高中物理 第1章 第9節(jié) 帶電粒子在電場中的運(yùn)動（第1課時(shí)）課件 新人教版選修31.ppt

第一章靜電場 第九節(jié)帶電粒子在電場中的運(yùn)動 1 本節(jié)課件綜合應(yīng)用力學(xué)和電學(xué)知識 在講解這節(jié)內(nèi)容之前復(fù)習(xí)了相關(guān)的知識概念 使學(xué)生掌握解題的思路和方法 通過對帶電粒子在電場中加速 偏轉(zhuǎn)過程的分析 培養(yǎng)學(xué)生的分析 推理能力 在教學(xué)課件中聯(lián)系現(xiàn)代科技問題加以講解 培養(yǎng)學(xué)生綜合分析問題的能力 體會物理知識的實(shí)際應(yīng)用 1 了解帶電粒子在電場中的運(yùn)動 只受電場力 帶電粒子做勻變速運(yùn)動 2 重點(diǎn)掌握初速度與場強(qiáng)方向垂直的帶電粒子在電場中的運(yùn)動 類平拋運(yùn)動 3 知道示波管的主要構(gòu)造和工作原理 重點(diǎn) 帶電粒子在電場中的加速和偏轉(zhuǎn)規(guī)律 難點(diǎn) 帶電粒子在電場中的偏轉(zhuǎn)問題及應(yīng)用 大型粒子對撞機(jī) 1 帶電粒子在電場中要受到哪些力的作用 2 對于像質(zhì)子 電子 離子等帶電微粒在電場中運(yùn)動時(shí) 我們怎樣處理它們的受力 通常要受到重力和電場力 質(zhì)子 電子 離子等帶電微粒所受重力一般遠(yuǎn)小于電場力 重力可以忽略 重力勢能就可以不考慮 但帶電物體 如帶電小球 液滴 塵埃等 除非有說明或明確的暗示以外 一般都考慮重力 3 帶電粒子在電場中運(yùn)動時(shí) 電場力對粒子的運(yùn)動有什么效果 帶電粒子在電場中運(yùn)動時(shí) 所受電場力對粒子產(chǎn)生加速度 改變粒子的速度 電場力 合外力 對粒子做功 改變粒子的動能 4 帶電粒子在均強(qiáng)電場中運(yùn)動時(shí) 運(yùn)動有什么特點(diǎn) 帶電粒子在均強(qiáng)電場中運(yùn)動時(shí) 所受電場力是恒力 產(chǎn)生恒定的加速度 所以帶電粒子在均強(qiáng)電場中的運(yùn)動跟物體在重力場中的自由落體和拋體運(yùn)動相似 動能定理w qu mvt2 mv02 研究帶電粒子運(yùn)動的主要理論方法 電場力f qe 加速度a f m 電場力的功w qu 二 帶電粒子在電場中的偏轉(zhuǎn) 一 帶電粒子在電場中的加速 帶電粒子在電場中的兩類基本運(yùn)動 q m v0 v 一 帶電粒子的加速 1 受力分析 2 運(yùn)動分析 初速度為零 加速度為a qu md的向右勻加速直線運(yùn)動 解法一運(yùn)用運(yùn)動學(xué)知識求解 水平向右的電場力f eq qu d 1 受力分析 2 運(yùn)動分析 初速度為零 加速度為a qu md的向右勻加速直線運(yùn)動 粒子加速后的速度只與加速電壓有關(guān) 水平向右的電場力f eq qu d 解法二運(yùn)用能量知識求解 如兩極板間不是勻強(qiáng)電場該用何種方法求解 為什么 由于電場力做功與場強(qiáng)是否勻強(qiáng)無關(guān) 與運(yùn)動路徑也無關(guān) 第二種方法仍適用 若粒子的初速度為零 則 若粒子的初速度不為零 則 例1 熾熱的金屬絲可以發(fā)射電子 兩邊加以電壓u 2500v 電子初速度為0 求電子穿出時(shí)的速度 答案 3 0 107m s 1 如圖所示 m n是在真空中豎直放置的兩塊平行金屬板 質(zhì)量為m 電量為 q的帶電粒子 以極小的初速度由小孔進(jìn)入電場 當(dāng)m n間電壓為u時(shí) 粒子到達(dá)n板的速度為v 如果要使這個(gè)帶電粒子到達(dá)n板的速度為2v 則下述方法能滿足要求的是 a 使m n間電壓增加為2ub 使m n間電壓增加為4uc 使m n間電壓不變 距離減半d 使m n間電壓不變 距離加倍 m n u d b 2 如圖所示 在p板附近有一電子由靜止開始向q板運(yùn)動 則關(guān)于電子在兩板間的運(yùn)動情況 下列敘述正確的是 a 兩板間距越大 加速度越小b 兩板間距離越小 則電子到達(dá)q板時(shí)的速度就越大c 電子到達(dá)q板時(shí)的速度與板間距離無關(guān) 僅與加速電壓有關(guān)d 電子的加速度和末速度都與板間距離無關(guān) ac 粒子做勻減速直線運(yùn)動 1 若帶正電粒子以v0從負(fù)板向正板運(yùn)動 粒子運(yùn)動情況如何 2 若粒子以初速度v0沿垂直場強(qiáng)方向進(jìn)入電場 離子的運(yùn)動情況如何 d q x 二 帶電粒子在電場中的偏轉(zhuǎn) 類平拋運(yùn)動 偏轉(zhuǎn)角 側(cè)移 1 粒子穿越電場的時(shí)間t為多少 2 粒子離開電場時(shí)的速度v多大 3 粒子離開電場時(shí)的偏角 多大 4 沿垂直于板面方向偏移的距離為多少 5 x呢 與粒子比荷q m成正比 與粒子初速度v0平方成反比 與電場的屬性u l d有關(guān) 與粒子比荷q m成正比 與粒子初速度v0平方成反比 與電場的屬性u l d有關(guān) 推論 粒子從偏轉(zhuǎn)電場中射出時(shí) 其速度反向延長線與初速度方向交一點(diǎn) 此點(diǎn)平分沿初速度方向的位移 例2 質(zhì)子 質(zhì)量為m 電量為e 和二價(jià)氦離子 質(zhì)量為4m 電量為2e 以相同的初動能 垂直射入同一偏轉(zhuǎn)電場中 離開電場后 它們的偏轉(zhuǎn)角的正切之比為 側(cè)移之比為 2 1 2 1 一 利用電場使帶電粒子加速 二 利用電場使帶電粒子偏轉(zhuǎn) 從動力學(xué)和運(yùn)動學(xué)角度分析 從做功和能量的角度分析 類似平拋運(yùn)動的分析方法 粒子在與電場垂直的方向上做勻速直線運(yùn)動 粒子在與電場平行的方向上做初速度為零的勻加速運(yùn)動 1 如圖 電子在電勢差為u1的加速電場中 由靜止開始加速 然后射入電勢差為u2的兩塊平行極板間的電場中 入射方向跟極板平行 整個(gè)裝置處在真空中 重力可忽略 在滿足電子能射出平行板區(qū)的條件下 下述四種情況中 一定能使電子的偏轉(zhuǎn)角 變大的是 a u1變大 u2變大b u1變小 u2變大c u1變大 u2變小d u1變小 u2變小 解析 對加速過程由動能定理 對偏轉(zhuǎn)過程由偏轉(zhuǎn)角正切公式 答案 b 2 如圖所示 有一電子 電量為e 質(zhì)量為m 經(jīng)電壓u0加速后 沿平行金屬板a b中心線進(jìn)入兩板 a b板間距為