2020_2021学年新教材高中物理第二章静电场的应用第二节带电粒子在电场中的运动课件
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提示：α 粒子所受电场力大、重力小；因重力远小于电场力，故可以忽略 重力。
(2)α 粒子的加速度是多大(结果用字母表示)？在电场中做何种运动？ 提示：α 粒子的加速度为 a＝mqUd。在电场中做初速度为 0 的匀加速直线 运动。 (3)计算 α 粒子到达负极板时的速度大小。(结果用字母表示，尝试用不同 的方法求解)
②原理 示波器的灯丝通电后给阴极加热，使阴极发射_电__子_，电子经阳极和阴极间 的电场加速聚焦后形成一很细的__电__子__束__，电子射出打在管底的__荧__光__屏_ 上，形成一个小亮斑。亮斑在荧光屏上的位置可以通过调节__Y_偏转板与 _X__偏转板上的电压大小来控制。
2．判一判
(1)带电粒子在匀强电场中一定做匀变速运动。
第二节 带电粒子在电场中的运动 核心素养点击
了解带电粒子在电场中只受电场力作用时的运动 物理观念
情况；知道示波管的主要构造和工作原理。 能综合运用力学和电学的知识分析、解决带电粒子 科学思维 在电场中的两种典型运动模型。 通过对带电粒子在电场中加速、偏转过程的分析， 科学态度 培养学生的分析、推理能力；通过知识的应用，培 与责任 养学生热爱科学的精神。
二、带电粒子在电场中的偏转 示波器
1．填一填 (1)运动特点
①垂直电场方向：不受力，做_匀__速__直__线___运动。 ②沿着电场方向：受恒定的电场力，做初速度为零的__匀__加__速_直__线___运动。
(2)运动规律
(3)示波器 ①构造 示波管是示波器的核心部件，主要由_电__子__枪__、_偏__转__系__统__和_荧__光__屏__组成， 如图所示。
如图所示，一个质子以初速度 v0＝5×106 m/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 20 cm，金属 板之间电场是匀强电场，电场强度为 3× 105 N/C。质子 质量 m＝1.67×10－27 kg，电荷量 q＝1.60×10－19 C。求质 子由板上小孔射出时的速度大小。
一、带电粒子在电场中的加速 1．填一填 (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，虽然它
们也会受到万有引力(重力)的作用，但万有引力(重力)一般远小于电场力，可 以忽略。 (2)初带速电度粒为子零加的速带问电题粒的子处，理经方过法电：势利差用为动能U 定的理电分场析加。速后，qU＝__12_m__v_2__，则
[答案] 6×106 m/s
[迁移·发散] 上述典例中，若质子刚好不能从右侧金属板上小孔中射出，其他条件不 变，则金属板之间的电场强度为多大？方向如何？ 提示：根据动能定理－qE′d＝0－12mv02 则 E′＝m2qvd02＝1.26×7×1.1600－×271×0－519××100.262 N/C≈ 6.5× 105 N/C 电场强度方向水平向左。
2qU v＝ ____m_____。 (3)加速器：利用__高__电__压__的电场来加速带电粒子，由于实际电压有限，科学
家制成了__直__线__加__速__器__，让带电粒子通过多级电场加速。
2．判一判
(1)基本粒子所受重力比电场力小得多，可以忽略不计。
(√ )
(2)带电粒子在电场中运动时，电场力对粒子一定做正功。
探究一 带电粒子的加速 [问题驱动] 如图所示，平行板电容器两板间的距离为 d＝5 cm，电势差为 U＝20 V。一质量为 m、带电荷量为 q 的 α 粒子，在电场力的作用 下由静止开始从正极板 A 向负极板 B 运动。 (1)比较 α 粒子所受电场力和重力的大小，说明重力能否忽略不计(α 粒子 质量是质子质量的 4 倍，即 m＝4×1.67×10－27 kg，电荷量是质子的 2 倍)。
(× )
(3)电场力对带电粒子做正功时，粒子的动能一定增大。
(× )
3．想一想 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 的速度是多少？ 提示：由动能定理得：qU＝12mv2－12mv02，解得 v＝ v02＋2mqU。
(√ )
(2)带电粒子垂直进入电场后偏转过程中的动能是不断增加的。
( √)
(3)带电粒子垂直进入电场后沿初速度方向做匀速直线运动，沿电场力方向做
初速度为零的匀加速直线运动。
(√ )
3．想一想 如图所示，带电粒子(不计重力)从两极板中间垂直电场线方向 进入电场，在电场中的运动时间与什么因素有关？
提示：若能离开电场，则由 t＝vL0可知，与极板的长度 L 和初速度 v0 有关； 若打在极板上，则由d2＝12·qmE t2 可知，与电场强度 E 和极板间距离 d 有关。
[素养训练] 1．[多选]如图所示，电子由静止开始从 A 板向 B 板运动，当到
[解析] 根据动能定理 W＝12mv12－12mv02 而 W＝qEd ＝1.60×10－19×3×105×0.2 J ＝9.6×10－15 J
所以 v1＝
97.×6×101－0－ 2715＋5×1062 m/s
≈6×106 m/s
质子射出时的速度约为 6×106 m/s。
提示：方法 1：利用动能定理求解。 由动能定理可知 qU＝12mv2 解得 v＝ 2mqU。
方法 2：利用牛顿运动定律结合运动学公式求解。 设 α 粒子到达负极板时所用时间为 t，则 d＝12at2 v＝at a＝mqUd 联立解得 v＝ 2mqU。
[重难释解] 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．分析带电粒子在电场力作用下加速运动的两种方法 (1)利用牛顿第二定律 F＝ma 和运动学公式，只能用来分析带电粒子的匀 变速运动。 (2)利用动能定理：qU＝12mv2－12mv02。若初速度为零，则 qU＝12mv2，对 于匀变速运动和非匀变速运动都适用。
(2)α 粒子的加速度是多大(结果用字母表示)？在电场中做何种运动？ 提示：α 粒子的加速度为 a＝mqUd。在电场中做初速度为 0 的匀加速直线 运动。 (3)计算 α 粒子到达负极板时的速度大小。(结果用字母表示，尝试用不同 的方法求解)
②原理 示波器的灯丝通电后给阴极加热，使阴极发射_电__子_，电子经阳极和阴极间 的电场加速聚焦后形成一很细的__电__子__束__，电子射出打在管底的__荧__光__屏_ 上，形成一个小亮斑。亮斑在荧光屏上的位置可以通过调节__Y_偏转板与 _X__偏转板上的电压大小来控制。
2．判一判
(1)带电粒子在匀强电场中一定做匀变速运动。
第二节 带电粒子在电场中的运动 核心素养点击
了解带电粒子在电场中只受电场力作用时的运动 物理观念
情况；知道示波管的主要构造和工作原理。 能综合运用力学和电学的知识分析、解决带电粒子 科学思维 在电场中的两种典型运动模型。 通过对带电粒子在电场中加速、偏转过程的分析， 科学态度 培养学生的分析、推理能力；通过知识的应用，培 与责任 养学生热爱科学的精神。
二、带电粒子在电场中的偏转 示波器
1．填一填 (1)运动特点
①垂直电场方向：不受力，做_匀__速__直__线___运动。 ②沿着电场方向：受恒定的电场力，做初速度为零的__匀__加__速_直__线___运动。
(2)运动规律
(3)示波器 ①构造 示波管是示波器的核心部件，主要由_电__子__枪__、_偏__转__系__统__和_荧__光__屏__组成， 如图所示。
如图所示，一个质子以初速度 v0＝5×106 m/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 20 cm，金属 板之间电场是匀强电场，电场强度为 3× 105 N/C。质子 质量 m＝1.67×10－27 kg，电荷量 q＝1.60×10－19 C。求质 子由板上小孔射出时的速度大小。
一、带电粒子在电场中的加速 1．填一填 (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，虽然它
们也会受到万有引力(重力)的作用，但万有引力(重力)一般远小于电场力，可 以忽略。 (2)初带速电度粒为子零加的速带问电题粒的子处，理经方过法电：势利差用为动能U 定的理电分场析加。速后，qU＝__12_m__v_2__，则
[答案] 6×106 m/s
[迁移·发散] 上述典例中，若质子刚好不能从右侧金属板上小孔中射出，其他条件不 变，则金属板之间的电场强度为多大？方向如何？ 提示：根据动能定理－qE′d＝0－12mv02 则 E′＝m2qvd02＝1.26×7×1.1600－×271×0－519××100.262 N/C≈ 6.5× 105 N/C 电场强度方向水平向左。
2qU v＝ ____m_____。 (3)加速器：利用__高__电__压__的电场来加速带电粒子，由于实际电压有限，科学
家制成了__直__线__加__速__器__，让带电粒子通过多级电场加速。
2．判一判
(1)基本粒子所受重力比电场力小得多，可以忽略不计。
(√ )
(2)带电粒子在电场中运动时，电场力对粒子一定做正功。
探究一 带电粒子的加速 [问题驱动] 如图所示，平行板电容器两板间的距离为 d＝5 cm，电势差为 U＝20 V。一质量为 m、带电荷量为 q 的 α 粒子，在电场力的作用 下由静止开始从正极板 A 向负极板 B 运动。 (1)比较 α 粒子所受电场力和重力的大小，说明重力能否忽略不计(α 粒子 质量是质子质量的 4 倍，即 m＝4×1.67×10－27 kg，电荷量是质子的 2 倍)。
(× )
(3)电场力对带电粒子做正功时，粒子的动能一定增大。
(× )
3．想一想 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 的速度是多少？ 提示：由动能定理得：qU＝12mv2－12mv02，解得 v＝ v02＋2mqU。
(√ )
(2)带电粒子垂直进入电场后偏转过程中的动能是不断增加的。
( √)
(3)带电粒子垂直进入电场后沿初速度方向做匀速直线运动，沿电场力方向做
初速度为零的匀加速直线运动。
(√ )
3．想一想 如图所示，带电粒子(不计重力)从两极板中间垂直电场线方向 进入电场，在电场中的运动时间与什么因素有关？
提示：若能离开电场，则由 t＝vL0可知，与极板的长度 L 和初速度 v0 有关； 若打在极板上，则由d2＝12·qmE t2 可知，与电场强度 E 和极板间距离 d 有关。
[素养训练] 1．[多选]如图所示，电子由静止开始从 A 板向 B 板运动，当到
[解析] 根据动能定理 W＝12mv12－12mv02 而 W＝qEd ＝1.60×10－19×3×105×0.2 J ＝9.6×10－15 J
所以 v1＝
97.×6×101－0－ 2715＋5×1062 m/s
≈6×106 m/s
质子射出时的速度约为 6×106 m/s。
提示：方法 1：利用动能定理求解。 由动能定理可知 qU＝12mv2 解得 v＝ 2mqU。
方法 2：利用牛顿运动定律结合运动学公式求解。 设 α 粒子到达负极板时所用时间为 t，则 d＝12at2 v＝at a＝mqUd 联立解得 v＝ 2mqU。
[重难释解] 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．分析带电粒子在电场力作用下加速运动的两种方法 (1)利用牛顿第二定律 F＝ma 和运动学公式，只能用来分析带电粒子的匀 变速运动。 (2)利用动能定理：qU＝12mv2－12mv02。若初速度为零，则 qU＝12mv2，对 于匀变速运动和非匀变速运动都适用。