《高中物理 第一章 静电场 第九节 带电粒子在电场中的运动课件2 新人教版选修3-1.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高中物理 第一章 静电场 第九节 带电粒子在电场中的运动课件2 新人教版选修3-1.ppt（29页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第一章第一章 静电场静电场第九节第九节 带电粒子在电场中的运动带电粒子在电场中的运动带电粒子在电场中要受到哪些力的作用？带电粒子在电场中要受到哪些力的作用？对于象质子、电子、离子等带电微粒在电场中运对于象质子、电子、离子等带电微粒在电场中运 动时，我们动时，我们怎样处理它们的受力？怎样处理它们的受力？带电粒子在电场中通常要受到重力和电场力带电粒子在电场中通常要受到重力和电场力质子、电子、离子等带电微粒所受重力一般远小于电场力，重力可以忽质子、电子、离子等带电微粒所受重力一般远小于电场力，重力可以忽略。重力势能就可以不考虑。略。重力势能就可以不考虑。研究运动前的研究运动前的”热身热身”带电粒子在
2、电场中运动时，所受电场力对粒子产生加速度，改变带电粒子在电场中运动时，所受电场力对粒子产生加速度，改变粒子的速度。电场力（合外力）对粒子做功，改变粒子的动能。粒子的速度。电场力（合外力）对粒子做功，改变粒子的动能。 带电粒子在均强电场中运动时，运动有什么特点带电粒子在均强电场中运动时，运动有什么特点? ?带电粒子在均强电场中运动时，所受电场力是恒力带电粒子在均强电场中运动时，所受电场力是恒力, ,产生恒定产生恒定的加速度，所以带电粒子在均强电场中的运动跟物体在重力场中的加速度，所以带电粒子在均强电场中的运动跟物体在重力场中的自由落体和抛体运动相似的自由落体和抛体运动相似. .带电粒子在电场中运
3、动时，电场力对粒子的运动有什么效果？带电粒子在电场中运动时，电场力对粒子的运动有什么效果？研究带电粒子运动的主要工具：研究带电粒子运动的主要工具： 电场力电场力 加速度加速度 电场力的功电场力的功 动能定理动能定理 F=qEa=F/mW=qU粒子的运动象重力场中的什么运动？粒子的运动象重力场中的什么运动？E+q不不计计粒粒子子重重力力F=qEV0 =0自由落体，你答对了自由落体，你答对了粒子的运动象重力场中的什么运动？粒子的运动象重力场中的什么运动？V0 F=qE不不计计粒粒子子重重力力-q上抛运动，你答对了上抛运动，你答对了E粒子的运动象重力场中的什么运动？粒子的运动象重力场中的什么运动？E
4、F=qE+qV0不不计计粒粒子子重重力力平抛运动，你答对了平抛运动，你答对了下下 面面 我我 们们 来来 研研 究究电电 场场 对对 带带 电电 粒粒 子子 的的加加 速速 问问 题题方法方法1 1：从动力学和运动学角度分析粒子被加速从动力学和运动学角度分析粒子被加速动力学：动力学：F=qEa=F/m运动学：运动学：U+-m m qd方法：方法：从做功和能量的角度分析粒子被加速从做功和能量的角度分析粒子被加速粒子只受到电场力做功粒子只受到电场力做功还有问题：如果不是匀强电场，上面公式是否适用？还有问题：如果不是匀强电场，上面公式是否适用？由于电场力做功与场强是否匀强无关，与运动路径也无关，上面
5、公由于电场力做功与场强是否匀强无关，与运动路径也无关，上面公式仍适用！式仍适用！显然，用功能关系解题简便！显然，用功能关系解题简便！U+-m m qd 电荷量为电荷量为e e的电子从金属丝移动的电子从金属丝移动到金属板。两处的电势差为到金属板。两处的电势差为U U，电势，电势能变化（减少）为能变化（减少）为e Ue U. .电势能的变电势能的变化全部转化为电子的动能化全部转化为电子的动能。解：解：所以所以 例例1 1：实验表明，炽热的金属丝可以：实验表明，炽热的金属丝可以发射电子。在炽热金属丝和金属板间加发射电子。在炽热金属丝和金属板间加以电压以电压U=2500VU=2500V，从炽热金属丝发
6、射出，从炽热金属丝发射出的电子在真空中被加速后，从金属板的的电子在真空中被加速后，从金属板的小孔穿出。电子射出后的速度有多大？小孔穿出。电子射出后的速度有多大？设电子刚从金属丝射出时的速度为零。设电子刚从金属丝射出时的速度为零。 结论：由于电场力做功与场强是否匀强结论：由于电场力做功与场强是否匀强无关，与运动路径也无关，所以在处理电无关，与运动路径也无关，所以在处理电场对带电粒子的加速问题时，一般都是利场对带电粒子的加速问题时，一般都是利用动能定理进行处理。用动能定理进行处理。下面我们来研究下面我们来研究电场对带电粒子的电场对带电粒子的偏转问题偏转问题、不计重力，初速度垂直于电场方向飞入匀强电
7、场、不计重力，初速度垂直于电场方向飞入匀强电场处理方法：处理方法：）粒子在与电场垂直的方向上做）粒子在与电场垂直的方向上做匀速直线运动匀速直线运动）粒子在与电场平行的方向上做）粒子在与电场平行的方向上做初速度为零的匀加速运动初速度为零的匀加速运动类似平抛运动的分析方法类似平抛运动的分析方法 l+- - - - - - -q qv vv v0 0v vy yyd dvxv0X=v0t tt=vy=ataty y= =v v0 0F F= = =tan s ss s离开电场时偏移量离开电场时偏移量: :离开电场时偏转角离开电场时偏转角: :在电场中飞行时间在电场中飞行时间: :例题例题2： 一电子
8、水平射入如图所示的电场中，射入时的速度一电子水平射入如图所示的电场中，射入时的速度V0=3.0X107m/s.两极板的长度为两极板的长度为L=6.0cm，相距，相距d=2cm，极板间电压，极板间电压U=200V.求电子离开电求电子离开电场时偏转的角度场时偏转的角度。v0-qmU2+-dLFvtv0vyy电子离开电场时沿电电子离开电场时沿电场方向的分速度为场方向的分速度为Vy， 离开电场时的偏转角度为离开电场时的偏转角度为角度为角度为6.8度度结论：带电粒子初速度垂直于电场方向飞入匀强电场的问题就结论：带电粒子初速度垂直于电场方向飞入匀强电场的问题就是一个类平抛的问题。是一个类平抛的问题。粒子在
9、与电场垂直的方向上做匀速直线运动粒子在与电场垂直的方向上做匀速直线运动粒子在与电场平行的方向上做初速为零的匀加速运动粒子在与电场平行的方向上做初速为零的匀加速运动下面看看加速和偏转一体的问题下面看看加速和偏转一体的问题例例3、离子发生器发射出一束质量为、离子发生器发射出一束质量为m，电荷量为，电荷量为q的负离子，从静止经加的负离子，从静止经加速电压速电压U 1 加速后，获得速度加速后，获得速度 v0，并沿垂直于电场线方向射入两平行板，并沿垂直于电场线方向射入两平行板中央，受偏转电压中央，受偏转电压U2作用后，以速度作用后，以速度离开电场，已知平行板长为离开电场，已知平行板长为，两板间距离为两板
10、间距离为d，求：，求：1 1）离子在偏转电场中运动的时间、）离子在偏转电场中运动的时间、加速度、速度的大小；加速度、速度的大小；2 2）离子在离开偏转电场时的横向）离子在离开偏转电场时的横向偏移量和偏转角的正切值。偏移量和偏转角的正切值。解：解： l+- - - - - - -q qv v0 0F Fu u1 1v vy yv v0 0由动能定理得到由动能定理得到即即=v v0 01 1）离子在偏转电场中运动的时间、加速）离子在偏转电场中运动的时间、加速度、速度的大小度、速度的大小t=加速度加速度a=速度速度的大小的大小v vy y=at v v时间时间2 2）离子在离开偏转电场时的横向偏移量
11、和偏转角的正切值。）离子在离开偏转电场时的横向偏移量和偏转角的正切值。 l+- - - - - - -q qyv v0 0F F u u1 1v vy yv v0 0横向偏移量横向偏移量解：解：at = 速度偏转角的正切值：速度偏转角的正切值：tan = v v0 0=v vy y偏转量和带电粒子偏转量和带电粒子q、m无关，只无关，只取决于加速电场和偏转电场取决于加速电场和偏转电场和带电粒子和带电粒子q、m无关，只取决无关，只取决于加速电场和偏转电场于加速电场和偏转电场思考题：让一价氢离子、一价氦离子和二价氦离子的混合物经过思考题：让一价氢离子、一价氦离子和二价氦离子的混合物经过同一加速电场由
12、静止开始加速，然后在同一偏转电场里同一加速电场由静止开始加速，然后在同一偏转电场里偏转，在通过加速电场时获得的动能是否相同？通过偏偏转，在通过加速电场时获得的动能是否相同？通过偏 转电场时，它们是否会分为三股？请说明理由。转电场时，它们是否会分为三股？请说明理由。答案：通过加速电场时获得的动能答案：通过加速电场时获得的动能Ek=qU,加速电压相同，二价氦离加速电压相同，二价氦离子电荷量最大，所以二价氦离子获得动能最大。粒子的偏转量和偏子电荷量最大，所以二价氦离子获得动能最大。粒子的偏转量和偏转角由加速电场和偏转电场决定，所以三种粒子不可能分开为三股。转角由加速电场和偏转电场决定，所以三种粒子不
13、可能分开为三股。你答对了吗？你答对了吗？3 3 示波管的原理示波管的原理示波器课堂小结：课堂小结：一、利用电场使带电粒子加速一、利用电场使带电粒子加速二、利用电场使带电粒子偏转二、利用电场使带电粒子偏转从动力学和运动学角度分析从动力学和运动学角度分析从做功和能量的角度分析从做功和能量的角度分析类似平抛运动的分析方法类似平抛运动的分析方法粒子在与电场垂直的方向上做粒子在与电场垂直的方向上做匀速直线运动匀速直线运动粒子在与电场平行的方向上做粒子在与电场平行的方向上做初速度为零的匀加速运动初速度为零的匀加速运动 1如如图图所所示示，边边长长为为L的的正正方方形形区区域域abcd内内存存在在着着匀匀强
14、强电电场场。电电量量为为q、动动能能为为Ek的的带带电电粒粒子子从从a点点沿沿ab方方向向进进入电场，不计重力。入电场，不计重力。（1）若若粒粒子子从从c点点离离开开电电场场，求求电电场场强度的大小和粒子离开电场时的动能；强度的大小和粒子离开电场时的动能；（2）若粒子离开电场时动能为）若粒子离开电场时动能为Ek ，则电场强度为多大？则电场强度为多大？ abcdE解解:（1） Lv0t，所以所以所以所以（2）若粒子由）若粒子由bc边离开电场，边离开电场，Lv0t，所以所以所以所以 1如如图图所所示示，边边长长为为L的的正正方方形形区区域域abcd内内存存在在着着匀匀强强电电场场。电电量量为为q、
15、动动能能为为Ek的的带带电电粒粒子子从从a点点沿沿ab方方向向进进入电场，不计重力。入电场，不计重力。（1）若若粒粒子子从从c点点离离开开电电场场，求求电电场场强度的大小和粒子离开电场时的动能；强度的大小和粒子离开电场时的动能；（2）若粒子离开电场时动能为）若粒子离开电场时动能为Ek ，则电场强度为多大？则电场强度为多大？ abcdE2如如图图所所示示，竖竖直直平平行行直直线线为为匀匀强强电电场场的的电电场场线线，电电场场方方向向未未知知，A，B是是电电场场中中的的两两点点，AB两两点点的的连连线线长长为为l且且与与电电场场线线所所夹夹的的锐锐角角为为一一个个质质量量为为m，电电荷荷量量为为q
16、的的带带电电粒粒子子以以初初速速度度v0。从从A点点垂垂直直进进入入电电场场，该该带带电电粒粒子子恰恰好好能能经经过过B点点不不考考虑虑带带电电粒粒子子的的重重力力大大小小(1)根根据据你你学学过过的的物物理理学学规规律律和和题题中中所所给给的的信信息息，对对反反映映电电场场本本身身性性质质的的物物理理量量(例例如如电电场场方方向向)，你你能能作作出出哪哪些些定定性性判判断断或或求求得得哪哪些些定定量结果量结果?ABv0（1）因因粒粒子子带带负负电电且且向向下下偏偏转转，故故电电场场力力方方向向向向下下，所所以以电电场场方方向向竖直向上。竖直向上。水平方向匀速运动，有：水平方向匀速运动，有：
17、l sin =v0t 竖直方向做初速度为零的匀加速运竖直方向做初速度为零的匀加速运动，有动，有解得加速度：解得加速度：由由qE=ma，得电场强度大小，得电场强度大小2如如图图所所示示，竖竖直直平平行行直直线线为为匀匀强强电电场场的的电电场场线线，电电场场方方向向未未知知，A，B是是电电场场中中的的两两点点，AB两两点点的的连连线线长长为为l且且与与电电场场线线所所夹夹的的锐锐角角为为一一个个质质量量为为m，电电荷荷量量为为q的的带带电电粒粒子子以以初初速速度度v0。从从A点点垂垂直直进进入入电电场场，该该带带电电粒粒子子恰恰好好能能经经过过B点点不不考考虑虑带带电电粒粒子子的的重重力力大大小小
18、(1)根根据据你你学学过过的的物物理理学学规规律律和和题题中中所所给给的的信信息息，对对反反映映电电场场本本身身性性质质的的物物理理量量(例例如如电电场场方方向向)，你你能能作作出出哪哪些些定定性性判判断断或或求求得得哪哪些些定定量结果量结果?ABv0B B点的电势高于点的电势高于A A点的电势点的电势, ,有有A A、B B两点间的电势差为：两点间的电势差为：2如如图图所所示示，竖竖直直平平行行直直线线为为匀匀强强电电场场的的电电场场线线，电电场场方方向向未未知知，A，B是是电电场场中中的的两两点点，AB两两点点的的连连线线长长为为l且且与与电电场场线线所所夹夹的的锐锐角角为为一一个个质质量
19、量为为m，电电荷荷量量为为q的的带带电电粒粒子子以以初初速速度度v0。从从A点点垂垂直直进进入入电电场场，该该带带电电粒粒子子恰恰好好能能经经过过B点点不不考考虑虑带带电电粒粒子子的的重重力力大大小小(2)若若仅仅知知道道带带电电小小球球的的电电荷荷量量q、初初动动能能k0以以及及AB两两点点的的连连线线与与电电场场线线所所夹夹的的锐锐角角三三个个量量，对对反反映映电电场场本本身身性性质质的的物物理理量量，你你能能求求得哪些定量结果得哪些定量结果?ABv0（2）设设初初速速度度大大小小为为v0，小小球球过过B点点竖竖直直分分速速度度为为vy，瞬瞬时时速速度度为为vB，水平和竖直位移分别为水平和竖直位移分别为x和和y，则有：，则有：y=vyt/2 x= v0t 而而 y/x=cot 由动能定理得：由动能定理得：所以所以A、B间的电势差间的电势差 3平平行行板板间间加加如如图图4（a）所所示示周周期期变变化化的的电电压压，重重力力不不计计的的带带电电粒粒子子静静止止在在平平行行板板中中央央，从从t=0时时刻刻开开始始将将其其释释放放，运运动动过过程程无无碰碰板板情情况况。图图4（b）中，能定性描述粒子运动的速度图象正确的是）中，能定性描述粒子运动的速度图象正确的是 ( )T/23T/2UU0-U0图图4(a)T2Tt0图图4（b)vt0vt0vt0vt0ABCDA
