9带电粒子在电场中的运动[学习目标]1.了解带电粒子在电场中的运动特点。(重点)2.会运用静电力、电场强度的概念，根据牛顿运动定律及运动学公式研究带电粒子在电场中的运动。(难点)3.会运用静电力做功、电势、电势差的概念，根据功能关系研究带电粒子在电场中的运动。(难点)4.了解示波管的构造和基本原理。一、带电粒子的加速1．基本粒子的受力特点：对于质量很小的基本粒子，如电子、质子等，它们受到重力的作用一般远小于静电力，故可以忽略。2．带电粒子的加速(1)带电粒子在电场加速(直线运动)条件：只受电场力作用时，初速度为零或与电场力方向相同。(2)分析方法：动能定理。(3)结论：初速度为零，带电荷量为q，质量为m的带电粒子，经过电势差为U的电场加速后，获得的速度为v＝。二、带电粒子的偏转质量为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，板间距离为d，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，加速度为a＝的匀加速直线运动。2．运动规律(1)偏移距离：因为t＝，a＝，所以偏移距离y＝at2＝。(2)偏转角度：因为vy＝at＝，所以tanθ＝＝。三、示波管的原理1．构造：示波管主要由电子枪、偏转电极(XX′和YY′)、荧光屏组成，管内抽成真空。2．原理(1)给电子枪通电后，如果在偏转电极XX′和YY′上都没有加电压，电子束将打在荧光屏的中心O点。(2)带电粒子在Ⅰ区域是沿直线加速的，在Ⅱ区域是偏转的。(3)若UYY′>0，UXX′＝0，则粒子向Y板偏移；若UYY′＝0，UXX′>0，则粒子向X板偏移。1．思考判断(正确的打“√”，错误的打“×”)(1)基本带电粒子在电场中不受重力。(×)(2)带电粒子仅在电场力作用下运动时，动能一定增加。(×)(3)带电粒子在匀强电场中偏转时，其速度和加速度均不变。(×)(4)带电粒子在匀强电场中无论是直线加速还是偏转，均做匀变速运动。(√)(5)示波管电子枪的作用是产生高速飞行的电子束，偏转电极的作用是使电子束发生偏转，打在荧光屏的不同位置。(√)2．如图所示，在匀强电场(场强大小为E)中，一带电荷量为－q的粒子(不计重力)的初速度v0的方向恰与电场线方向相同，则带电粒子在开始运动后，将()A．沿电场线方向做匀加速直线运动B．沿电场线方向做变加速直线运动C．沿电场线方向做匀减速直线运动D．偏离电场线方向做曲线运动C[带电粒子受到与运动方向相反的恒定的电场力作用，产生与运动方向相反的恒定的加速度，因此，带电粒子在开始运动后，将沿电场线做匀减速直线运动，故选项C正确。]3．如图所示，从炽热的金属丝逸出的电子(速度可视为零)，经加速电场加速后从两极板中间垂直射入偏转电场。电子的重力不计。在满足电子能射出偏转电场的条件下，下述四种情况中，一定能使电子的偏转角变大的是()A．仅将偏转电场极性对调B．仅增大偏转电极间的距离C．仅增大偏转电极间的电压D．仅减小偏转电极间的电压C[设加速电场的电压为U0，偏转电压为U，极板长度为L，间距为d，电子加速过程中，由U0q＝，得v0＝，电子进入极板后做类平抛运动，时间t＝，加速度a＝，竖直分速度vy＝at，tanθ＝＝，故可知C正确。]带电粒子的加速1.带电粒子的加速当带电粒子以很小的速度进入电场中，在静电力作用下做加速运动，示波管、电视显像管中的电子枪、回旋加速器都是利用电场对带电粒子加速的。2．处理方法可以从动力学和功能关系两个角度进行分析，其比较如下：动力学角度功能关系角度涉及知识应用牛顿第二定律结合匀变速直线运动公式功的公式及动能定理选择匀强电场，静电力是恒力可以是匀强电场，也可以是非匀强电条件场，电场力可以是恒力，也可以是变力【例1】如图所示，一个质子以初速度v0＝5×106m/s水平射入一个由两块带电的平行金属板组成的区域。两板距离为20cm，设金属板之间电场是匀强电场，电场强度为3×105N/C。质子质量m＝1.67×10－27kg，电荷量q＝1.60×10－19C。求质子由板上小孔射出时的速度大小。[解析]根据动能定理W＝mv－mv而W＝qEd＝1.60×10－19×3×105×0.2J＝9.6×10－15J所以v1＝＝m/s≈6×106m/s质子飞出时的速度约为6×106m/s。[答案]6...
