《高中物理 第一章静电场第9节《带电粒子在电场中的运动》教学课件 新人教版选修31》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9节《带电粒子在电场中的运动》教学课件 新人教版选修31（30页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、9带电粒子在电带电粒子在电场中的运动场中的运动 1带电粒子在电场中的运动情况带电粒子在电场中的运动情况（平衡、加速和减速）（平衡、加速和减速） 若若带电粒子在粒子在电场中所受合力中所受合力为零零时，即，即F0时，粒子将保持静止状粒子将保持静止状态或匀速直或匀速直线运运动状状态。例例 ：带电粒子在电场中处于静止状态，该：带电粒子在电场中处于静止状态，该粒子带正电还是负电粒子带正电还是负电?+ + + + + + +- - - - - - -Eqmg分析：带电粒子处于静止分析：带电粒子处于静止状态，状态，FF0 0，Eq=mgEq=mg，因为所受重力竖直向下，因为所受重力竖直向下，所以所受电场力必
2、为竖直所以所受电场力必为竖直向上。又因为场强方向竖向上。又因为场强方向竖直向下，所以带电体带负直向下，所以带电体带负电。电。1带电粒子在电场中的运动情况带电粒子在电场中的运动情况（平衡、加速和减速）（平衡、加速和减速） 若若带电粒子在粒子在电场中所受合力中所受合力为零零时，即，即F0时，粒，粒子将保持静止状子将保持静止状态或匀速直或匀速直线运运动状状态。v若若F0（只受电场力）且与初速度方向（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在同一直线上，带电粒子将做加速或减速直线运动。线运动。(变速直线运动变速直线运动)打入正电荷打入正电荷(如图如图),将做匀加速直线运动。将做
3、匀加速直线运动。设电荷所带的电量为设电荷所带的电量为q,板间场强为板间场强为E,电势差电势差为为U,板距为板距为d,电荷到达另一极板的速度为电荷到达另一极板的速度为v,则：则：电场力所做的功为电场力所做的功为W=EqL=Uq粒子到达另一极板的动能为粒子到达另一极板的动能为Ek=mv2/2由动能定理有由动能定理有Uq=mv2/2 (或或 EqL=mv2/2对恒力对恒力) 若初速为若初速为v0，则上列各式又应怎么样？，则上列各式又应怎么样？若打入的是负电荷若打入的是负电荷(初速为初速为v0),将做匀减速直线运动将做匀减速直线运动,其运动情况其运动情况可能如何可能如何,请同学们讨论。请同学们讨论。+
4、 + + + + +l l l l l lvo1带电粒子在电场中的运动情况带电粒子在电场中的运动情况（平衡、加速和减速）（平衡、加速和减速） 若若带电粒子在粒子在电场中所受合力中所受合力为零零时，即，即F0时，粒，粒子将保持静止状子将保持静止状态或匀速直或匀速直线运运动状状态。v若若F0（只受电场力）且与初速度方向（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在同一直线上，带电粒子将做加速或减速直线运动。线运动。(变速直线运动变速直线运动)关于重力是否考虑的问题关于重力是否考虑的问题1 1 、题目明确了重力不计或不能忽略重力的情况、题目明确了重力不计或不能忽略重力的情况2
5、2 、题目未明确的情况下、题目未明确的情况下: :a)a)基本粒子基本粒子( (如电子、质子、离子等如电子、质子、离子等) )重力一般忽略重力一般忽略. .b)b)带电颗粒带电颗粒( (如液滴、尘埃、小球等如液滴、尘埃、小球等) )重力一般不能忽重力一般不能忽略略. . 例题例题1：如图所示，水平放置的：如图所示，水平放置的A、B两平两平行板相距行板相距h，上板，上板A带正电。现有质量为带正电。现有质量为m，带，带电量为电量为+q的小球在的小球在B板下方距离为板下方距离为H处，以初处，以初速度速度V0竖直向上从竖直向上从B板小孔进入板间电场，欲板小孔进入板间电场，欲使小球刚好打到使小球刚好打到
6、A板，板，A、B间电势差间电势差UAB应为应为多少？多少？hABV0H解：将动能定理用于运动全过解：将动能定理用于运动全过程，由程，由W=Ek得得 -mg(H+h)-qUAB=0- mV2012整理可得整理可得UAB=mV2-2g(H+h)2q例例1、下列粒子从初速度为零的状态经加下列粒子从初速度为零的状态经加速电压为速电压为U的电场后，哪种粒子速度最的电场后，哪种粒子速度最大大 （ ）A、质子、质子 B、氘核、氘核 C、氦核、氦核 D、钠离子、钠离子A哪种粒子动能最大（哪种粒子动能最大（ ）C练习：如图练习：如图 从从F F处释放一个无初速度电子向处释放一个无初速度电子向B B板板方向运动方
7、向运动, ,指出下列对电子运动描述中指出下列对电子运动描述中, ,正确的是正确的是( (设设电源电动势均为电源电动势均为U) ( U) ( ) )FADCBA.A.电子到达电子到达B B板时的动能是板时的动能是UeUeB.B.电子从电子从B B板到达板到达C C板时动能的变板时动能的变化量为零化量为零 C.C.电子到达电子到达D D板时动能为板时动能为UeUe . .电子在板与板间作往返运动电子在板与板间作往返运动2带电粒子在电场中的偏转带电粒子在电场中的偏转（不计重力，且初速度（不计重力，且初速度VO E，则带电粒子将在电场中做，则带电粒子将在电场中做类平抛运动类平抛运动）物体在只受重力的作
8、用下，被水平抛出，在水平方向上不受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，将做匀速直力，将做匀速直线运运动，在，在竖直方向上只受重力，做初速度直方向上只受重力，做初速度为零的自由落体运零的自由落体运动。物体的。物体的实际运运动为这两种运两种运动的合运的合运动。【思考与讨论】若带电粒子在电场中所受合力【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，且与初速度方向有夹角(不等于不等于0，180)，则带电粒子将做什么运动？，则带电粒子将做什么运动？曲线运动曲线运动详细分析讲解例题2。vovv d+- - - - - -2 2、 带电粒子在电场中的偏转带电粒子在电场
9、中的偏转 lv0d-qvv0v yl/2解：粒子解：粒子vo在电场中做类平抛运动在电场中做类平抛运动沿电场方向匀速运动所以有：沿电场方向匀速运动所以有： L=vot 电子射出电场时，电子射出电场时，在垂直于电场方向偏移的距离为：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：粒子在垂直于电场方向的加速度： a=F/m=eE/m=eU/md 由由得：得： 代入数据得：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电子射出电场时沿电场方向的速度不变仍为vo，而垂直于，而垂直于
10、电场方向的速度：电场方向的速度： 故电子离开电场时的偏转故电子离开电场时的偏转角为：角为： 代入数据得：代入数据得： =6.8【讨论【讨论】例例1、带电粒子经加速电场加速后垂直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，可使它离开偏转电场时偏转角增大，可采用的办法有：（采用的办法有：（ ）A、增加带电粒子的电量、增加带电粒子的电量B、降低加速电压；、降低加速电压；C、提高偏转电压；、提高偏转电压；D、减小两平行板间的距离。、减小两平行板间的距离。BCD练习一：练习一：质子和质子和粒子由静止经相同加速电场加粒子由静止经
11、相同加速电场加速后，又垂直进入同一匀强电场，出电速后，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时，它们横向位移量之比和在偏转电场中经过时间之比分别为（场中经过时间之比分别为（ ）A.2:1和和 ：1 B.1：1和和 1： C.1：2和和2：1 D.1：4和和1：2 2 2BV0P-+ABC 练习二：如图所示，有三个质量相等分别练习二：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，从平行板电场带正电、负电和不带电的小球，从平行板电场中的中的P点以相同的初速度垂直于点以相同的初速度垂直于E进入电场，它进入电场，它们分别落到们分别落到A、B、C三点，则可判断（三点，
12、则可判断（ ）A.三个小球在电场中运动加速度关系是三个小球在电场中运动加速度关系是aAaBaCD.落到落到A点的小球带正电，落到点的小球带正电，落到B点的小球不带电点的小球不带电C.三个小球在电场中运动时间相等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三个小球到达正极时的动能关系是EKA EKB EKCD3示波管的原理示波管的原理（1）示波器：用来观察电信号随时间变化的电）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）示波管的构造：由电子枪、偏转电极和荧光屏组成（如图）。光屏组成（如图）。
13、（3）原理：利用了带电粒子在电场中偏转的规）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律，灵敏、直观地显示出电信号随时间变化的图线。图线。小结：小结：1 1、研究带电粒子在电场中运动的两条主要线索研究带电粒子在电场中运动的两条主要线索（1）力和运）力和运动的关系的关系牛牛顿第二定律第二定律（2）功和能的关系）功和能的关系动能定理能定理2 2、研究带电粒子在电场中运动的两类重要的思维技巧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电场力和重力都是恒力，在电场力作用下的运动可
14、与重力作用下的运动类比（2）整体法）整体法(全全过程法程法)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发( (尤其从静止出发末速度为零的问题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往往能迅速找到解题入口或简化计算dl/2yv0-qvv0v +-lYXU3.3.质量为质量为质量为质量为m=510m=510-5-5kgkg的带电粒子以的带电粒子以的带
15、电粒子以的带电粒子以v v0 0=2m/s=2m/s的速度的速度的速度的速度从水平放置的平行金属板从水平放置的平行金属板从水平放置的平行金属板从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的中央飞入板间的中央飞入板间, ,如图如图如图如图所示所示所示所示, ,已知板长已知板长已知板长已知板长l=10cm,l=10cm,板间距离板间距离板间距离板间距离d=2cm,d=2cm,当当当当U UABAB=10=103 3v v时时时时, ,带电粒子恰好沿中央直线穿过板间带电粒子恰好沿中央直线穿过板间带电粒子恰好沿中央直线穿过板间带电粒子恰好沿中央直线穿过板间, ,则则则则ABAB间所加
16、电压在什么范围内带电粒子能从板间飞出间所加电压在什么范围内带电粒子能从板间飞出间所加电压在什么范围内带电粒子能从板间飞出间所加电压在什么范围内带电粒子能从板间飞出. .v v0 0A AB B+ +- -4.4.如图，如图，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，接在电压为，接在电压为U U的电源上。在的电源上。在的电源上。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。
17、设电子的电子放射源，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质量为质量为m m 、电量为、电量为、电量为、电量为e e，射出的初速度为，射出的初速度为，射出的初速度为，射出的初速度为v v。求电子打。求电子打。求电子打。求电子打在板上的区域面积？（不计电子的重力）在板上的区域面积？（不计电子的重力）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+_P5.5.如图所示如图所示如图所示如图所示, ,相距为相距为相距为相距为d d的两块平行板的两块平行板的两块平行板的两块平行板M
18、,NM,N与电源相连与电源相连与电源相连与电源相连, ,电电电电键键键键k k闭合后闭合后闭合后闭合后,M,N,M,N间有匀强电场间有匀强电场间有匀强电场间有匀强电场, ,一带电粒子垂直于电一带电粒子垂直于电一带电粒子垂直于电一带电粒子垂直于电场方向从场方向从场方向从场方向从MM板边缘射入电场板边缘射入电场板边缘射入电场板边缘射入电场, ,恰好打在恰好打在恰好打在恰好打在N N板的中央板的中央板的中央板的中央, ,不不不不计重力计重力计重力计重力. .打开电键打开电键打开电键打开电键, ,粒子仍以原来速度由原位置射入粒子仍以原来速度由原位置射入粒子仍以原来速度由原位置射入粒子仍以原来速度由原位
19、置射入, ,为为为为了使粒子能刚好飞出电场而不碰到了使粒子能刚好飞出电场而不碰到了使粒子能刚好飞出电场而不碰到了使粒子能刚好飞出电场而不碰到N N板板板板,N,N板应如何移板应如何移板应如何移板应如何移动动动动? ?移动多少距离移动多少距离移动多少距离移动多少距离? ?MMN NK KL Lv v二、带电粒子在电场中的偏转、带电粒子在电场中的偏转当带电粒子以初速度、当带电粒子以初速度、V V0 0垂直进入匀强电场时垂直进入匀强电场时: :1 1 、受力及运动状态、受力及运动状态仅受电场力且与仅受电场力且与V V0 0垂直垂直, ,故作类平抛运动故作类平抛运动. .2 2 、处理方法、处理方法:
20、 :类比平抛运动类比平抛运动3 3 、基本公式、基本公式: :带电粒子在各类电场中运动性质取决于带电粒子在各类电场中运动性质取决于:(1) (1) 受力情况受力情况(2) (2) 初始状态初始状态再由运动的有关规律或动量再由运动的有关规律或动量, ,能量的有关规律来求解能量的有关规律来求解VVxVy- - - - - -V0+ + + + + +U 例例3 3 、如图、如图, ,设质量为设质量为m,m,电量为电量为q q的带电粒子以初的带电粒子以初速度速度V V0 0沿垂直于电场的方向进入长为沿垂直于电场的方向进入长为L,L,间距为间距为d,d,电势电势差为差为U U的平行金属板间的匀强电场中
21、的平行金属板间的匀强电场中, ,若不计粒子的重若不计粒子的重力力. .(1) 粒子穿越电场的时间粒子穿越电场的时间 t粒子在垂直电场方向以粒子在垂直电场方向以V0做匀速直线运动做匀速直线运动,L= V0 t,(2) (2) 粒子离开电场时的速度粒子离开电场时的速度V V 粒子沿电场方向做匀加速直线运动粒子沿电场方向做匀加速直线运动, ,加速度加速度粒子离开电场时平行电场方向的分速度粒子离开电场时平行电场方向的分速度所以所以: :L得得VVxVy- - - - - -V0+ + + + + +U 例例3 3 、如图、如图, ,设质量为设质量为m,m,电量为电量为q q的带电粒子以的带电粒子以初速度初速度V V0 0沿垂直于电场的方向进入长为沿垂直于电场的方向进入长为L,L,间距为间距为d,d,电电势差为势差为U U的平行金属板间的匀强电场中的平行金属板间的匀强电场中, ,若不计粒子若不计粒子的重力的重力. .L(3) (3) 粒子离开电场时的侧移距离粒子离开电场时的侧移距离y y(4) (4) 粒子离开电场时的速度偏角粒子离开电场时的速度偏角所以所以: :y
