会分析带电粒子在电场中的受力特点和运动特点会分析带电粒子在电场中的受力特点和运动特点2掌握带电粒子在电场中加速和偏转遵循的规律掌握带电粒子在电场中加速和偏转遵循的规律3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 第一章第一章 静电场静电场一、带电粒子的加速一、带电粒子的加速1带电粒子：对于质量很小的带电粒子，如电子、质子等，带电粒子：对于质量很小的带电粒子，如电子、质子等，虽然它们也会受到万有引力虽然它们也会受到万有引力(重力重力)的作用，但一般说来的作用，但一般说来_静电力，可以忽略静电力，可以忽略远小于远小于动能定理动能定理判一判判一判1.(1)质量很小的粒子不受万有引力的作用质量很小的粒子不受万有引力的作用.()(2)带电粒子在电场中只受电场力作用时，电场力一定做正功带电粒子在电场中只受电场力作用时，电场力一定做正功. ()(3)电场力做正功时，粒子动能一定增加电场力做正功时，粒子动能一定增加()提示：提示：(1)(2)(3)二、带电粒子的偏转二、带电粒子的偏转1进入电场的方式：进入电场的方式：以初速度以初速度v0垂直于电场方向进入匀强电垂直于电场方向进入匀强电场场匀速直线匀速直线匀加速直线匀加速直线3运动规律运动规律(如图如图)想一想想一想2.所带电荷量相同的不同粒子，以相同的初速度垂所带电荷量相同的不同粒子，以相同的初速度垂直电场线射入匀强电场，它们在电场中的运动相同吗？直电场线射入匀强电场，它们在电场中的运动相同吗？提示：提示：不一定相同不一定相同.如果电性不同，带电粒子在电场中的偏转如果电性不同，带电粒子在电场中的偏转方向不同；如果质量不同，它们在电场中的加速度不同方向不同；如果质量不同，它们在电场中的加速度不同.三、示波管的原理三、示波管的原理1构造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, 内部主要由内部主要由_(发射电子的灯丝、加速电极组成发射电子的灯丝、加速电极组成)、_(由一对由一对X偏转电极板和一对偏转电极板和一对Y偏转电极板组成偏转电极板组成)和和_组成，如图所示组成，如图所示电子枪电子枪偏转电极偏转电极荧光屏荧光屏2原理原理(1)扫描电压：扫描电压：XX偏转电极接入的是由仪器自身产生的锯齿偏转电极接入的是由仪器自身产生的锯齿形电压形电压(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，如果在加速电场加速后，以很大的速度进入偏转电场，如果在Y偏偏转极板上加一个转极板上加一个_,在在X偏转极板上加一偏转极板上加一_,在荧光屏上就会出现按在荧光屏上就会出现按Y偏转电压规律变化的可偏转电压规律变化的可视图像视图像信号电压信号电压扫描电压扫描电压1带电粒子的分类带电粒子的分类(1)微观粒子微观粒子如电子、质子、如电子、质子、粒子、离子等，除有说明或有明确的暗示以粒子、离子等，除有说明或有明确的暗示以外，此类粒子一般不考虑重力外，此类粒子一般不考虑重力(但并不忽略质量但并不忽略质量)(2)宏观微粒宏观微粒如液滴、油滴、尘埃、小球等，除有说明或有明确的暗示以如液滴、油滴、尘埃、小球等，除有说明或有明确的暗示以外，一般都不能忽略重力外，一般都不能忽略重力带电粒子在电场中的加速带电粒子在电场中的加速2处理思路处理思路(1)受力分析受力分析仍按力学中受力分析的方法分析，只是多了一个电场力而已，仍按力学中受力分析的方法分析，只是多了一个电场力而已，如果带电粒子在匀强电场中，则电场力为恒力如果带电粒子在匀强电场中，则电场力为恒力(qE)；如果在非；如果在非匀强电场中，则电场力为变力匀强电场中，则电场力为变力(2)运动过程分析运动过程分析带电粒子沿与电场线平行的方向进入匀强电场，受到的电场力带电粒子沿与电场线平行的方向进入匀强电场，受到的电场力与运动方向在同一条直线上，做匀加与运动方向在同一条直线上，做匀加(减减)速直线运动速直线运动 如图所示，在如图所示，在P板附近有一电子由静止开始向板附近有一电子由静止开始向Q板运动板运动已知两极板间电势差为已知两极板间电势差为U，板间距为，板间距为d，电子质量为，电子质量为m，电荷量，电荷量为为e.则关于电子在两板间的运动情况则关于电子在两板间的运动情况,下列叙述正确的是下列叙述正确的是()A若将板间距若将板间距d增大一倍，则电子到达增大一倍，则电子到达Q板的速率保持不变板的速率保持不变B若将板间距若将板间距d增大一倍，则电子到达增大一倍，则电子到达Q板的速率也增大一倍板的速率也增大一倍C若将两极板间电势差若将两极板间电势差U增大一倍，则电子到达增大一倍，则电子到达Q板的时间保板的时间保持不变持不变D若将两极板间电势差若将两极板间电势差U增大一倍，增大一倍，则电子到达则电子到达Q板的时间减为一半板的时间减为一半思路探究思路探究(1)电子在板间做什么运动？电子在板间做什么运动？(2)有哪些方法可以求解有哪些方法可以求解v、t?AD带电粒子在电场中的偏转带电粒子在电场中的偏转特别提醒：特别提醒：对带电粒子在电场中的偏转问题也可以选择动能对带电粒子在电场中的偏转问题也可以选择动能定理求解，但只能求出速度的大小，不能求出速度的方向，定理求解，但只能求出速度的大小，不能求出速度的方向，涉及方向问题，必须采用把运动分解的方法涉及方向问题，必须采用把运动分解的方法 (2014聊城三中高二月考聊城三中高二月考)一束电子流在经一束电子流在经U5 000 V的加速电压加速后的加速电压加速后,在距两极板等距离处垂直进入平行板间的在距两极板等距离处垂直进入平行板间的匀强电场，如图所示若两板间距匀强电场，如图所示若两板间距d1.0 cm，板长，板长l5.0 cm，那么要使电子能从平行板间飞出，两个极板上最大能加，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多大电压？电压？思路探究思路探究如果平行板间电压不断增大，偏转距离如果平行板间电压不断增大，偏转距离y将如何将如何变化？电子的运动轨迹如何变化？变化？电子的运动轨迹如何变化？答案答案400 V(1)处理带电粒子在电场中先加速后偏转的问题，常用的方法处理带电粒子在电场中先加速后偏转的问题，常用的方法是动能定理、运动的合成与分解、牛顿运动定律、运动学公是动能定理、运动的合成与分解、牛顿运动定律、运动学公式等，通常将运动分解成平行电场强度方向的匀变速直线运式等，通常将运动分解成平行电场强度方向的匀变速直线运动和垂直电场强度方向的匀速运动动和垂直电场强度方向的匀速运动(2)带电粒子能否飞出偏转电场，关键看带电粒子在电场中的带电粒子能否飞出偏转电场，关键看带电粒子在电场中的偏移量，粒子恰能飞出极板和粒子恰不能飞出极板，对应着偏移量，粒子恰能飞出极板和粒子恰不能飞出极板，对应着同一临界状态，分析时根据题意找出临界状态，由临界状态同一临界状态，分析时根据题意找出临界状态，由临界状态来确定极值，这是求解极值问题的常用方法来确定极值，这是求解极值问题的常用方法2. 如图所示，一束带电粒子如图所示，一束带电粒子(不计重力不计重力)垂直电场方向进入偏转垂直电场方向进入偏转电场，试讨论在以下情况中，粒子应具有什么条件，才能得到电场，试讨论在以下情况中，粒子应具有什么条件，才能得到相同的偏转距离相同的偏转距离y和偏转角度和偏转角度，已知粒子的电荷量为，已知粒子的电荷量为q,质量为质量为m，极板长度为，极板长度为l，间距为，间距为d，电势差为，电势差为U.l、d、U为定值为定值,q、m为不定值为不定值(1)以相同的初速度以相同的初速度v0进入偏转电场；进入偏转电场；(2)以相同的初动能以相同的初动能Ek0进入偏转电场；进入偏转电场；(3)先由同一电场直线加速后再进入偏转电场先由同一电场直线加速后再进入偏转电场答案：见解析答案：见解析规范答题规范答题带电粒子在电场中的圆周运动带电粒子在电场中的圆周运动范例范例(2013高考新课标全国卷高考新课标全国卷)(18分分)如图，匀强电场中有一半径为如图，匀强电场中有一半径为r的光滑绝缘圆轨道，轨道平面的光滑绝缘圆轨道，轨道平面与电场方向平行与电场方向平行a、b为轨道直径的两端，该直径与电场方为轨道直径的两端，该直径与电场方向平行一电荷为向平行一电荷为q(q0)的质点沿轨道内侧运动经过的质点沿轨道内侧运动经过a点和点和b点时对轨道压力的大小分别为点时对轨道压力的大小分别为Na和和Nb.不计重力，求电场强不计重力，求电场强度的大小度的大小E、质点经过、质点经过a点和点和b点时的动能点时的动能名师点评名师点评电场中带电粒子在竖直平面内做圆周运动，临界电场中带电粒子在竖直平面内做圆周运动，临界状态在等效状态在等效“最高点最高点”.( (1) )等效等效“最高点最高点”的特点：的特点：mg和和Eq的合力与绳的拉力在同一的合力与绳的拉力在同一直线上，且方向相同直线上，且方向相同.( (2) )等效等效“最低点最低点”的特点：物体速度最大，绳的拉力最大，的特点：物体速度最大，绳的拉力最大，mg和和Eq的合力与绳的拉力在同一直线上，且方向相反的合力与绳的拉力在同一直线上，且方向相反.