《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1 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1 新人教版选修3-1.ppt（20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1.1.掌握带电粒子在电场中加速和偏转所遵循的规律掌握带电粒子在电场中加速和偏转所遵循的规律2 2知道示波器的主要构造和工作原理知道示波器的主要构造和工作原理3 3学习运用静电力做功，电势、电势差，等势面等概念学习运用静电力做功，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能量转化研究带电粒子在电场中运动时的能量转化. .学习目标学习目标二、二、带电粒子的带电粒子的偏转偏转_+U1-qmv0一、一、带电粒子的带电粒子的加速加速v0+-U2 d lv-qmv0yvy垂直垂直电场方向电场方向:平行平行电场
2、方向电场方向:2偏移距离偏移距离dmvql U2022=2偏转角偏转角dmvqlU20=2类平抛运动类平抛运动 一个电荷量为一个电荷量为- -q质量为质量为m的带电粒子，由静止进入一个电压为的带电粒子，由静止进入一个电压为U1的加速的加速电场加速后，又垂直进入一个电压为电场加速后，又垂直进入一个电压为U2的偏转电场，经偏转电场偏转后打的偏转电场，经偏转电场偏转后打在荧光屏上在荧光屏上,整个装置如图示整个装置如图示.试分析带电粒子的运动情况试分析带电粒子的运动情况(不计粒子的重力不计粒子的重力).v0+- U2 d lvyvy_+U1-qmv0OYL加速加速偏转偏转匀速匀速瞬时速度是联系两个过程
3、的桥梁瞬时速度是联系两个过程的桥梁三、三、带电粒子的带电粒子的加速偏转加速偏转v0+- U2 d lvyvy_+U1-qmv0OYL 一一个个电电荷荷量量为为- -q质质量量为为m的的带带电电粒粒子子，由由静静止止进进入入一一个个电电压压为为U1的的加加速速电电场场加加速速后后，又又垂垂直直进进入入一一个个电电压压为为U2的的偏偏转转电电场场，经经偏偏转转电电场场偏偏转后打在荧光屏上转后打在荧光屏上,整个装置如图示整个装置如图示.求求:(1)出偏转电场时的偏移距离出偏转电场时的偏移距离y；(2)出偏转电场时的偏转角；出偏转电场时的偏转角；(3)打在荧光屏上时的偏移距离打在荧光屏上时的偏移距离Y
4、.三、三、带电粒子的带电粒子的加速偏转加速偏转经加速电场经加速电场U1加速后加速后:经偏转电场经偏转电场U2偏转后偏转后:(1)偏移距离偏移距离y:dmvql U2022=2y(2)偏转角偏转角:dmvqlU20=2tanq q(3)偏移距离偏移距离Y:q qtan)L2(lY+=d Ul U122=d Ul U1224=三三、带带电电粒粒子子的的加加速速偏偏转转v0+- U2 d lvyvy_+U1-qmv0OYLYYXX-+-+-若金属板水平放置若金属板水平放置电子将电子将竖直偏转竖直偏转若金属板竖直放置若金属板竖直放置 电子将电子将水平偏转水平偏转偏转电极的放置方式偏转电极的放置方式 例
5、例1、如图，电子在电势差为、如图，电子在电势差为U1的加速电场中由静止开始加速，的加速电场中由静止开始加速，然后射入电势差为然后射入电势差为U2的两块平行的两块平行极板间的电场中，入射方向跟极极板间的电场中，入射方向跟极板平行。整个装置处在真空中，板平行。整个装置处在真空中，重力可忽略。在满足电子能射出重力可忽略。在满足电子能射出平行板区的条件下，下述四种情平行板区的条件下，下述四种情况中，一定能使电子的偏转角况中，一定能使电子的偏转角变变大的是大的是 （ ）A.U1变大、变大、U2变大变大 B.U1变小、变小、U2变大变大C.U1变大、变大、U2变小变小 D.U1变小、变小、U2变小变小对加
6、速过程由动能定理：对加速过程由动能定理：对偏转过程由偏转角正切公式对偏转过程由偏转角正切公式dUl U122=dUlUy1224=电学搭台电学搭台力学唱戏力学唱戏B 例例2、如图所示，二价氦离子和质子、如图所示，二价氦离子和质子的混合体，经同一加速电场加速后，的混合体，经同一加速电场加速后，垂直射入同一偏转电场中，偏转后，垂直射入同一偏转电场中，偏转后，打在同一荧光屏上，则它打在同一荧光屏上，则它( ) A.侧移距离相同侧移距离相同 B.偏转角相同偏转角相同 C.到达屏上同一点到达屏上同一点 D.到达屏上不同点到达屏上不同点dUlUy1224=dUl U122=带电粒子的带电粒子的偏移量和偏转
7、角由系统偏移量和偏转角由系统决定决定，而与粒子的质量、电量无关，而与粒子的质量、电量无关. .只要只要电性相同电性相同的带电粒子的带电粒子, ,在电场在电场中留下的中留下的轨迹相同轨迹相同, ,所以无法将电所以无法将电性相同的粒子分开性相同的粒子分开. .ABC例例3、如图所示，有一电子、如图所示，有一电子(电量为电量为e、质量为质量为m)经电压经电压U1加速后，沿平行金加速后，沿平行金属板属板A、B中心线进入两板，中心线进入两板，A、B板间板间距为距为d、长度为、长度为l， A、B板间电压为板间电压为U2，屏，屏CD足够大，距离足够大，距离A、B板右边缘板右边缘2l，AB板的中心线过屏板的中
8、心线过屏CD的中心且与的中心且与屏屏CD垂直。试求电子束打在屏上的位垂直。试求电子束打在屏上的位置到屏中心间的距离。置到屏中心间的距离。 对加速过程由动能定理：对加速过程由动能定理：解析解析d Ul U122=电子离开电场，就好象从中电子离开电场，就好象从中点沿直线离开的：点沿直线离开的：qtan)22(llY+=d UlU1224=5Y四、四、示波管的示波管的原理原理1 1、示波器的作用：、示波器的作用： 观察电信号随时间变化的情况观察电信号随时间变化的情况2 2、示波管的结构：、示波管的结构： 由电子枪、偏转电极和荧光屏组成由电子枪、偏转电极和荧光屏组成3 3、示波管的原理、示波管的原理产
9、生产生高速高速 飞行的飞行的电子束电子束待显示待显示的信号的信号电压电压锯齿形锯齿形 扫描扫描电压电压使电子沿使电子沿 Y Y方向方向偏移偏移使电子沿使电子沿 x x方向方向偏移偏移例例4、初速度为、初速度为2107m/s的电子沿平行的电子沿平行金属板间的中心线射入板中，板长为金属板间的中心线射入板中，板长为30cm，相距为，相距为4cm，在两板间加上如图，在两板间加上如图所示的正弦交变电压。已知电子的质量所示的正弦交变电压。已知电子的质量为为910-31kg，电量为，电量为1.610-19C，不计，不计电子重力，求：要使所有的电子都能离电子重力，求：要使所有的电子都能离开电场，图中电压的最大
10、值开电场，图中电压的最大值U0需满足什需满足什么条件？么条件？设电子在两板间的运动时间为设电子在两板间的运动时间为t设电子在偏转电压为设电子在偏转电压为U0时进时进入板间入板间 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、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？
11、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、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？ abcd
12、E2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(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
13、)，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： 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
14、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(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
15、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
16、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
