高二物理第八节 带电粒子在电场中的运动知识精讲 人教实验版

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1、高二物理第八节带电粒子在电场中的运动知识精讲人教实验版一.本周教学内容：第八节带电粒子在电场中的运动二.教学要点：了解带电粒子在电场中的运动——只受电场力，带电粒子做匀变速运动。重点掌握初速度与场强方向垂直的带电粒子在电场中的运动（类平抛运动）。知道示波管的主要构造和工作原理。三.重点、难点：带电粒子在电场中的加速和偏转规律，带电粒子在电场中的偏转问题及应用。四.疑难解析：1.研究带电粒子在电场中运动的两种方法带电粒子在电场中的运动，是一个综合电场力、电势能的力学问题，研究的方法与质点动力学相同，它同样遵循运动的合成与分解、牛顿运动定律、动量定

2、理、动能定理等力学规律，处理问题的要点是要注意区分不同的物理过程，弄清在不同的物理过程中物体的受力情况及运动性质，并选用相应的物理规律，在解题时，主要可以选用下面两种方法。（1）力和运动关系——牛顿第二定律：根据带电粒子受到电场力，用牛顿第二定律找出加速度，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受恒力作用下作匀变速运动。（2）功和能的关系——动能定理：根据电场力对带电粒子所做的功，引起带电粒子的能量发生变化，利用动能定理研究全程中能量的转化，研究带电粒子的速度变化、经历的位移等。这种方法同样也适用于不均匀的电场。带电粒子的

3、重力的问题若所讨论的问题中，带电粒子或者微观粒子重力不计。一般说来，有具体名称的如电子、质子、α粒子、离子等除有说明或有明确的暗示以外，一般都不考虑重力（但并不忽略质量）。要指出的是，忽略粒子的重力不是忽略粒子的质量。宏观微小质点：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3.带电粒子的加速（1）运动状态分析：带电粒子沿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直线上，做匀加（减）速直线运动。（2）用功能观点分析：粒子动能的变化量等于电场力做的功（电场可以是匀强电场或非匀强电场）。若粒子的初速度为

4、零，则：=qU，v=若粒子的初速度不为零，则：－=qU，v=4.带电粒子在匀强电场中的偏转（1）运动状态分析：带电粒子以速度v0垂直于电场线方向飞入匀强电场时，受到恒定的与初速度方向成90º角的电场力作用而做匀变速曲线运动。（2）偏转问题的分析处理方法类似于平抛运动的分析处理，应用运动的合成和分解的方法：沿初速度方向为匀速直线运动，运动时间：t=1／v0沿电场力方向为初速度为零的匀加速度直线运动：a=F/m=qE／m=qU／md离开电场时的偏移量：y==离开电场时的偏转角：tanθ==（3）推论：在图1中，设带电粒子质量为m、带电量为q，以速度

5、v0垂直于电场线射入匀强偏转电场，偏转电压为U1。若粒子飞出电场时偏角为θ，则tanθ=。式中图1v⊥=at=·，vx=v0代入得tanθ==。粒子从偏转电场中射出时偏移量y==，做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，则x===由此O点平分了沿初速方向的位移式可知，粒子从偏转电场中射出时，就好像是从极板间1／2处沿直线射出似的。说明：此推论在解题时可直接应用。（4）带电粒子先经加速电场（电压U1）加速，又进入偏转电场（电压U2），射出偏转电场时侧移y====偏角tanθ=。由以上分析可知：不同的带电粒子（电性相同），若经

6、同一电场加速后，又进入同一偏转电场，则它们的运动轨迹必然重合。5.示波管的原理如图2所示为示波管的原理图。注意：管的内部抽成真空。对示波管的分析有以下两种情形（1）偏转电极不加电压：从电子枪射出的电子将沿直线运动，射到荧光屏的中心点形成一个亮斑。（2）仅在XX’（或YY’）加电压：①若所加电压稳定，则电子流被加速、偏转后射到XX’或（yr）所在直线上某一点，形成一个亮斑（不在中心），如图3所示。在图3中，设加速电压为U1，偏转电压为U2，电子电量为e，电子质量为m，由W=ΔEK，得eU=①在电场中侧移y====②其中d为两板的间距水平方向t=1

7、／v0③又tanφ==④又=⑤由①②③④⑤得萤光屏上的侧移y’=（L+）=（L+）tanφ②若所加电压按某种函数规律变化，则亮斑在水平方向或竖直方向按相同函数规律往复运动。6.带电粒子飞出偏转电场条件的求解方法例：一带电粒子以速度v0沿平行金属板中线飞入电场，已知板长l，板间距离d，粒子的质量为m，电量为q，要使粒子飞出电场，则两板间电压应满足什么条件?分析：要使粒子能飞出电场，则应满足：t=l／v0，y<。而y==，所以<，即U<。7.对于复杂运动，通常将运动分解成两个方向的简单运动来求解在两个分方向可分别应用牛顿第二定律、运动学方程、动量定

8、理及动量守恒。但要注意不能单方向用动能定理，因为动能是标量，不能按矢量来分解。即t=l／v0，y<。8.图像法处理矩形波电压问题例：图4中A、B是一对