高中物理選修3--1第一章帶電粒子在電場中的運動課件

1、新人教版物理選修新人教版物理選修3-13-11.91.9帶電粒子在電場中的運動帶電粒子在電場中的運動3 3、某些帶電體是否考慮重力，要根據題目暗示或運動狀、某些帶電體是否考慮重力，要根據題目暗示或運動狀態(tài)來判定態(tài)來判定電場中的帶電粒子一般可分為兩類：電場中的帶電粒子一般可分為兩類：1 1、帶電的基本粒子：如電子，質子，、帶電的基本粒子：如電子，質子， 粒子，正負離子粒子，正負離子等。這些粒子所受重力和電場力相比在小得多，除非有等。這些粒子所受重力和電場力相比在小得多，除非有說明或明確的暗示以外，一般都不考慮重力。（但并不說明或明確的暗示以外，一般都不考慮重力。（但并不能忽略質量）。能忽略質量）

2、。2 2、帶電微粒：如帶電小球、液滴、塵埃等。除非有說明、帶電微粒：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?；蛎鞔_的暗示以外，一般都考慮重力。帶電粒子在勻強電場中帶電粒子在勻強電場中運動情況：運動情況：受到恒定的電場力受到恒定的電場力受力情況：受力情況： 做做勻勻變速運動變速運動一一. 帶電粒子在電場中的加速帶電粒子在電場中的加速00v?tvUE1用牛頓運動定律分析用牛頓運動定律分析用動能定理分析用動能定理分析（加速電壓）（加速電壓）根據動能定理：根據動能定理：qU = mv v2/2或根據牛頓定律：或根據牛頓定律：a = F/ /m m = qU/dm和運動學公

3、式：和運動學公式：v v2 = =2ad得得2qUmv v = 粒子加速后的速度只粒子加速后的速度只與與加速電壓有關加速電壓有關此式也適用于不是勻強電場的情況此式也適用于不是勻強電場的情況一一. 帶電粒子在電場中的加速帶電粒子在電場中的加速例例題題1 1：右：右圖圖所示，兩平行金屬板所示，兩平行金屬板間間加一加一電壓電壓U U， ，有一有一帶帶正正電電荷荷q q、 、質質量量為為m m的的帶電帶電粒子在粒子在電電場場力的作用下以初速力的作用下以初速v v0 0開始從正極板向開始從正極板向負負極板運極板運動動。 。則則（ （1 1） ）帶電帶電粒子在粒子在電場電場中作什么中作什么運運動動？（？（

4、2 2）粒子穿出）粒子穿出負負極板極板時時的速度多大？的速度多大？（ （3 3）粒子穿出）粒子穿出負負極板后做什么運極板后做什么運動動？一般用一般用“動能定理動能定理”求解求解分析：對于粒子來說，一般有分析：對于粒子來說，一般有mgmgF F，故可忽略。，故可忽略。(1)(1)帶電粒子在電場中以加速度帶電粒子在電場中以加速度a=F/m=a=F/m=qU/mdqU/md做勻加做勻加 速直線運動。速直線運動。(2)(2)由由v v2 2-v-vo o2 2=2ad =2ad 解得：解得：mqUvv220或：由動能定理或：由動能定理qUqU=mv=mv2 2/2-mv/2-mv0 02 2/2/2解

5、得：解得：mqUvv220 U1+ + +v v0 0v v1 1：非勻強電場中：非勻強電場中, , 如何計算？如何計算？電場力做功，只于始末位置電勢差有關電場力做功，只于始末位置電勢差有關2 2：若帶正電粒子以：若帶正電粒子以V V0 0負板向負板向正板運動，分析正板運動，分析粒子運動情況粒子運動情況明確粒子明確粒子V V，a a的的變化情況變化情況3.3.若粒子以初速度若粒子以初速度V V0 0沿垂直場強方向進入電場，沿垂直場強方向進入電場， 離子的運動情況如何？離子的運動情況如何？思考討論思考討論二二. 帶電粒子在電場中的偏轉帶電粒子在電場中的偏轉dyqm,0vl)(偏轉電壓U試根據類平

6、拋運動的知識，推導偏移量試根據類平拋運動的知識，推導偏移量 y和偏轉角和偏轉角偏移量偏移量 y的計算的計算（1）畫出電場線，并進行受力分析）畫出電場線，并進行受力分析（2）粒子做什么性質的運動？）粒子做什么性質的運動？（3）為計算）為計算y，需要知道哪些物理量？，需要知道哪些物理量？（4）這些物理量能計算出嗎？）這些物理量能計算出嗎？y221aty ta,?tEFa?y2202mdvqULy 偏轉角偏轉角的計算的計算（1）什么叫偏轉角）什么叫偏轉角v0vyv（2）怎樣計算偏轉角）怎樣計算偏轉角？?tan0vvyLymdVqUL2tan20對偏移公式的討論對偏移公式的討論2202221mdvqU

7、Laty對于不同的帶電粒子對于不同的帶電粒子（2）若以相同的動能射入，）若以相同的動能射入，（3）若經相同電壓）若經相同電壓U0加速后射入，則加速后射入，則0220242dUULmdVqULyy與與 q m無關無關,隨加速電壓隨加速電壓的增大而減小，隨偏轉電的增大而減小，隨偏轉電壓的增大而增大。壓的增大而增大。（1）若以相同的速度射入）若以相同的速度射入則則yq/m則則yq例：離子發(fā)生器發(fā)射出一束質量為例：離子發(fā)生器發(fā)射出一束質量為mm，電荷量為電荷量為q q的負離子，的負離子，從靜止從靜止 經加速電壓經加速電壓U U 1 1 加速后，獲得速度加速后，獲得速度 ，并沿垂直于，并沿垂直于電場線方

8、向射入兩平行板中央，受偏轉電壓電場線方向射入兩平行板中央，受偏轉電壓U U2 2作用后，以作用后，以速度速度離開電場，已知平行板長為離開電場，已知平行板長為，兩板間距離為，兩板間距離為d d，0v 1 1）離子在偏轉電場中運動）離子在偏轉電場中運動 的時間、加速度、速度的時間、加速度、速度 的大?。坏拇笮?； 2 2）離子在離開偏轉電場時）離子在離開偏轉電場時 的橫向偏移量和偏轉角的橫向偏移量和偏轉角 的正切值。的正切值。 l+ + + + + +- - - - - -u u1 1dv v0 0 求：求：思考題：讓一價氫離子、一價氦離子和二價氦離子的混合物思考題：讓一價氫離子、一價氦離子和二價氦

9、離子的混合物經過同一加速電場由靜止開始加速，然后在同一偏轉電場里經過同一加速電場由靜止開始加速，然后在同一偏轉電場里偏轉，在通過加速電場時獲得的動能是否相同？通過偏轉電偏轉，在通過加速電場時獲得的動能是否相同？通過偏轉電場時，它們是否會分為三股？請說明理由。場時，它們是否會分為三股？請說明理由。答案：答案：通過加速電場時獲得的動能通過加速電場時獲得的動能E Ek k= =qUqU, ,加速電壓相同，加速電壓相同，二價氦離子電荷量最大，所以二價氦離子獲得動能最大。二價氦離子電荷量最大，所以二價氦離子獲得動能最大。粒子的偏轉量和偏轉角由加速電場和偏轉電場決定，所粒子的偏轉量和偏轉角由加速電場和偏轉

10、電場決定，所以三種粒子不可能分開為三股。以三種粒子不可能分開為三股。一束電子流經一束電子流經 U=5000V 的電壓加速后，在距兩的電壓加速后，在距兩極板等間距處垂直進入平行板間的勻強電場中，極板等間距處垂直進入平行板間的勻強電場中，若兩板間距若兩板間距 d=1.0cm，板長，板長 l=5.0cm，那么，要，那么，要使電子能從平行板間飛出，兩個板之間的電壓使電子能從平行板間飛出，兩個板之間的電壓最多能加多少？最多能加多少？三、示波器的原理三、示波器的原理示波器是一種用來觀察電信號隨時間變化的電子儀器。它的核心部件是示波管：由電子槍、偏轉電極和熒光屏組成，管內抽成真空。（1 1）電子槍部分：）電

11、子槍部分：E E電源作用是使金屬絲變熱發(fā)射電源作用是使金屬絲變熱發(fā)射出電子，出電子，U U1 1電源作用是使發(fā)射出的電子在真空中被加速，獲得很電源作用是使發(fā)射出的電子在真空中被加速，獲得很大的速度從金屬板的小孔穿出。大的速度從金屬板的小孔穿出。（2 2）偏轉電極部分：）偏轉電極部分：YYYY/ /平行金屬板為豎直方向偏轉電極即使平平行金屬板為豎直方向偏轉電極即使平行金屬板入射的電子產生豎直方向的偏轉，行金屬板入射的電子產生豎直方向的偏轉，XXXX/ /平行金屬為水平平行金屬為水平方向偏轉電極即使平行金屬板入射的電子產生水平方向的偏轉。方向偏轉電極即使平行金屬板入射的電子產生水平方向的偏轉。（3

12、 3）熒光屏部分：玻璃屏上涂有熒光物質。高速電子打到熒光物）熒光屏部分：玻璃屏上涂有熒光物質。高速電子打到熒光物質，熒光物質受激發(fā)后會發(fā)出可見光，電子本身并不能發(fā)光，從質，熒光物質受激發(fā)后會發(fā)出可見光，電子本身并不能發(fā)光，從屏上觀察亮點，可知打到屏上電子的偏移情況。屏上觀察亮點，可知打到屏上電子的偏移情況。已知：已知：U1、l、YY?偏轉電極的電壓偏轉電極的電壓U2、板間距、板間距d 、板端到熒板端到熒光屏的距離光屏的距離L。求：電子射出偏轉電場時的偏向角正切值求：電子射出偏轉電場時的偏向角正切值tan及打到屏上及打到屏上電子的偏移量電子的偏移量y?。122tandUlU Lly 2tan L

13、lydUlU 2212yyUKULldUly 21)2(2偏移量與偏移量與YY?偏轉偏轉電極的電壓電極的電壓U2成正成正比比yyUKy xxUKx yyUKy xxUKx 如圖是示波管的原理圖，它是由電子槍、豎直偏轉電極YY、水平偏轉電極XX和熒光屏組成，電子槍發(fā)射的電子打在熒光屏上將出現(xiàn)亮點，若亮點很快移動，由于視覺暫留原因，能在熒光屏上看到一條亮線。 （1 1）如果只在偏轉電極）如果只在偏轉電極YYYY上加上如上加上如圖所示的電壓圖所示的電壓U Uy y= =U Ummsinsin t t，在熒光屏，在熒光屏圖上畫出所觀察到的亮線的形狀（設圖上畫出所觀察到的亮線的形狀（設T T很?。┖苄。? 2）如果只在偏轉電極）如果只在偏轉電極XXXX上加上圖上加上圖所示電壓，試在圖上畫出所觀察到所示電壓，試在圖上畫出所觀察到的亮線的形狀。的亮線的形狀。（3 3）如果在）如果在YYYY和和XXXX上同時加上上上同時加上上述電壓，試在圖上畫出所觀察到的亮述電壓，試在圖上畫出所觀察到的亮線的形狀。線的形狀。課堂小結：課堂小結：一、利用電場使帶電粒子加速一、利用電