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1、导入新课导入新课使带电粒使带电粒子加速的子加速的装置装置带电粒子在电场中的应用课件带电粒子在电场中的应用课件你们见过你们见过图中的示图中的示波管吗？波管吗？带电粒子在电场中的应用课件带电粒子在电场中的应用课件想知道电子枪的工作原理么？想知道电子枪的工作原理么？带电粒子在电场中的应用课件带电粒子在电场中的应用课件第一章第一章 静电场静电场1.9 1.9 带电粒子在电带电粒子在电带电粒子在电带电粒子在电场中的运动场中的运动场中的运动场中的运动带电粒子在电场中的应用课件带电粒子在电场中的应用课件教学目标教学目标1. 1. 知识与能力知识与能力 带电粒子在电场中的运动状态，及功能的带电粒子在电场中的运
2、动状态，及功能的转化关系。转化关系。 学会运用静电力做功、电势、电势差、等学会运用静电力做功、电势、电势差、等势面等概念研究带电粒子在电场中运动时的势面等概念研究带电粒子在电场中运动时的能量转化。能量转化。 学会运用静电力、电场强度等概念研究带学会运用静电力、电场强度等概念研究带电粒子在电场中运动时的加速度、速度和位电粒子在电场中运动时的加速度、速度和位移等物理量的变化。移等物理量的变化。带电粒子在电场中的应用课件带电粒子在电场中的应用课件2.2.过程与方法过程与方法 通过带电粒子在电场中的偏转，运用以前通过带电粒子在电场中的偏转，运用以前学过的知识解题。学过的知识解题。 通过学习本节知识巩固
3、以前学过的知识。通过学习本节知识巩固以前学过的知识。3.3.情感态度与价值观情感态度与价值观 理解带电粒子在电场中是如何运动的，运理解带电粒子在电场中是如何运动的，运用现有的物理知识去理解未知的世界。用现有的物理知识去理解未知的世界。带电粒子在电场中的应用课件带电粒子在电场中的应用课件教学重难点教学重难点教学重点：教学重点：教学难点：教学难点：带电粒子在电场中运带电粒子在电场中运动的加速度，带电粒动的加速度，带电粒子在电场中的偏转。子在电场中的偏转。带电粒子在电场带电粒子在电场中的偏转。中的偏转。带电粒子在电场中的应用课件带电粒子在电场中的应用课件一、带电粒子的加速一、带电粒子的加速二、带电粒
4、子的偏转二、带电粒子的偏转三、示波管的原理三、示波管的原理内容解析内容解析带电粒子在电场中的应用课件带电粒子在电场中的应用课件一、带电粒子的加速一、带电粒子的加速 带电粒子在电场中要受到电场力的作用，带电粒子在电场中要受到电场力的作用，产生加速度，速度的大小和方向都会发生变化。产生加速度，速度的大小和方向都会发生变化。在现代科学实验和技术设备中，常常根据这个在现代科学实验和技术设备中，常常根据这个道理，利用电场来改变或控制带电粒子的运动。道理，利用电场来改变或控制带电粒子的运动。下面讨论两种最简单的情况：下面讨论两种最简单的情况：一是利用电场使一是利用电场使带电粒子加速，一是利用电场使带电粒子
5、偏转带电粒子加速，一是利用电场使带电粒子偏转。 下面我们先来介绍一下如何利用电场使带下面我们先来介绍一下如何利用电场使带电粒子加速。电粒子加速。带电粒子在电场中的应用课件带电粒子在电场中的应用课件 如左图所示，如左图所示，在真空中有一对平在真空中有一对平行金属板，两板间行金属板，两板间加以电压加以电压U。两板。两板间有一个带正电荷间有一个带正电荷q的带电粒子，它的带电粒子，它在电场力的作用下，在电场力的作用下，由静止开始从正极由静止开始从正极板向负极板运动，板向负极板运动，到达负极板时的速到达负极板时的速度有多大？度有多大？Uq+-带电粒子的加速带电粒子的加速带电粒子在电场中的应用课件带电粒子
6、在电场中的应用课件 我们知道，两平行金属板间的电场是匀强我们知道，两平行金属板间的电场是匀强电场。如果两极板是其他形状，中间的电场不电场。如果两极板是其他形状，中间的电场不是匀强电场，上式同样适用。（为什么？说明是匀强电场，上式同样适用。（为什么？说明理由。）理由。） 带电粒子在运动过程中，电场力所做的功带电粒子在运动过程中，电场力所做的功W=qU。设带电粒子到达负极板时的动能。设带电粒子到达负极板时的动能 ，由动能定理可知，由动能定理可知，由此可求出由此可求出带电粒子在电场中的应用课件带电粒子在电场中的应用课件 带电粒子沿与电场线平行的方向进入匀强带电粒子沿与电场线平行的方向进入匀强电场，受
7、到电场力与运动方向在同一直线上，电场，受到电场力与运动方向在同一直线上，做加（减）速直线运动。做加（减）速直线运动。1、运动状态分析、运动状态分析2、用功能观点分析、用功能观点分析 粒子只受电场力作用，运动变化量等于电粒子只受电场力作用，运动变化量等于电势能的变化量。势能的变化量。（初速度为零时）（初速度为零时）（初速度不为零时）（初速度不为零时）带电粒子在电场中的应用课件带电粒子在电场中的应用课件 如右图所示，在真空如右图所示，在真空中水平放置一对金属板中水平放置一对金属板X和和Y，板间距离为，板间距离为d。在两板。在两板间加以电压间加以电压U，两板间的匀，两板间的匀强电场的场强为强电场的场
8、强为E=U/d。现有一电荷量为现有一电荷量为q的带电粒的带电粒子以水平速度子以水平速度v0射入电场中，射入电场中，带电粒子受到竖直方向的电带电粒子受到竖直方向的电场力场力F=qE，因而在电场中，因而在电场中发生偏转。发生偏转。注意：以上公式适用于一切电场注意：以上公式适用于一切电场（包括匀强电场和非匀强电场）。（包括匀强电场和非匀强电场）。二、带电粒子的偏转二、带电粒子的偏转+ + + + + +- - -dl带电粒子在电场中的应用课件带电粒子在电场中的应用课件 带电粒子以速度带电粒子以速度v0垂直于电场线方向飞入垂直于电场线方向飞入两带电平行板产生的匀强电场时，受到恒定的两带电平行板产生的匀
9、强电场时，受到恒定的与初速度方向成九十度角的电场力作用而做匀与初速度方向成九十度角的电场力作用而做匀变速曲线运动（轨迹为抛物线）。变速曲线运动（轨迹为抛物线）。1、运动状态分析、运动状态分析2、偏转运动的分析处理方法、偏转运动的分析处理方法 用类似平抛运动分析方法用类似平抛运动分析方法带电粒子在电场中的应用课件带电粒子在电场中的应用课件 （1）沿初速度方向为速度为）沿初速度方向为速度为v0的匀速直的匀速直线运动；线运动； （2）沿电场力方向为初速度为零的匀加）沿电场力方向为初速度为零的匀加速运动。速运动。3、基本公式、基本公式（1）加速度：）加速度：（2）运动时间：）运动时间：带电粒子在电场中
10、的应用课件带电粒子在电场中的应用课件（3）离开电场的偏转量：）离开电场的偏转量：（4）偏转量：）偏转量： 下面我们来研究一下带电粒子在电场中运下面我们来研究一下带电粒子在电场中运动时它的重力是否可忽略不计。动时它的重力是否可忽略不计。带电粒子在电场中的应用课件带电粒子在电场中的应用课件 （1）基本粒子：如电子、质子、）基本粒子：如电子、质子、 粒子、粒子、离子等粒子有说明或有明确暗示以外一般都可离子等粒子有说明或有明确暗示以外一般都可忽略不计。忽略不计。 （2）带电颗粒：如尘埃、液滴、小球等。）带电颗粒：如尘埃、液滴、小球等。除有有说明或有明确暗示以外一般不能忽略。除有有说明或有明确暗示以外一
11、般不能忽略。三、示波管的原理三、示波管的原理 有一种电子仪器叫做示波管，可以用来观察有一种电子仪器叫做示波管，可以用来观察电信号随时间变化的情况，在学生实验中要练习电信号随时间变化的情况，在学生实验中要练习使用它。使用它。示波管的核心部件是示波管，它由电子示波管的核心部件是示波管，它由电子枪、偏转电极和荧光屏组成，管内抽成真空。枪、偏转电极和荧光屏组成，管内抽成真空。带电粒子在电场中的应用课件带电粒子在电场中的应用课件下面我们看一下示波管的原理图。下面我们看一下示波管的原理图。 如果在偏转电极如果在偏转电极 和偏转电极和偏转电极 上都没有加电压电子束从金属板小孔射出后将沿上都没有加电压电子束从
12、金属板小孔射出后将沿直线传播，打在荧光屏上，在那里产生一个亮斑。直线传播，打在荧光屏上，在那里产生一个亮斑。带电粒子在电场中的应用课件带电粒子在电场中的应用课件工作原理工作原理电子枪只是用来发射和加速电子，在电子枪只是用来发射和加速电子，在 、都没加电压时，在荧光屏中心处产生一个亮斑。如果都没加电压时，在荧光屏中心处产生一个亮斑。如果只在只在 加正选变化电压加正选变化电压 时，荧光屏上亮点的运动是竖直方向的简谐运动，在时，荧光屏上亮点的运动是竖直方向的简谐运动，在荧光屏上看到一条竖直方向的亮线。如果只在荧光屏上看到一条竖直方向的亮线。如果只在 加上跟时间成正比的锯齿形电压（称扫描电压）时，加上
13、跟时间成正比的锯齿形电压（称扫描电压）时，荧光屏上的亮点的运动是不断重复从做到右的匀速直荧光屏上的亮点的运动是不断重复从做到右的匀速直线运动，在荧光屏上看到一条水平方向的亮线。如果线运动，在荧光屏上看到一条水平方向的亮线。如果同时在同时在 加扫描电压、加扫描电压、 加同周期的正加同周期的正选变化电压，荧光屏亮点同时参与水平方向匀速直线选变化电压，荧光屏亮点同时参与水平方向匀速直线运动、竖直方向简谐运动，在荧光屏上看到的曲线为运动、竖直方向简谐运动，在荧光屏上看到的曲线为一个完整的正选波形。一个完整的正选波形。带电粒子在电场中的应用课件带电粒子在电场中的应用课件课堂小结课堂小结带电粒子在电场中的
14、速度公式：带电粒子在电场中的速度公式： 利用电场来改变或控制带电粒子的运动。下利用电场来改变或控制带电粒子的运动。下面讨论两种最简单的情况：面讨论两种最简单的情况：一是利用电场使带电一是利用电场使带电粒子加速，一是利用电场使带电粒子偏转粒子加速，一是利用电场使带电粒子偏转。一、带电粒子的加速一、带电粒子的加速带电粒子在电场中的应用课件带电粒子在电场中的应用课件 带电粒子沿与电场线平行的方向进入匀强电带电粒子沿与电场线平行的方向进入匀强电场，受到电场力与运动方向在同一直线上，做加场，受到电场力与运动方向在同一直线上，做加（减）速直线运动。（减）速直线运动。（初速度为零时）（初速度为零时）（初速度
15、不为零时）（初速度不为零时）注意：以上公式适用于一切电场注意：以上公式适用于一切电场（包括匀强电场和非匀强电场）。（包括匀强电场和非匀强电场）。带电粒子在电场中的应用课件带电粒子在电场中的应用课件 带电粒子以速度带电粒子以速度v0垂直于电场线方向飞入垂直于电场线方向飞入两带电平行板产生的匀强电场时，受到恒定的两带电平行板产生的匀强电场时，受到恒定的与初速度方向成九十度角的电场力作用而做匀与初速度方向成九十度角的电场力作用而做匀变速曲线运动（轨迹为抛物线）。变速曲线运动（轨迹为抛物线）。二、带电粒子的偏转二、带电粒子的偏转（1）加速度：）加速度：（2）运动时间：）运动时间：带电粒子在电场中的应用
16、课件带电粒子在电场中的应用课件（3）离开电场的偏转量：）离开电场的偏转量：（4）偏转量：）偏转量：三、示波管的原理三、示波管的原理 示波管的核心部件是示波管，它由电示波管的核心部件是示波管，它由电子枪、偏转电极和荧光屏组成，管内抽成子枪、偏转电极和荧光屏组成，管内抽成真空。真空。带电粒子在电场中的应用课件带电粒子在电场中的应用课件 1. 1.有一束正离子，以相同速率从同一位置进有一束正离子，以相同速率从同一位置进入带电平行板电容器的匀强电场中，所有离子运入带电平行板电容器的匀强电场中，所有离子运动轨迹一样，说明所有离子动轨迹一样，说明所有离子（ ） A具有相同质量具有相同质量 B具有相同电荷量
17、具有相同电荷量 C具有相同的比荷具有相同的比荷 D属于同一元素的同位素属于同一元素的同位素 课堂练习课堂练习C带电粒子在电场中的应用课件带电粒子在电场中的应用课件 2.如图是一个说明示波管工作的原理图，电如图是一个说明示波管工作的原理图，电子经加速电场（加速电压为子经加速电场（加速电压为U1）加速后垂直进入）加速后垂直进入偏转电场，离开偏转电场时偏转量是偏转电场，离开偏转电场时偏转量是h，两平行，两平行板间的距离为板间的距离为d，电压为，电压为U2，板长为，板长为l，每单位电，每单位电压引起的偏移压引起的偏移 ，叫做示波管的灵敏度，为了提，叫做示波管的灵敏度，为了提高灵敏度，可采用下列哪些方法
18、（高灵敏度，可采用下列哪些方法（ ）A增大增大U2 B减小减小l C减小减小d D增大增大U1C带电粒子在电场中的应用课件带电粒子在电场中的应用课件 3.一个有初速的、电量为一个有初速的、电量为+4108C为的为的带电粒子，在电场中只受电场力作用，从带电粒子，在电场中只受电场力作用，从A点运动到点运动到B点的过程中，克服电场力做了点的过程中，克服电场力做了8105J的功。则的功。则A、B两点的电势差两点的电势差 =_，在此过程中，电荷的动能，在此过程中，电荷的动能_（填（填“增加增加”或或“减少减少”）了）了_ev.甲甲乙乙abcdQ下题图下题图-2000V减少减少带电粒子在电场中的应用课件带
19、电粒子在电场中的应用课件 4.如图所示，虚线表示某点电荷如图所示，虚线表示某点电荷Q所激发电所激发电场的等势面，已知场的等势面，已知a、b 两点在同一等势面上，两点在同一等势面上，c、d两点在另一个两点在另一个等势面上。甲、乙两个带等势面上。甲、乙两个带 电粒子以相同的速率，沿不同的方向从同一电粒子以相同的速率，沿不同的方向从同一点点a射入电场，在电场射入电场，在电场 中沿不同的轨迹中沿不同的轨迹adb曲线、曲线、acb曲线运动。曲线运动。则两粒子所带的电荷符则两粒子所带的电荷符 号号_（填（填“不同不同”或或“相同相同”）；）；经过经过b点时，两粒子的速率点时，两粒子的速率va vb（填（填
20、“”、 “=” 或或“”）不同不同=带电粒子在电场中的应用课件带电粒子在电场中的应用课件 5.一束初速不计的电子流在经一束初速不计的电子流在经U =5000V的的加速电压加速后，在距两极板等距处垂直进入加速电压加速后，在距两极板等距处垂直进入平行板间的匀强电场，如图所示，若板间距离平行板间的匀强电场，如图所示，若板间距离d =1.0cm，板长，板长l =5.0cm，那么，要使电子能，那么，要使电子能从平行板间飞出，两个极板上最多能加多大电从平行板间飞出，两个极板上最多能加多大电压？压？带电粒子在电场中的应用课件带电粒子在电场中的应用课件 解析：在加速电压一定时，偏转电压解析：在加速电压一定时，
21、偏转电压U越大，电子在极板间的偏转距离就越大。当偏越大，电子在极板间的偏转距离就越大。当偏转电压大到使电子刚好擦着极板的边缘飞出，转电压大到使电子刚好擦着极板的边缘飞出，此时的偏转电压，即为题目要求的最大电压。此时的偏转电压，即为题目要求的最大电压。加速过程，由动能定理得：加速过程，由动能定理得： 进入偏转电场，电子在平行于板面的方向进入偏转电场，电子在平行于板面的方向上作匀速运动上作匀速运动l=v0t 在垂直于板面的方向在垂直于板面的方向上作匀加速直线运动，加速度：上作匀加速直线运动，加速度： 偏转距离偏转距离 能飞出的条件为能飞出的条件为 解解式得：式得： 即要使电子能飞出，所加电压最大为
22、即要使电子能飞出，所加电压最大为400V。带电粒子在电场中的应用课件带电粒子在电场中的应用课件高考链接高考链接 1.（2007 重庆重庆 24）飞行时间质谱仪可通过测）飞行时间质谱仪可通过测量离子飞行时间得到离子的荷质比量离子飞行时间得到离子的荷质比q/m。如图。如图1所示，所示，带正电的离子经电压为带正电的离子经电压为U的电场加速后进入长度为的电场加速后进入长度为L的真空管的真空管AB，可测得离子飞越，可测得离子飞越AB所用的时间所用的时间t1。改。改进以上方法，如图进以上方法，如图2所示，让离子飞越所示，让离子飞越AB后进入场后进入场强为强为E（方向如图）的匀强电场区域（方向如图）的匀强电
23、场区域BC，在电场的，在电场的作用下离子返回作用下离子返回B端，此时，测得离子从端，此时，测得离子从A出发后飞出发后飞行的总时间行的总时间t2。（不计离子重力）。（不计离子重力）忽略离子源中忽略离子源中离子的初速度，离子的初速度，用用t1计算荷质比；计算荷质比；用用t2计算荷质计算荷质比。比。离子源中相同荷质比离子的初速度不尽相同，离子源中相同荷质比离子的初速度不尽相同，设两个荷质比都为设两个荷质比都为q/m的离子在的离子在A带电粒子在电场中的应用课件带电粒子在电场中的应用课件端的速度分别为端的速度分别为v和和v（vv），在改进后），在改进后的方法中，它们飞行的总时间通常不同，的方法中，它们飞
24、行的总时间通常不同，存在时间差存在时间差t，可通过调节电场，可通过调节电场E使使t=0，求此时求此时E的大小。的大小。离离子子源源ALBt1U离离子子源源ALBCt2U真空管真空管带电粒子在电场中的应用课件带电粒子在电场中的应用课件（提示：设荷质比为（提示：设荷质比为k。加速阶段。加速阶段 ，得得 ；穿越；穿越AB经历时间经历时间 ，在电，在电场场E中经历时间中经历时间 ，因此，因此 将该将该式两边分别平方后整理得结论。）式两边分别平方后整理得结论。） 带电粒子在电场中的应用课件带电粒子在电场中的应用课件（2）（提示：按要求，（提示：按要求， ，整理后得结论。），整理后得结论。）带电粒子在电场
25、中的应用课件带电粒子在电场中的应用课件教材习题答案教材习题答案 1.答：答： 解法一：解法一：EK=EK=qU=21.610-1990J=2.910-17J。 解法二：解法二： 解法三解法三:可见第一种方法最简单。可见第一种方法最简单。带电粒子在电场中的应用课件带电粒子在电场中的应用课件 2.答：如果电子的动能减少到等于零的答：如果电子的动能减少到等于零的时候，电子恰好没有到达时候，电子恰好没有到达N板，则电流表中就板，则电流表中就没有电流。由动能定理，没有电流。由动能定理，W=0-Ekm，W=- Eu,得：得：带电粒子在电场中的应用课件带电粒子在电场中的应用课件 3.答：设加速电压为答：设加
26、速电压为U0，偏转电压为，偏转电压为U，带电粒子的电荷量为，带电粒子的电荷量为q，质量为，质量为m，垂直进，垂直进入偏转电场的速度为入偏转电场的速度为v0，偏转电场两极间距离，偏转电场两极间距离为为d，极板长为，极板长为l，则：带电粒子在加速电场中，则：带电粒子在加速电场中获得初动能获得初动能 ，粒子，粒子在偏转电在偏转电场中的加速度场中的加速度 ，在偏转电场，在偏转电场中运动中运动的时间为的时间为 ，粒子离开偏转电场时，粒子离开偏转电场时沿静电沿静电力方向的速度力方向的速度 ，粒子离开偏，粒子离开偏带电粒子在电场中的应用课件带电粒子在电场中的应用课件转电场时速度方向的偏转角的正切转电场时速度
27、方向的偏转角的正切 （1）若电子与氢核的初速度相同，则）若电子与氢核的初速度相同，则 （2）若电子与氢核的初动能相同，则）若电子与氢核的初动能相同，则带电粒子在电场中的应用课件带电粒子在电场中的应用课件 4.答：设加速电压为答：设加速电压为U0，偏转电压为，偏转电压为U，带，带电粒子的电荷量为电粒子的电荷量为q，质量为，质量为m，垂直进入偏转，垂直进入偏转电场的速度为电场的速度为v0，偏转电场两极间的距离为，偏转电场两极间的距离为d，极板长为极板长为l，则：粒子的初动能，则：粒子的初动能 ，粒子在偏转电场中的加速度粒子在偏转电场中的加速度 ，在偏转在偏转电场中运动的时间为电场中运动的时间为 ，
28、粒子离开，粒子离开偏转偏转带电粒子在电场中的应用课件带电粒子在电场中的应用课件 电场时沿静电力方向的速度电场时沿静电力方向的速度粒子离开偏转电场时速度方向的偏转角的正粒子离开偏转电场时速度方向的偏转角的正切切 ，由于各种，由于各种粒子的初动粒子的初动能相同，即能相同，即 ，所以各种粒子，所以各种粒子的偏转方向相同；粒子在静电场方向的偏转距离的偏转方向相同；粒子在静电场方向的偏转距离为为 ，可，可见各种粒子的偏转距离也相同，所以这些粒子不会见各种粒子的偏转距离也相同，所以这些粒子不会分成三束。分成三束。带电粒子在电场中的应用课件带电粒子在电场中的应用课件 5.答：电子的初动能答：电子的初动能 ，垂直，垂直进入匀强电场中运动的时间为进入匀强电场中运动的时间为 ，电子离，电子离开偏转电场时沿静电力方向的速度开偏转电场时沿静电力方向的速度电子离开偏转电场时速度方向的偏转角的正切电子离开偏转电场时速度方向的偏转角的正切带电粒子在电场中的应用课件带电粒子在电场中的应用课件带电粒子在电场中的应用课件带电粒子在电场中的应用课件
