1、第十章 靜電場中的能量10.5 帶電粒子在電場中的運動1.會分析帶電粒子在電場中的直線運動，掌握求解帶電粒子直線運動問題的兩種方法.2.會用運動的合成與分解的知識，掌握帶電粒子在電場中運動時的加速度、速度和位移等物理量的變化，分析帶電粒子在電場中的偏轉(zhuǎn)問題.3.能運用靜電力做功、電勢、電勢差、等勢面等概念研究帶電粒子運動時的能量轉(zhuǎn)化.4.了解示波管的工作原理，體會靜電場知識在科學(xué)技術(shù)中的應(yīng)用.學(xué)習(xí)目標(biāo) 電子被加速器加速后轟擊重金屬靶時，會產(chǎn)生射線，可用于放射治療。電子在加速器中是受到什么力的作用而加速的呢? 在原子物理、核物理等領(lǐng)域，帶電粒子被加速成高能粒子，轟擊原子、原子核，幫助人類認識物質(zhì)

2、微觀結(jié)構(gòu)。新課導(dǎo)入ABUdE+Fv【問題提出】如圖，一個質(zhì)量為m、帶正電荷q的粒子，只在靜電力的作用下由靜止開始從正極板A向負極板B運動。試計算粒子到達負極板時的速度？一、帶電粒子在電場中的加速方法一：動力學(xué)觀點： 主要用牛頓運動定律和勻變速直線運動的規(guī)律新課講解方法二：能量觀點： 利用動能定理一、帶電粒子在電場中的加速ABUdE+Fv總結(jié)：粒子加速后的速度只與加速電壓有關(guān)。若兩極板間不是勻強電場，該用何種方法求解？思考：若粒子的初速度為零,則:若粒子的初速度不為零,則:一、帶電粒子在電場中的加速能量觀點：動能定理方法：分析帶電粒子加速的問題，常有兩種思路 一種是利用牛頓第二定律結(jié)合勻變速直線

3、運動公式分析;另一種是利用靜電力做功結(jié)合動能定理分析。選擇：當(dāng)解決的問題屬于勻強電場且涉及運動時間等描述運動過程的物理量時，適合運用前一種思路分析;當(dāng)問題只涉及位移、速率等動能定理公式中的物理量或非勻強電場情景時，適合運用后一種思路分析。一、帶電粒子在電場中的加速多級加速問題：如圖多級平行板連接，能否加速粒子？UABCDEF多級直線加速器示意圖U0u0-u0tT2TU因交變電壓的變化周期相同，故粒子在每個加速電場中的運動時間相等。【例題】如圖甲，某裝置由多個橫截面積相同的金屬圓筒依次排列，其中心軸線在同一直線上，圓筒的長度依照一定的規(guī)律依次增加。序號為奇數(shù)的圓筒和交變電源的一個極相連，序號為偶

4、數(shù)的圓筒和該電源的另一個極相連。交變電源兩極間電勢差的變化規(guī)律如圖 乙所示。在 t0 時，奇數(shù)圓筒相對偶數(shù)圓筒的電勢差為正值，此時位于和偶數(shù)圓筒相連的金屬圓板（序號為0）中央的一個電子，在圓板和圓筒 1 之間的電場中由靜止開始加速，沿中心軸線沖進圓筒 1，為使電子運動到圓筒與圓筒之間各個間隙中都能恰好使靜電力的方向跟運動方向相同而不斷加速，圓筒長度的設(shè)計必須遵照一定的規(guī)律。若已知電子的質(zhì)量為m，電子電荷量為 e，電壓的絕對值為 u，周期為 T，電子通過圓筒間隙的時間可以忽略不計。則金屬圓筒的長度和它的序號之間有什么定量關(guān)系？第n 個金屬圓筒的長度應(yīng)該是多少？一、帶電粒子在電場中的加速一、帶電粒

5、子在電場中的加速【問題提出】如圖，一帶電粒子以垂直勻強電場的場強方向以初速度v0射入電場，若不計粒子的重力，帶電粒子將做什么運動？1.受力分析：僅受豎直向下的電場力做類平拋運動2.運動分析：v0q、mLd- - - - - - - - - -+ + + + + + + + + U+二、帶電粒子在電場中的偏轉(zhuǎn)垂直電場方向：勻速直線運動沿電場方向：初速度為零的勻加速直線運動 Ld+- - - - - - - - - - - - - + + + + + + + + + + + Uv0q、mF+vv0vyy偏轉(zhuǎn)角（偏向角）偏移距離（側(cè)移距離或側(cè)移量）【問題提出】如圖，粒子以初速度v0射入電場，求射出電

6、場時沿垂直于板面方向偏移的距離y和速度偏轉(zhuǎn)的角度。二、帶電粒子在電場中的偏轉(zhuǎn) Ld- - - - - - - -+ + + + + + + + + Uv0q、m+vyvv0y二、帶電粒子在電場中的偏轉(zhuǎn)1.飛行時間：2.加速度：3.豎直分速度：4.豎直分位移：5.速度偏轉(zhuǎn)角：1.初速度相同的帶電粒子，無論m、q是否相同，只要q/m相同，則偏轉(zhuǎn)距離y和偏轉(zhuǎn)角度都相同。(即軌跡重合)當(dāng)偏轉(zhuǎn)電場的U、L、d一定： Ld- - - - - - - - - -+ + + + + + + + + Uv0q、m+vyvv0y二、帶電粒子在電場中的偏轉(zhuǎn)2.初動能相同的帶電粒子，只要q相同，無論 m 是否相同，則

7、偏轉(zhuǎn)距離y和偏轉(zhuǎn)角度都相同。 (即軌跡重合)規(guī)律總結(jié)：YYXX-+-+-若金屬平行板水平放置，電子將在豎直方向發(fā)生偏轉(zhuǎn)。若金屬平行板豎直放置，電子將在水平方向發(fā)生偏轉(zhuǎn)。偏轉(zhuǎn)電極的不同放置方式二、帶電粒子在電場中的偏轉(zhuǎn)ABU1E+F- - - - - - - - - -+ + + + + + + + + U2+vyyvv0三、帶電粒子在電場中的加速和偏轉(zhuǎn)v0如圖，若粒子能從極板的右邊緣飛出偏轉(zhuǎn)電場，則末速度反向延長線交于水平位移的中點,粒子好像從極板間L/2處沿直線射出一樣。dL/2yv0-qvv0v+-LYXU2熒光屏光斑U1問題拓展：若粒子是從靜止經(jīng)過電場加速電壓U1加速后進入偏轉(zhuǎn)電場U2發(fā)

8、生側(cè)移y；離開電場后，打在熒光屏上形成光斑，光斑距熒光屏中心的距離Y。請結(jié)合前面結(jié)論，推出y與Y的表達式。-三、帶電粒子在電場中的加速和偏轉(zhuǎn)dL/2yv0-qvv0v+-LYXU2熒光屏光斑U1-三、帶電粒子在電場中的加速和偏轉(zhuǎn)四、帶電粒子在電場中偏轉(zhuǎn)的臨界問題播放3.某些帶電體是否考慮重力，要根據(jù)題目暗示或運動狀態(tài)來判定。1.帶電的基本粒子（微觀）：如電子、質(zhì)子、粒子、正負離子等。這些粒子所受重力和電場力相比小得多，除非有說明或明確的暗示以外，一般都不考慮重力。（但不能忽略質(zhì)量）。2.帶電微粒（宏觀）：如帶電小球、液滴、塵埃等。除非有說明或明確的暗示以外，一般都考慮重力。五、帶電粒子的重力問

9、題示波器的作用：六、示波管的原理 示波器是一種用途十分廣泛的電子測量儀器。它能把肉眼看不見的電信號變換成看得見的圖像，便于人們研究各種電現(xiàn)象的變化過程。示波器利用狹窄的、由高速電子組成的電子束，打在涂有熒光物質(zhì)的屏面上，就可產(chǎn)生細小的光點。示波器的核心部件是示波管。 在被測信號的作用下，電子束就好像一支筆的筆尖，可以在屏面上描繪出被測信號的瞬時值的變化曲線。加速電壓電子槍偏轉(zhuǎn)電極亮斑亮斑熒光屏電子槍產(chǎn)生高速飛行的電子束加速電壓示波管的構(gòu)造六、示波管的原理作用：思考與討論1：如果在電極 XX 之間不加電壓，而在 YY 之間也不加電壓，電子將打在熒光屏的什么位置？-+XXXXYYYY電子槍偏轉(zhuǎn)電極

10、熒光屏六、示波管的原理思考與討論2：如果在電極 XX 之間不加電壓，而在 YY 之間加不變電壓，使Y 的電勢比 Y 高，電子將打在熒光屏的什么位置？-+XXXXYYYY電子槍偏轉(zhuǎn)電極熒光屏六、示波管的原理思考與討論3：如果在電極 XX 之間不加電壓，而在 YY 之間加不變電壓，使 Y 的電勢比Y 高，電子將打在熒光屏的什么位置？-+XXXXYYYY電子槍偏轉(zhuǎn)電極熒光屏六、示波管的原理思考與討論4：如果在 XX 之間不加電壓，而在 YY 之間加按圖示的規(guī)律變化的電壓，在熒光屏?xí)吹降氖裁礃拥膱D形？XXYYUYtOY 隨信號電壓同步變化，但由于視覺暫留和熒光物質(zhì)的殘光特性，只能看到一條豎直的亮線。

11、六、示波管的原理-+XXXXYYYY電子槍偏轉(zhuǎn)電極熒光屏思考與討論5：如果在電極 YY 之間不加電壓，而在 XX 之間加不變電壓，使 X 的電勢比 X 高，電子將打在熒光屏的什么位置？六、示波管的原理-+XXXXYYYY電子槍偏轉(zhuǎn)電極熒光屏思考與討論6：如果在電極 YY 之間不加電壓，而在 XX 之間加不變電壓，使 X 的電勢比 X 高，電子將打在熒光屏的什么位置？六、示波管的原理UXt掃描電壓總結(jié)：若 XX 所加的電壓為特定的周期性變化電壓，則亮斑在水平方向來回運動一一掃描，如果掃描電壓變化很快，亮斑看起來為一條水平的亮線。示波器圖象OXXYY六、示波管的原理思考與討論6：如果在 YY 之間

12、加如圖所示的交變電壓，同時在 XX 之間加鋸齒形掃描電壓，在熒光屏上會看到什么圖形？ABCDFABCt1DEFt2XXYYtOUYUXOtABCDEEFt2t1t2t1六、示波管的原理如果信號電壓是周期性的，并且掃描電壓與信號電壓的周期相同，就可以在熒光屏上得到待測信號在一個周期內(nèi)隨時間變化的穩(wěn)定圖象。示波器圖象tOUYUXOtXXYY六、示波管的原理六、示波管的原理A加速B偏轉(zhuǎn)C示波管ABUdE+Fv0課堂小結(jié)1.（2021廣東高二期末）靜電火箭是利用電場加速工作介質(zhì)形成高速射流而產(chǎn)生推力的。工作過程簡化圖如圖所示，離子源發(fā)射的帶電離子經(jīng)過加速區(qū)加速，進入中和區(qū)與該區(qū)域里面的電子中和，最后形

13、成中性高速射流噴射而產(chǎn)生推力。根據(jù)題目信息可知（）AM板電勢低于N板電勢B進入中和區(qū)的離子速度與離子帶電荷量無關(guān)C增大加速區(qū)MN極板的距離，可以增大射流速度而獲得更大的推力D增大極板間MN的電壓，可以增大射流速度而獲得更大的推力【正確答案:D】2.（2020石家莊市第十八中學(xué)高二月考）(多選）如圖所示，有兩個相同的帶電粒子A、B，分別從平行板間左側(cè)中點和貼近上極板左端處以不同的初速度垂直于電場方向進入電場，它們恰好都打在下極板右端處的C點，若不計重力，則可以斷定（）AA粒子的初動能是B粒子的2倍BA粒子在C點的偏向角的正弦值是B粒子的2倍CA、B兩粒子到達C點時的動能可能相同D如果僅將加在兩極板間的電壓加倍，A、B兩粒子到達下極板時仍為同一點D（圖中未畫出）【正確答案:ACD】【正確答案:ACD】【正確答案:C】4.（2020內(nèi)蒙古杭錦后旗奮斗中學(xué)高二期中）如圖所示，電子在電勢差為U1的電場中由靜止加速后，垂直射入電勢差為U2的偏轉(zhuǎn)電場。在滿足電子能射出偏轉(zhuǎn)電場的條件下，下列四種情況中，一定能使電子的偏轉(zhuǎn)角變大的是（）AU1變大，U2變大BU1變小，U2變小CU1變大，U2變小DU1變小，U2變大【正確答案:D】【正確答案:C】【正確答案:B】【正確答案: