《物理1.9《带电粒子在电场中的运动》课件(新人教版选修3-1)》由会员分享，可在线阅读，更多相关《物理1.9《带电粒子在电场中的运动》课件(新人教版选修3-1)（47页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、1带电粒子在电场中的运动情况关于重力是否考虑的问题1 、题目明确了重力不计或不能忽略重力的情况2 、题目未明确的情况下:a)基本粒子(如电子、质子、离子等)重力一般忽略.b)带电颗粒(如液滴、尘埃、小球等)重力一般不能忽 略.右一负电荷的微粒静止在电场中，m=10- 14kg，g=10m/s2, d=3.2m,求U的可能值1带电粒子在电场中的运动情况若带电粒子在电场中所受合力为零时，即 F0时，粒子将保持静止状态或匀速直线 运动状态。问题：在如图所示电场中让一质子静止 放入电场，它将做什么运动？+ + + + + +l l l l l l问题：如何计算它的末速度问题：若初速为v0，则上列各式又
2、应怎 么样？问题：若打入的是电子(初速 为v0),将做匀减速直线运动,其 运动情况可能如何？+ + + + + +l l l l l lvo1带电粒子在电场中的运动情况 若带电粒子在电场中所受合力为零时， 即F0时，粒子将保持静止状态或匀速直 线运动状态。 若F0（只受电场力）且与初速度方向 在同一直线上，带电粒子将做加速或减速直 线运动。(变速直线运动)例题1：如图所示，水平放置的A、B两平行板 相距h，上板A带正电。现有质量为m，带电量为+q 的小球在B板下方距离为H处，以初速度V0竖直向上 从B板小孔进入板间电场，欲使小球刚好打到A板， A、B间电势差UAB应为多少？hAB V0H解：将
3、动能定理用于运动全过 程，由W=Ek得 -mg(H+h)-qUAB=0- mV2012整理可得UAB=mV2-2g(H+h) 2q例1、下列粒子从初速度为零的状态经 加速电压为U的电场后，哪种粒子速度 最大 （ ） A、质子 B、氘核 C、氦核 D、钠离子A哪种粒子动能最大（ ）C练习：如图 从F处释放一个无初速度电子向B板方 向运动,指出下列对电子运动描述中,正确的是(设电源 电动势均为U) ( )FADCBA.电子到达B板时的动能是UeB.电子从B板到达C板时动能的变 化量为零 C.电子到达D板时动能为Ue .电子在板与板间作往返运动BCD2带电粒子在电场中的偏转（不计重力，且初速度voE
4、，则带电粒子将在电场中做类平抛运动） 物体在只受重力的作用下，被水平抛出， 在水平方向上不受力，将做匀速直线运动 ，在竖直方向上只受重力，做初速度为零 的自由落体运动。物体的实际运动为这两 种运动的合运动。【思考与讨论】若带电粒子在电场中所受合力 F0，且与初速度方向有夹角(不等于0， 180)，则带电粒子将做什么运动？曲线运动详细分析讲解例题2。vovv d+-2、 带电粒子在电场中的偏转lv0d-qvv0vyl/2解：粒子vo在电场中做类平抛运动 沿电场方向匀速运动所以有： L=vot 电子射出电场时， 在垂直于电场方向偏移的距离为： y=at2/2 粒子在垂直于电场方向的加速度：a=F/
5、m=eE/m=eU/md 由得： 代入数据得： y=0.36m 即电子射出时沿垂直于板面方向偏离0.36m 电子射出电场时沿电场方向的速度不变仍为vo，而垂直于 电场方向的速度： 故电子离开电场时的偏转角为： 代入数据得： =6.8【讨论】例1、带电粒子经加速电场加速后垂直 进入两平行金属板间的偏转电场，要 使它离开偏转电场时偏转角增大，可 采用的办法有：（ ） A、增加带电粒子的电量 B、降低加速电压； C、提高偏转电压； D、减小两平行板间的距离。BCDACD练习一：质子和粒子由静止经相同加速电场加 速后，又垂直进入同一匀强电场，出电 场时，它们横向位移量之比和在偏转电 场中经过时间之比分
6、别为（ ）A.2:1和 ：1 B.1：1和 1： C.1：2和2：1 D.1：4和1：2 2 2BV0P-+ABC练习二：如图所示，有三个质量相等分别带正 电、负电和不带电的小球，从平行板电场中的P点以 相同的初速度垂直于E进入电场，它们分别落到A、B 、C三点，则可判断（ ） A.三个小球在电场中运动加速度关 系是aAaBaCD.落到A点的小球带正电，落到B点 的小球不带电C.三个小球在电场中运动时间相等B.三个小球到达正极时的动能关系是 EKA EKB EKCD3示波管的原理 （1）示波器：用来观察电信号随时间变化的电 子仪器。其核心部分是示波管 （2）示波管的构造：由电子枪、偏转电极和荧
7、 光屏组成（如图）。 （3）原理：利用了带电粒子在电场中偏转的规 律，灵敏、直观地显示出电信号随时间变化的 图线。小结： 1、研究带电粒子在电场中运动的两条主要线索 （1）力和运动的关系牛顿第二定律 （2）功和能的关系动能定理 2、研究带电粒子在电场中运动的两类重要的思维技巧 （1）类比与等效 电场力和重力都是恒力，在电场力作用下的运动可与重力作用下的 运动类比 （2）整体法(全过程法) 电场力的功与重力的功一样，都只与始末位置有关，与路径无关 它们分别引起电荷电势能的变化和重力势能的变化，从电荷运动 的全过程中功能关系出发(尤其从静止出发末速度为零的问题)往 往能迅速找到解题入口或简化计算d
8、 l/2yv0-qvv0v+- lYXU教学目标 完成了吗1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。 2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)。 3知道示波管的主要构造和工作原理。例题2:一个电子以初速V0=3.0106m/s沿着 垂直于场强方向射入两带电平行金属板，金 属板长L=6.010-2m，两板之间可以看成是 匀强电场，场强大小为E=2103N/C，电子 的电量e=1.610-19C，质量m=9.1 10-31kg ，求:（1）电子射离电场时的速度；（2）出射点与入射点沿场强方向的侧移距 离。解析法一：电子射入电场以后，受恒定的电场力
9、 作用，由于V0F电，电子做类平抛运动。将 电子的运动看成是沿X轴方向、速度为V0的 匀速直线运动和沿电场力y方向、初速度为 零的匀加速直线运动的合成。yV0XO如图所示:从电子射入电场到飞出电场，两个方向 的位移和加速度为 L=V0ty= at212a=eEm电子飞离电场时的速度为 Vx=V0Vy=atVt=V2+(at)20代入数据y=7.010-2(m)代入数据 Vt=7.62 106(m/s)tan=Vy V0代入数据tan=2.33 =arctg2.33法二：由F=eE=ma 求出a， 由L= V0t 求出t， 总结本题为典型的带电粒子在电场中的偏转问题 ，一般的处理方法是应用运动合
10、成的方法，它是运 动学知识在电场中的运用，运用动能定理解题，可 以简化解题过程。12y= at2然后根据 求出y=7.010-2(m)，eEy= mV2- mV2tO1212再由动能定理 ：求出Vt=7.62 106(m/s)5.5.如图所示如图所示, ,相距为相距为d d的两块平行板的两块平行板M,NM,N与电源相连与电源相连, ,电电 键键k k闭合后闭合后,M,N,M,N间有匀强电场间有匀强电场, ,一带电粒子垂直于电场一带电粒子垂直于电场 方向从方向从MM板边缘射入电场板边缘射入电场, ,恰好打在恰好打在N N板的中央板的中央, ,不计重不计重 力力. .打开电键打开电键, ,粒子仍以
11、原来速度由原位置射入粒子仍以原来速度由原位置射入, ,为了使为了使 粒子能刚好飞出电场而不碰到粒子能刚好飞出电场而不碰到N N板板,N,N板应如何移动板应如何移动? ?移移 动多少距离动多少距离? ?MMN NK KL Lv v3.3.质量为质量为m=510m=510-5-5kgkg的带电粒子以的带电粒子以v v0 0=2m/s=2m/s的速度从的速度从 水平放置的平行金属板水平放置的平行金属板A,BA,B的中央飞入板间的中央飞入板间, ,如图所示如图所示, , 已知板长已知板长l=10cm,l=10cm,板间距离板间距离d=2cm,d=2cm,当当U UABAB=10=103 3v v时时,
12、 ,带电带电 粒子恰好沿中央直线穿过板间粒子恰好沿中央直线穿过板间, ,则则ABAB间所加电压在什么间所加电压在什么 范围内带电粒子能从板间飞出范围内带电粒子能从板间飞出. .v v0 0A AB B+ +- -4.4.如图，如图，A A、B B为两块足够大的平行金属板，间距为为两块足够大的平行金属板，间距为d d ，接在电压为接在电压为U U的电源上。在的电源上。在A A板的中央点放置一个板的中央点放置一个 电子放射源，可以向各个方向释放电子。设电子的电子放射源，可以向各个方向释放电子。设电子的 质量为质量为m m 、电量为电量为e e，射出的初速度为射出的初速度为v v。求电子打求电子打
13、在板上的区域面积？（不计电子的重力）在板上的区域面积？（不计电子的重力）BA+_ P例3：如图所示，一束带电粒子（不计重力 ），垂直电场线方向进入偏转电场，试讨论在以下 情况中，粒子应具备什么条件，才能得到相同的偏 转距离y和偏转角，（U、d、L保持不变）（1）进入偏转电场的速度相同；（2）进入偏转电场的动能相同；（3）进入偏转电场的动量相同；（4）先由同一加速电场加速后， 再进入偏转电场。LdUV0yLdUV0y带电粒子在电场力作用下做 类平抛运动根据Y= at212=UqL2 2mdV20tg =Vy Vx=UqL mdV20 (1)因为V0相同，当q/m相同，y、tg 也相同（2)因为
14、相同，当q相同，则y、 也相同mV2012tg（3)因为mV0相同，当m、q相同，或q/V0相同，tg则y、 也相同(4)设加速电场的电压为U,由q U= mV2012可得y=UL2 4d Utg=UL 2d U可见，在（4）的条件下，y、与m、q无关，因 此偏转距离y和偏转角都是相同的。LdUV0yY= at212=UqL2 2mdV20tg =Vy Vx=UqL mdV20二、带电粒子在电场中的偏转当带电粒子以初速度、V0垂直进入匀强电场时:1 、受力及运动状态仅受电场力且与V0垂直,故作类平抛运动.2 、处理方法:类比平抛运动3 、基本公式:(1) 因为初速度为0,AB间为匀强电场 ,粒子在AB间做匀加速直线运动- - - - 练习:如图所示AB、CD为平行金属板,A、B两板间电势差 为500V,C、D始终和电源相接,测的其间的场强为104V/m, 一质量为2.510-24,电荷量为810-16C的带电粒子(重力 不计)由静止开始,经A、B加速后穿过CD发生偏转,最后打 在荧光屏上,已知C、D极板长均为4cm,荧光屏距CD右端 的距离为3cm,问: (1) 粒子带正电还是带负电?+ + + + DABSLOC分析:(2) 在竖直电场中因为有水平初 速度,粒子做类平抛运动(3) 出电场后,因为合外力为0粒 子做匀
