[名校聯(lián)盟]四川省內(nèi)江市威遠(yuǎn)縣威遠(yuǎn)中學(xué)高中物理人教版選修3-1《19 帶電粒子在電場中的運(yùn)動》1

1、回顧回顧 ：電勢差與電場強(qiáng)度的關(guān)系：電勢差與電場強(qiáng)度的關(guān)系l1由公式由公式UABEd得得E .l2公式適用于公式適用于電場強(qiáng)度的計(jì)算電場強(qiáng)度的計(jì)算l3在勻強(qiáng)電場中，電場強(qiáng)度的大小等于兩點(diǎn)間在勻強(qiáng)電場中，電場強(qiáng)度的大小等于兩點(diǎn)間的電勢差與兩點(diǎn)沿的電勢差與兩點(diǎn)沿 方向距離的比值方向距離的比值l4電場強(qiáng)度在數(shù)值上等于沿電場方向每單位距電場強(qiáng)度在數(shù)值上等于沿電場方向每單位距離上降低的離上降低的 勻強(qiáng)電場電場強(qiáng)度電勢1la、b、c、d是勻強(qiáng)電場中的四個點(diǎn)，它們正是勻強(qiáng)電場中的四個點(diǎn)，它們正好是一個矩形的四個頂點(diǎn)電場線與矩形所在平好是一個矩形的四個頂點(diǎn)電場線與矩形所在平面平行已知面平行已知a點(diǎn)的電勢為點(diǎn)的

2、電勢為20 V，b點(diǎn)的電勢為點(diǎn)的電勢為24 V，d點(diǎn)的電勢為點(diǎn)的電勢為4 V，如右圖所示由此可知，如右圖所示由此可知c點(diǎn)點(diǎn)的電勢為的電勢為()lA4 VB8 VlC12 V D24 Vl解析：解析：由勻強(qiáng)電場特點(diǎn)知，在勻強(qiáng)電場中，由由勻強(qiáng)電場特點(diǎn)知，在勻強(qiáng)電場中，由于于UEd，所以任意一簇平行線上等距離的兩點(diǎn)，所以任意一簇平行線上等距離的兩點(diǎn)的電勢差相等，因此的電勢差相等，因此UabUdc，c點(diǎn)電勢為點(diǎn)電勢為8 V，B正確正確l答案：答案：B23答案：BC 4l1安全用電常識中，有一個涉及“跨步電壓”現(xiàn)象的問題，你知道什么是“跨步電壓”嗎？如果遇到地面有漏電，應(yīng)該如何避免“跨步電壓”？l提示：

3、地下電纜漏電、高壓電線斷裂后觸地等情況，都會在地面上形成以漏電處為圓心的輻射狀電場，沿電場方向任意兩點(diǎn)之間就會有電勢差若有人處在其中，在人沿遠(yuǎn)離漏電處跨步逃離的情況下，兩腳間就有一電壓，即跨步電壓，人就會觸電人若不動就不會觸電，若要逃離的話，就要采用袋鼠式走動的方式，即用跳躍的方式逃離，就可以避免“跨步電壓”5l【跟蹤發(fā)散跟蹤發(fā)散】11：平行的帶電金屬板：平行的帶電金屬板A、B間間是勻強(qiáng)電場如右圖所示，兩板間距離是是勻強(qiáng)電場如右圖所示，兩板間距離是5 cm，兩板間的電壓是兩板間的電壓是60 V.l(1)兩板間的場強(qiáng)是多大？兩板間的場強(qiáng)是多大？l(2)電場中有電場中有P1和和P2兩點(diǎn)，兩點(diǎn)，P1

4、點(diǎn)離點(diǎn)離A板板0.5 cm，P2點(diǎn)點(diǎn)離離B板也是板也是0.5 cm，P1和和P2兩點(diǎn)間的電勢差多大？兩點(diǎn)間的電勢差多大？l(3)若若B板接地，板接地，P1和和P2兩點(diǎn)的電勢各是多少伏？兩點(diǎn)的電勢各是多少伏？6l(2)P1、P2兩點(diǎn)間沿場強(qiáng)方向的距離：兩點(diǎn)間沿場強(qiáng)方向的距離：d4 cml所以所以UP1P2Ed1.21034102 V48 V.l(3)B板接地，即選板接地，即選B板電勢為零，電場中某點(diǎn)的板電勢為零，電場中某點(diǎn)的電勢就等于這點(diǎn)與電勢就等于這點(diǎn)與B板的電勢差，即板的電勢差，即lP1Ed11.21034.5102 V54 V.lP2Ed21.21030.5102 V6 V.l答案：答案：

5、(1)1.2103 V/m(2)48 V(3)54 V6 V7l如右圖所示的電場，等勢面是一簇互相平行如右圖所示的電場，等勢面是一簇互相平行的豎直平面，間距均為的豎直平面，間距均為d，各面電勢已在圖中標(biāo)，各面電勢已在圖中標(biāo)出，現(xiàn)有一質(zhì)量為出，現(xiàn)有一質(zhì)量為m的帶電小球以速度的帶電小球以速度v0與水平與水平方向成方向成45角斜向上射入電場，要使小球做直線角斜向上射入電場，要使小球做直線運(yùn)動求：運(yùn)動求：l(1)小球應(yīng)帶何種電荷？電荷量是多少？小球應(yīng)帶何種電荷？電荷量是多少？l(2)在入射方向上小球最大位移量是多少？在入射方向上小球最大位移量是多少？l(電場足夠大電場足夠大)8l解析：解析：(1)作電

6、場線如圖甲所示，由題意，只有作電場線如圖甲所示，由題意，只有當(dāng)當(dāng)F與與v0在一條直線上時才可能使小球做直線運(yùn)在一條直線上時才可能使小球做直線運(yùn)動只有小球受到向左的電場力，電場力和重力動只有小球受到向左的電場力，電場力和重力的合力與初速度才可能在一條直線上，如圖乙所的合力與初速度才可能在一條直線上，如圖乙所示，所以小球帶正電，小球沿示，所以小球帶正電，小球沿v0方向做勻減速運(yùn)方向做勻減速運(yùn)動，由動，由9l【反思總結(jié)反思總結(jié)】物體做直線運(yùn)動的條件是合力為零物體做直線運(yùn)動的條件是合力為零或合力與速度方向在同一直線上，從而確定電場力或合力與速度方向在同一直線上，從而確定電場力的大小和方向，可與牛頓第二

7、定律、動能定理、功的大小和方向，可與牛頓第二定律、動能定理、功能關(guān)系相結(jié)合，解題思路和步驟與力學(xué)中完全相能關(guān)系相結(jié)合，解題思路和步驟與力學(xué)中完全相同同10l【跟蹤發(fā)散跟蹤發(fā)散】31：(2011德州高二檢測德州高二檢測)如右如右圖所示，兩塊不帶電的豎直平行金屬板相距為圖所示，兩塊不帶電的豎直平行金屬板相距為d，一個重為一個重為G的帶電小球在重力作用下在兩板間豎的帶電小球在重力作用下在兩板間豎直下落，此時小球的運(yùn)動軌跡是直下落，此時小球的運(yùn)動軌跡是AB，當(dāng)兩板間加，當(dāng)兩板間加上電壓上電壓U時，小球受力方向變成沿時，小球受力方向變成沿BC方向，則此方向，則此小球所帶的電荷量應(yīng)是小球所帶的電荷量應(yīng)是(

8、)答案：C 11l1關(guān)于勻強(qiáng)電場中的場強(qiáng)和電勢差的關(guān)系，下關(guān)于勻強(qiáng)電場中的場強(qiáng)和電勢差的關(guān)系，下列說法正確的是列說法正確的是()lA任意兩點(diǎn)間的電勢差等于場強(qiáng)和這兩點(diǎn)間距任意兩點(diǎn)間的電勢差等于場強(qiáng)和這兩點(diǎn)間距離的乘積離的乘積lB沿電場線方向，任何相同距離上電勢降落必沿電場線方向，任何相同距離上電勢降落必定相等定相等lC電勢降低的方向必是場強(qiáng)方向電勢降低的方向必是場強(qiáng)方向lD在相同距離的兩點(diǎn)上，電勢差大的其場強(qiáng)也在相同距離的兩點(diǎn)上，電勢差大的其場強(qiáng)也大大12答案：B 13l3.如圖所示為勻強(qiáng)電場中的一簇等勢面，若如圖所示為勻強(qiáng)電場中的一簇等勢面，若A、B、C、D相鄰兩點(diǎn)間的距離都是相鄰兩點(diǎn)間的距

9、離都是2 cm，則該電，則該電場的場強(qiáng)為場的場強(qiáng)為_；到；到A點(diǎn)距離為點(diǎn)距離為1.5 cm的的P點(diǎn)的電勢為點(diǎn)的電勢為_；該電場的場強(qiáng)方向?yàn)?；該電場的場?qiáng)方向?yàn)開14l4.如右圖所示，在勻強(qiáng)電場中有如右圖所示，在勻強(qiáng)電場中有A、B兩點(diǎn)，間距為兩點(diǎn)，間距為2 cm.兩點(diǎn)的連線與場強(qiáng)方向成兩點(diǎn)的連線與場強(qiáng)方向成60角，將一個帶電量為角，將一個帶電量為2105 C的電荷由的電荷由A移到移到B，其電勢能增加了，其電勢能增加了0.1 J則：則：l(1)在此過程中，電場力對該電荷做了多少功？在此過程中，電場力對該電荷做了多少功？l(2)A、B兩點(diǎn)間的電勢差為多少？兩點(diǎn)間的電勢差為多少？l(3)勻強(qiáng)電場的場強(qiáng)

10、為多大？勻強(qiáng)電場的場強(qiáng)為多大？15答案：(1)0.1 J(2)5 000 V(3)5105 V/m l5水平放置的兩平行金屬板相距為水平放置的兩平行金屬板相距為d，充電后，充電后，其間形成勻強(qiáng)電場，一帶電荷量為其間形成勻強(qiáng)電場，一帶電荷量為q，質(zhì)量為，質(zhì)量為m的液滴從下板邊緣射入電場，并沿直線恰從的液滴從下板邊緣射入電場，并沿直線恰從上板邊緣射出，如下圖所示，求兩金屬板間的上板邊緣射出，如下圖所示，求兩金屬板間的電勢差為多少？電勢差為多少？16教材教材 例題例題溫故知新溫故知新l動能定理：動能定理：l牛頓第二定律：牛頓第二定律：21EKkkWEE 合Fma合帶電粒子在電場中受帶電粒子在電場中受

11、力平衡（合力為零）力平衡（合力為零）靜止或勻速直線運(yùn)動狀態(tài)靜止或勻速直線運(yùn)動狀態(tài)帶電粒帶電粒子在電子在電場中受場中受合力不合力不為零為零合力與初合力與初速度方向速度方向共線共線合力與初合力與初速度方向速度方向不共線不共線帶電粒子直線加帶電粒子直線加速或減速運(yùn)動速或減速運(yùn)動帶電粒子在電場帶電粒子在電場中的偏轉(zhuǎn)中的偏轉(zhuǎn)一、電場中帶電粒子的分類一、電場中帶電粒子的分類3、某些帶電體是否考慮重力，要根據(jù)題目暗示或某些帶電體是否考慮重力，要根據(jù)題目暗示或運(yùn)動狀態(tài)來判定運(yùn)動狀態(tài)來判定1、帶電的、帶電的基本粒子基本粒子：如電子，質(zhì)子，：如電子，質(zhì)子，粒子，正負(fù)粒子，正負(fù)離子等。這些粒子所受重力和電場力相比在

12、小得多，離子等。這些粒子所受重力和電場力相比在小得多，除非除非有說明或明確的暗示以外，一般都不考慮重力有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(zhì)量）。（但并不能忽略質(zhì)量）。2、帶電微粒帶電微粒：如帶電小球、液滴、塵埃等。除非有：如帶電小球、液滴、塵埃等。除非有說明或明確的暗示以外，說明或明確的暗示以外，一般都考慮重力一般都考慮重力。、動力學(xué)方法：、動力學(xué)方法： 二、帶電粒子在電場中的二、帶電粒子在電場中的加速加速A AB BU Ud dE E+F Fv由牛頓第二定律：由牛頓第二定律：mFa mqEmdqU由運(yùn)動學(xué)公式：由運(yùn)動學(xué)公式：adv202adv2mqU2mqUv2初速度初

13、速度不不為零為零呢？呢？只適用于只適用于勻強(qiáng)電場勻強(qiáng)電場2 2、動能定理：、動能定理： A AB BU Ud dE E+v由動能定理：由動能定理：0212mvWqUW 又221mvqU mqUv2也適用于也適用于非非勻強(qiáng)電場勻強(qiáng)電場二、帶電粒子在電場中的二、帶電粒子在電場中的加速加速下列粒子由靜止經(jīng)加速電壓為下列粒子由靜止經(jīng)加速電壓為U U的電場的電場加速后，加速后，哪種粒子動能最大哪種粒子動能最大 （ ） 哪種粒子速度最大哪種粒子速度最大 （ ） A A、質(zhì)子、質(zhì)子 B B、電子、電子C C、氘核、氘核 DD、氦核、氦核 mqUv2qUmvEk221與與電量電量成正比成正比與與比荷平方比荷平

14、方根根成正比成正比DB 例題例題1：實(shí)驗(yàn)表明，熾熱的金屬絲可以發(fā)射電：實(shí)驗(yàn)表明，熾熱的金屬絲可以發(fā)射電子。在熾熱金屬絲和金屬板間加以電壓子。在熾熱金屬絲和金屬板間加以電壓U=2500V，從熾熱金屬絲發(fā)射出的電子在真空，從熾熱金屬絲發(fā)射出的電子在真空中被加速后，從金屬板的小孔穿出。電子射出中被加速后，從金屬板的小孔穿出。電子射出后的速度有多大？后的速度有多大？設(shè)電子剛從金屬絲射出時的設(shè)電子剛從金屬絲射出時的速度為零。速度為零。- U +金屬絲 金屬板VE電子的質(zhì)量為電子的質(zhì)量為0.9110-30 kg，電子的電荷量電子的電荷量e=1.610-19 C解：金屬絲和金屬板間的電場雖然不是解：金屬絲和

15、金屬板間的電場雖然不是 勻強(qiáng)電場，但仍可用勻強(qiáng)電場，但仍可用 可得可得 代入數(shù)據(jù)得：代入數(shù)據(jù)得：v=3.0107 m/s2eUvm2102WeUmv步步高：步步高：P151、2一、帶電粒子一、帶電粒子(微粒微粒)在電場中的直線加速問題在電場中的直線加速問題l基本思路：先判斷是什么電場，分析物基本思路：先判斷是什么電場，分析物 體受力情況及運(yùn)動性質(zhì)。體受力情況及運(yùn)動性質(zhì)。l1.在勻強(qiáng)電場中在勻強(qiáng)電場中l(wèi)(1)牛頓第二定律與運(yùn)動規(guī)律綜合處理牛頓第二定律與運(yùn)動規(guī)律綜合處理;l(2)應(yīng)用能量（動能定理）的觀點(diǎn)分析問題；應(yīng)用能量（動能定理）的觀點(diǎn)分析問題；l2.在非勻強(qiáng)電場中在非勻強(qiáng)電場中l(wèi)應(yīng)用能量應(yīng)用

16、能量(動能定理）分析問題動能定理）分析問題.2211022tWqUmVmV2211022tWEqdqUmVmV練習(xí)練習(xí)1：一個初速度為零的電子，在場強(qiáng)為：一個初速度為零的電子，在場強(qiáng)為4.0103 V/m的勻強(qiáng)電場中被加速，求經(jīng)的勻強(qiáng)電場中被加速，求經(jīng)過過2.010-8 s后，電子的速度和動能。后，電子的速度和動能。 解：電子在勻強(qiáng)電場中的加速度解：電子在勻強(qiáng)電場中的加速度: a=F/m = eE/m速度速度:v=at= eEt/m = 1.410-7 m/s 動能動能Ek= =8.910-17 J練習(xí)練習(xí)3。兩塊平行的金屬板。兩塊平行的金屬板A、B之間的電壓是之間的電壓是80V，一個電子以，

17、一個電子以6.0106 m/s的速度從小的速度從小孔孔C垂直垂直A板進(jìn)入電場，該電子能打在板進(jìn)入電場，該電子能打在B板上板上嗎？如果能打在嗎？如果能打在B板上，它到達(dá)板上，它到達(dá)B板時的速板時的速度有多大？如果電源電壓變?yōu)槎扔卸啻螅咳绻娫措妷鹤優(yōu)?20V，情況又，情況又會怎樣？會怎樣？解解: 電子射入電場時具有的初動能電子射入電場時具有的初動能:Ek= = 1.610-17 J,電子從電子從A板到達(dá)板到達(dá)B板需克服電場力做功板需克服電場力做功: W=qU= 1.310-17JEk W,可見電子能打在可見電子能打在B板，板，到達(dá)到達(dá)B板時的速度為板時的速度為v= 如果電源電壓變?yōu)槿绻娫措妷鹤?/p>

18、為120V，則電子從，則電子從A板到達(dá)板到達(dá)B板需克服電場力做功：板需克服電場力做功： W=qU= 1.9 10-17 J，這時這時EkW,電子不能打在電子不能打在B板。板。 如圖一帶電粒子以如圖一帶電粒子以垂直垂直勻強(qiáng)電勻強(qiáng)電場的場強(qiáng)方向以初速度場的場強(qiáng)方向以初速度v0射入電射入電場，若場，若不計(jì)粒子的重力不計(jì)粒子的重力，帶電粒，帶電粒子將做什么運(yùn)動？子將做什么運(yùn)動？ lv v0 0d+- - - - - -qF三、帶電三、帶電粒子粒子在勻強(qiáng)電場中的在勻強(qiáng)電場中的偏轉(zhuǎn)偏轉(zhuǎn) ld+- - - - - - - - - - - + + + + + + + + + Uv0q、m垂直電場方向垂直電場方

19、向：勻速勻速直線運(yùn)動直線運(yùn)動沿電場方向沿電場方向：初速為零的：初速為零的勻加速勻加速直線運(yùn)動直線運(yùn)動溫故知新溫故知新l平拋運(yùn)動平拋運(yùn)動gtvvvyx00tanvgtvvxy002221tanvgttvgtxy2021gtytvxtan2tan三、帶電粒子在勻強(qiáng)電場中的偏轉(zhuǎn)三、帶電粒子在勻強(qiáng)電場中的偏轉(zhuǎn) ld+- - - - - - - - - - - + + + + + + + + + + +Uv0q、mF+vv0vyy偏轉(zhuǎn)角偏轉(zhuǎn)角側(cè)移側(cè)移你能求出帶電粒子在電場中你能求出帶電粒子在電場中運(yùn)動的什么物理量？運(yùn)動的什么物理量？二、帶電粒子在勻強(qiáng)電場中的偏轉(zhuǎn)二、帶電粒子在勻強(qiáng)電場中的偏轉(zhuǎn)0vlt 類

20、平拋運(yùn)動類平拋運(yùn)動mFa mqEmdqU2、加速度、加速度1、時間、時間二、帶電粒子在勻強(qiáng)電場中的偏轉(zhuǎn)二、帶電粒子在勻強(qiáng)電場中的偏轉(zhuǎn)atvydmvqUl0與粒子比荷與粒子比荷q/m成正比成正比與粒子初速度與粒子初速度v0平方成反比平方成反比與電場的屬性與電場的屬性U、l、d有關(guān)有關(guān)0tanvvydmvqUl20類平拋運(yùn)動類平拋運(yùn)動0vvx22yxvvv3、速度、速度二、帶電粒子在勻強(qiáng)電場中的偏轉(zhuǎn)二、帶電粒子在勻強(qiáng)電場中的偏轉(zhuǎn)lx 221aty dmvqUl2022與粒子比荷與粒子比荷q/m成正比成正比與粒子初速度與粒子初速度v0平方成反比平方成反比與電場的屬性與電場的屬性U、l、d有關(guān)有關(guān)4、

21、位移、位移221aty dmvqUl202222yxsdmvqUlxy202tan dmvqUly2022dmvqUl20tantanyx dmvqUldmvqUl2020222lx若先經(jīng)加速電場加速后垂直射入勻強(qiáng)電場則側(cè)若先經(jīng)加速電場加速后垂直射入勻強(qiáng)電場則側(cè)移和速度偏向角？移和速度偏向角？ 221mvqU mqUv2帶電粒子在電場中的帶電粒子在電場中的加速加速帶電粒子在電場中的帶電粒子在電場中的偏轉(zhuǎn)偏轉(zhuǎn)0vlt 1、時間、時間mFa mqEmdqU2、加速度、加速度atvydmvqUl00vvx3、速度、速度0tanvvydmvqUl20lx 4、位移、位移221aty dmvqUl202

22、2dmvqUlxy202tan例題例題2： 如圖所示一電子以初速度如圖所示一電子以初速度V0=3.0X107m/s沿沿垂直電場方向射入的電場，兩極板的長度為垂直電場方向射入的電場，兩極板的長度為L=6.0cm，相距，相距d=2cm，極板間電壓，極板間電壓U=200V.求求:1）電子射出電場所用時間？）電子射出電場所用時間？ 2）電子射出電場時沿垂直板面）電子射出電場時沿垂直板面方向偏移的距離方向偏移的距離y。-qymU+-dLF解：解：1）電子在垂直電場方向做勻速運(yùn)動電子在垂直電場方向做勻速運(yùn)動，由，由 L=v0t 可求得電子可求得電子在電場中的運(yùn)動時間在電場中的運(yùn)動時間t=L/v0，2）電子

23、在沿電場方向做勻加速運(yùn)動，電子在沿電場方向做勻加速運(yùn)動， 加速度加速度a=F/m=qE/m=eU/md. 電子射出電場時電子射出電場時豎直偏移的距離豎直偏移的距離y=at2 /2， （其中（其中t為電子在電場中運(yùn)動時間），為電子在電場中運(yùn)動時間）， 根據(jù)根據(jù)y=at2 /2中，得到中，得到 代入數(shù)值得代入數(shù)值得y=0.36cm2( )2eUlymd v二。帶電粒子二。帶電粒子(微粒微粒)在電場中的偏轉(zhuǎn)問題在電場中的偏轉(zhuǎn)問題l處理電偏轉(zhuǎn)問題的基本思路處理電偏轉(zhuǎn)問題的基本思路:l1.運(yùn)動的合成與分解運(yùn)動的合成與分解;l2.能量觀點(diǎn)能量觀點(diǎn)(動能定理）動能定理）.2211022tWqUmVmV對于勻強(qiáng)電場則常用對于勻強(qiáng)電場則常用2211022tWEqyqUmVmVdmvqUl20tan偏轉(zhuǎn)角正切與偏轉(zhuǎn)角正切與比荷成正比比荷成正比偏轉(zhuǎn)角正切與偏轉(zhuǎn)角正切與初動能成反比初動能成反比偏轉(zhuǎn)角正切與偏轉(zhuǎn)角正切與電壓成正比電壓成正比ABD BCD析與解析與解dmvqUly2022bcyy 而bcvv000vlt 又bayy ball 而bavv00qEyWEkkckbkaEEEbctt 221aty 又batt ABD4 4、如圖，電子在電勢差為、如圖，電子在電勢差為U U1 1的加速電場中由靜止的加速電場中由靜止開始加速，然后射入電勢差為開始加速，然后射入電勢差為U