《2022学年高中物理 第一章 静电场 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《2022学年高中物理 第一章 静电场 9 带电粒子在电场中的运动课件 新人教版选修3-1（101页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、9带电粒子在电场中的运动1.1.带电粒子的加速带电粒子的加速:(1)(1)常见带电粒子及受力特点常见带电粒子及受力特点:电子、质子、电子、质子、粒子、粒子、离子等带电粒子在电场中受到的静电力离子等带电粒子在电场中受到的静电力_重力重力,通通常情况下常情况下,重力可以重力可以_。远大于远大于忽略忽略(2)(2)加速。加速。若带电粒子以与电场线平行的初速度若带电粒子以与电场线平行的初速度v v0 0进入匀强电进入匀强电场场,带电粒子做直线运动带电粒子做直线运动,则则qU=qU=_。若带电粒子的初速度为零若带电粒子的初速度为零,经过电势差为经过电势差为U U的电场加的电场加速后速后,qU=_,qU=
2、_。(3)(3)上面的推导对于非匀强电场也成立上面的推导对于非匀强电场也成立,因为电场力做因为电场力做功与功与_无关无关,只与始末两点间的只与始末两点间的_有关。有关。路径路径电势差电势差2.2.带电粒子在匀强电场中的偏转带电粒子在匀强电场中的偏转:(1)(1)运动性质运动性质:带电粒子的初速度方向与电场力方向带电粒子的初速度方向与电场力方向_,_,做匀变速曲线运动做匀变速曲线运动,轨迹为轨迹为_。垂垂直直抛物线抛物线(2)(2)处理方法处理方法:运动的合成与分解。运动的合成与分解。沿初速度沿初速度v v0 0方向方向:做做_直线运动直线运动,l=_=_。沿电场力方向沿电场力方向:做初速度为零
3、的做初速度为零的_,_,加加速度速度a=a=_=,偏转位移偏转位移y=y=_=_=_。速度偏转角度的正切值速度偏转角度的正切值tan=_=_tan=_=_。匀速匀速v v0 0t t匀加速直线运动匀加速直线运动3.3.示波管的原理示波管的原理:(1)(1)构造构造:示波管是示波器的核心部件示波管是示波器的核心部件,外部是一个抽成外部是一个抽成真空的玻璃壳真空的玻璃壳,内部主要由内部主要由_(_(由发射电子的灯由发射电子的灯丝、加速电极组成丝、加速电极组成)、_(_(由一对由一对X X偏转电极板和偏转电极板和一对一对Y Y偏转电极板组成偏转电极板组成)和和_组成组成,如图所示。如图所示。电子枪电
4、子枪偏转电极偏转电极荧光屏荧光屏(2)(2)原理。原理。扫描电压扫描电压:XX:XX偏转电极接入的是由仪器自身产生的偏转电极接入的是由仪器自身产生的锯齿形电压。锯齿形电压。灯丝被电源加热后灯丝被电源加热后,出现热电子发射现象出现热电子发射现象,发射出来发射出来的电子经加速电场加速后的电子经加速电场加速后,以很大的速度进入偏转电场以很大的速度进入偏转电场,如在如在Y Y偏转电极板上加一个偏转电极板上加一个_,_,在在X X偏转电极板上偏转电极板上加一加一_,_,在荧光屏上就会出现按在荧光屏上就会出现按Y Y偏转电压规律偏转电压规律变化的可视图象。变化的可视图象。信号电压信号电压扫描电压扫描电压主
5、题一带电粒子的加速主题一带电粒子的加速 【问题探究问题探究】在真空中有一对平行金属板在真空中有一对平行金属板,由于接上电池组而带电由于接上电池组而带电,两板间电势差为两板间电势差为U,U,若一个质量为若一个质量为m,m,带正电荷带正电荷q q的粒子的粒子,在静电力作用下由静止开始从正极板附近向负极板运在静电力作用下由静止开始从正极板附近向负极板运动。动。请思考以下几个问题请思考以下几个问题:(1)(1)怎样计算它到达负极板时的速度怎样计算它到达负极板时的速度?提示提示:在带电粒子运动过程中在带电粒子运动过程中,静电力所做的功为静电力所做的功为:W=qU:W=qU粒子到达负极板时的速率为粒子到达
6、负极板时的速率为v,v,其动能可以写为其动能可以写为:E:Ek k=mv mv2 2由动能定理有由动能定理有:qU=mv:qU=mv2 2,得得v=v=。(2)(2)若板间距离为若板间距离为d,d,粒子在匀强电场中加速的时间为多粒子在匀强电场中加速的时间为多少少?提示提示:板间场强为板间场强为E=E=加速度为加速度为a=a=由由d=atd=at2 2,得加速时间为得加速时间为t=t=(3)(3)若粒子带的是负电荷若粒子带的是负电荷(初速度为初速度为v v0 0),),将做匀减速直将做匀减速直线运动线运动,如果能到达负极板如果能到达负极板,其速度如何其速度如何?提示提示:由动能定理有由动能定理有
7、:-qU=mv:-qU=mv2 2-m ,-m ,v=v=。(4)(4)上述上述(1)(3)(1)(3)问中问中,两块金属板是平行的两块金属板是平行的,两板间的电两板间的电场是匀强电场场是匀强电场,如果两金属板是其他形状如果两金属板是其他形状,中间的电场中间的电场不再均匀不再均匀,上面的结果是否仍然适用上面的结果是否仍然适用?为什么为什么?提示提示:结果仍然适用。因为不管是否为匀强电场结果仍然适用。因为不管是否为匀强电场,电场电场力做功都可以用力做功都可以用W=qUW=qU计算计算,动能定理仍然适用。动能定理仍然适用。【探究总结探究总结】1.1.带电粒子在电场中加速问题的解题思路带电粒子在电场
8、中加速问题的解题思路:(1)(1)明确研究对象。明确研究对象。基本粒子基本粒子:如电子、质子、如电子、质子、粒子、离子等粒子、离子等,除特殊除特殊说明外一般忽略粒子的重力说明外一般忽略粒子的重力(但并不忽略质量但并不忽略质量)。带电微粒带电微粒:如液滴、油滴、尘埃、小球等如液滴、油滴、尘埃、小球等,除特殊说除特殊说明外明外,一般不忽略重力。一般不忽略重力。(2)(2)分析物理过程。分析物理过程。根据带电粒子受的力根据带电粒子受的力(包含电场力包含电场力),),用牛顿定律求出用牛顿定律求出加速度加速度,结合运动学公式确定带电粒子的速度、位移等。结合运动学公式确定带电粒子的速度、位移等。由动能定理
9、由动能定理,粒子动能的变化量等于合外力做的功粒子动能的变化量等于合外力做的功(电场可以是匀强电场或非匀强电场电场可以是匀强电场或非匀强电场)。2.2.带电粒子在电场中加速运动的分析带电粒子在电场中加速运动的分析:(1)(1)用动力学观点分析用动力学观点分析:带电粒子沿与电场线平行的方带电粒子沿与电场线平行的方向进入匀强电场向进入匀强电场,受到的电场力与运动方向在同一直线受到的电场力与运动方向在同一直线上上,做匀加做匀加(减减)速直线运动。速直线运动。(2)(2)用功能观点分析用功能观点分析:粒子动能变化量等于电场力做的粒子动能变化量等于电场力做的功。因为电场力做功与路径无关功。因为电场力做功与
10、路径无关,对于匀强电场和非匀对于匀强电场和非匀强电场强电场,都可以应用动能定理进行计算。都可以应用动能定理进行计算。【拓展延伸拓展延伸】求解带电体在电场中运动问题的几个关求解带电体在电场中运动问题的几个关键键(1)(1)做好受力分析做好受力分析,根据题设条件判断重力是否可以忽根据题设条件判断重力是否可以忽略。略。(2)(2)做好运动分析做好运动分析,要明确带电体的运动过程、运动性要明确带电体的运动过程、运动性质及运动轨迹等。质及运动轨迹等。(3)(3)应用运动和力的关系应用运动和力的关系,根据牛顿第二定律结合运动根据牛顿第二定律结合运动学公式求解。学公式求解。【典例示范典例示范】如图所示如图所
11、示,真空中有一对平行金属板真空中有一对平行金属板,间距为间距为d,d,接在电接在电压为压为U U的电源上的电源上,质量为质量为m m、电荷量为、电荷量为q q的正电荷穿过正的正电荷穿过正极板上的小孔以极板上的小孔以v v0 0进入电场进入电场,到达负极板时从负极板上到达负极板时从负极板上正对的小孔穿出。不计重力正对的小孔穿出。不计重力,求正电荷穿出时的速度求正电荷穿出时的速度v v的大小。的大小。【解析解析】方法一方法一:动力学观点动力学观点由牛顿第二定律得由牛顿第二定律得:a=,a=,由运动学知识得由运动学知识得v v2 2-=2ad,-=2ad,联立联立解得解得v=v=。方法二方法二:由动
12、能定理解题由动能定理解题由动能定理得由动能定理得qU=mvqU=mv2 2-m ,-m ,解得解得v=v=。答案答案:【拓展延伸拓展延伸】在上题基础上在上题基础上,若将图中电源的正负极调若将图中电源的正负极调换换,试讨论电荷离开电场时速度试讨论电荷离开电场时速度,以及在电场中运动的以及在电场中运动的最大位移。最大位移。提示提示:(1)(1)若若v v0 0 ,则带电粒子能从对面极板的小则带电粒子能从对面极板的小孔穿出孔穿出,设穿出时的速度大小为设穿出时的速度大小为v,v,由由-qU=mv-qU=mv2 2-m ,m ,解得解得v=v=。(2)(2)若若v v0 0 ,则带电粒子不能从对面极板的
13、小孔则带电粒子不能从对面极板的小孔穿出穿出,带电粒子速度减为零后带电粒子速度减为零后,反方向加速运动反方向加速运动,从左极从左极板的小孔穿出板的小孔穿出,穿出时速度大小穿出时速度大小v=vv=v0 0。设带电粒子在电场中运动时距左极板的最远距离为设带电粒子在电场中运动时距左极板的最远距离为x,x,由动能定理有由动能定理有:-qEx=0-m ,:-qEx=0-m ,又又E=(E=(式中式中d d为两极板间距离为两极板间距离),),解得解得x=x=。答案答案:【探究训练探究训练】如图所示如图所示,一个平行板电容器充电后与电源断开一个平行板电容器充电后与电源断开,从负从负极板处释放一个电子极板处释放
14、一个电子(不计重力不计重力),),设其到达正极板时的设其到达正极板时的速度为速度为v v1 1,加速度为加速度为a a1 1。若将两极板间的距离增大为原。若将两极板间的距离增大为原来的来的2 2倍倍,再从负极板处释放一个电子再从负极板处释放一个电子,设其到达正极板设其到达正极板时的速度为时的速度为v v2 2,加速度为加速度为a a2 2,则则()A.aA.a1 1aa2 2=11,v=11,v1 1vv2 2=12=12B.aB.a1 1aa2 2=21,v=21,v1 1vv2 2=12=12C.aC.a1 1aa2 2=21,v=21,v1 1vv2 2=11D.aD.a1 1aa2 2
15、=11,v=11,v1 1vv2 2=1=1 【解析解析】选选D D。电容器充电后与电源断开。电容器充电后与电源断开,再增大两极再增大两极板间的距离时板间的距离时,场强不变场强不变,电子在电场中受到的电场力电子在电场中受到的电场力不变不变,故故a a1 1aa2 2=11=11。由动能定理。由动能定理Ue=mvUe=mv2 2得得v=v=因两极板间的距离增大为原来的因两极板间的距离增大为原来的2 2倍倍,由由U=EdU=Ed知知,电势差电势差U U增大为原来的增大为原来的2 2倍倍,故故v v1 1vv2 2=1 =1 。【补偿训练补偿训练】1.(1.(多选多选)如图所示如图所示,M,M、N
16、N是真空中的两块平行金属板是真空中的两块平行金属板,质量为质量为m m、电荷量为、电荷量为q q的带电粒子的带电粒子,以初速度以初速度v v0 0由小孔进由小孔进入电场入电场,当当M M、N N间电压为间电压为U U时时,粒子恰好能到达粒子恰好能到达N N板板,如果如果要使这个带电粒子到达要使这个带电粒子到达M M、N N板间距的板间距的 后返回后返回,下列下列措施中能满足要求的是措施中能满足要求的是(不计带电粒子的重力不计带电粒子的重力)()A.A.使初速度减为原来的使初速度减为原来的 B.B.使使M M、N N间电压加倍间电压加倍C.C.使使M M、N N间电压提高到原来的间电压提高到原来的4 4倍倍D.D.使初速度和使初速度和M M、N N间电压都减为原来的间电压都减为原来的 【解析解析】选选B B、D D。由。由qEqEl=m ,=m ,当当v v0 0变为变为 v v0 0时时l变为变为 ;因为因为qE=q ,qE=q ,所以所以qEqEl=q =q l=m ,=m ,通过分析知通过分析知B B、D D选项正确。选项正确。2.2.一初速度为零的带电粒子从一初速度为零的带电粒子
