5．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。(重点)4.了解示波管的构造和基本原理。一、带电粒子的加速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．分析带电粒子加速问题的两种思路(1)利用牛顿第二定律结合匀变速直线运动公式来分析。(2)利用静电力做功结合动能定理来分析。二、带电粒子的偏转1．条件：带电粒子的初速度方向跟电场力的方向垂直。2．运动性质：带电粒子在匀强电场中做类平抛运动，运动轨迹是一条抛物线。3．分析思路：同分析平抛运动的思路相同，利用运动的合成与分解思想解决相关问题。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。甲示波管的结构乙荧光屏(从右向左看)(2)示波管的YY′偏转电极上加的是待测的信号电压，使电子沿YY′方向偏转。(3)示波管的XX′偏转电极上加的是仪器自身产生的锯齿形电压(如图所示)，叫作扫描电压，使电子沿XX′方向偏转。扫描电压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(电场强度大小为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．电子以初速度v0沿垂直场强方向射入两平行金属板中间的匀强电场中，现增大两板间的电压，但仍能使电子穿过该电场。则电子穿越平行板间的电场所需时间()A．随电压的增大而减小B．随电压的增大而增大C．与电压的增大无关D．不能判定是否与电压增大有关C[设板长为l，则电子穿越电场的时间t＝，与两极板间电压无关，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应用牛顿第二定律结合匀变速直线功的公式及动能定理知识运动公式选择条件匀强电场，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]6×106m/s上例中，若质子刚好不能从小孔中射出，其他条件不变，则金属板之间的电场强度至少为多大？方向如何？提示：根据动能定理－qE′d＝0－mv则E′＝＝N/C≈6.5×105N/C方向水平向左。1.如图所示，M和N是匀强电场中的两个等势面，相距为d，电势差为U，一质量为m(不计重力)、电荷量为－q的粒子以速度v0通过等势面M射入两等势面之间，则该粒子穿过等势面N的速度应是()A．B．v0＋C．D．C...
