第11讲 带电粒子在电场中的运动 【学生版】-新高二物理暑假预习讲义（人教版）.docxVIP

第11讲带电粒子在电场中的运动

学习目标

1.通过带电粒子在电场中的偏转学会类比的研究方法。

2.通过带电粒子在电场中加速、偏转过程的分析，培养学生的分析、推理能力。3.观察示波管，知道其主要构造和工作原理，体会静电场知识在科学技术中的应用。

知识点一带电粒子的加速

在研究原子等领域的问题时，需要带电粒子有很大的动能，如何使带电粒子获得很大的动能呢？

我国散裂中子源直线加速器

1.带电粒子在电场中加速(直线运动)的条件

只受电场力作用时，带电粒子的速度方向与电场强度的方向相同或相反。

2.分析带电粒子的加速问题有两种思路

(1)利用牛顿第二定律结合匀变速直线运动公式分析。适用于电场是匀强电场且涉及运动时间等描述运动过程的物理量，公式有qE＝ma，v＝v0＋at等。

(2)利用静电力做功结合动能定理分析。适用于问题涉及、等动能定理公式中的物理量或电场情景时，公式有qEd＝eq\f(1,2)mv2－eq\f(1,2)mveq\o\al(2,0)(匀强电场)或qU＝eq\f(1,2)mv2－eq\f(1,2)mveq\o\al(2,0)(任何电场)等。

【思考】

(1)为什么基本粒子，如电子、质子(eq\o\al(1,1)H)、α粒子(eq\o\al(4,2)He)、正离子、负离子等，在电场中一般不考虑重力？

(2)如何判断一个未知粒子在电场中运动时是否考虑重力？

1.带电粒子的分类及受力特点

(1)电子、质子、α粒子、离子等基本粒子，一般都不考虑重力。

(2)质量较大的微粒：带电小球、带电油滴、带电颗粒等，除有说明或有明确的暗示外，处理问题时一般都不能忽略重力。

2.带电粒子在电场中做直线运动问题的分析方法

例1(多选)图甲是一台医用电子直线加速器，该加速器通过加速电场使电子直线加速获得能量，轰击重金属靶产生射线，可用于放射治疗。其基本原理如图乙所示，电子由阴极射线发出，经B板的小孔进入两板间被加速，不计电子的重力，下列说法正确的是()

A.A板带正电，B板不带电

B.若两板间电压一定，改变板间距离，电子的加速度与板间距离乘积保持不变

C.若极板所带的电荷量一定，增大板间距离，电子获得的动能增大

D.若两板间电压一定，增大板间距离，电子获得的动能增大

训练1如图所示，电子由静止开始从A板向B板运动，到达B板时的速度为v，保持两板间的电压不变，则()

A.当增大两板间的距离时，速度v增大

B.当减小两板间的距离时，速度v减小

C.当减小两板间的距离时，速度v不变

D.当减小两板间的距离时，电子在两板间运动的时间变长

训练2如图，两块水平放置的平行金属板与电源连接，上、下板分别带正、负电荷。油滴从喷雾器喷出后，由于摩擦而带负电，油滴进入上板中央小孔后落到匀强电场中，通过显微镜可以观察到油滴的运动情况。两金属板间的距离为d，忽略空气对油滴的浮力和阻力。若油滴进入电场时的速度可以忽略，当两金属板间的电势差为U时，观察到某个质量为m的油滴进入电场后做匀加速运动，经过时间t运动到下极板。重力加速度为g。求该油滴所带电荷量。

知识点二带电粒子在电场中的偏转

如图，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，板间距为d，不计粒子的重力。带电粒子在垂直于电场方向做什么运动？带电粒子在沿电场方向做什么运动？

1.偏转规律

如图所示，质量为m、带电荷量为q的基本粒子(忽略重力)，以初速度v0平行于两极板进入匀强电场，极板长为L，极板间距离为d，极板间电压为U。

(1)运动性质

①沿初速度方向：速度为v0的匀速直线运动。

②垂直v0的方向：初速度为零的匀加速直线运动。

(2)运动规律

①偏移距离：因为t＝eq\f(L,v0)，a＝eq\f(qU,md)，

偏移距离y＝eq\f(1,2)at2＝eq\f(qUL2,2mveq\o\al(2,0)d)。

②偏转角度：因为vy＝at＝eq\f(qUL,mv0d)，tanθ＝eq\f(vy,v0)＝eq\f(qUL,mdveq\o\al(2,0))。

2.带电粒子在电场中运动实例分析——示波管

(1)构造：示波管主要是由电子枪、偏转电极(X1X2和Y1Y2)、荧光屏组成，管内抽成真空。

(2)扫描电压：X1X2偏转电极接入的是由仪器自身产生的锯齿形电压。

(3)示波管工作原理：被加热的灯丝发射出热电子，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偏转电极上加一个信号电压，在X偏转电极上加一个扫描电压，当扫描电压与信号电压的周期相同时，荧光屏上就会得到信号电压一个周期内的稳定图像。

【思考】

(1)观察带电粒子在电场中的运动，