【精准解析】高中物理人教版选修3-1教师用书：第1章9　带电粒子在电场中的运动含解析

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9　带电粒子在电场中的运动
[学习目标]　1.[物理观念]了解带电粒子在电场中的运动特点。2.[科学思维]
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。(重点、难点)3.[科学方法]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.[科学态度与责任]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 tan θ＝＝。
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，tan θ＝＝，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
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＝5×106 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，设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。
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