高中物理帶電粒子在電場中的運(yùn)動ppt課件

1、1復(fù)習(xí)：復(fù)習(xí)：1?；疽?guī)律和定律：。基本規(guī)律和定律： 1） 勻變速運(yùn)動規(guī)律勻變速運(yùn)動規(guī)律勻變速直線運(yùn)動的所有公式；勻變速直線運(yùn)動的所有公式； 2）牛頓運(yùn)動定律）牛頓運(yùn)動定律牛頓三大定律；牛頓三大定律； 3）曲線運(yùn)動的處理方法）曲線運(yùn)動的處理方法運(yùn)動的合成和分解；運(yùn)動的合成和分解； 4）動能定理；）動能定理； 5）能量守恒定律）能量守恒定律;2第八節(jié)第八節(jié) 帶電粒子帶電粒子在電場中的運(yùn)動在電場中的運(yùn)動3一、帶電粒子在電場中的加速一、帶電粒子在電場中的加速+- 例題：在加上電壓例題：在加上電壓U并處于真空中的金屬板間有一正電荷并處于真空中的金屬板間有一正電荷q，質(zhì)量為，質(zhì)量為m，只，只在電場力作用

2、下從靜止釋放，電荷將做什么運(yùn)動？在電場力作用下從靜止釋放，電荷將做什么運(yùn)動？求求電荷到達(dá)負(fù)極板時(shí)的速度？電荷到達(dá)負(fù)極板時(shí)的速度？qFAB+-U+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+d422/vqUm可得2/qU m2可得v2211022tWqUmVmV根據(jù)FqUammd1。運(yùn)用運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)方法求解，設(shè)板間。運(yùn)用運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)方法求解，設(shè)板間 距為距為d,因電場力為恒力，所以有因電場力為恒力，所以有2。運(yùn)用能量觀點(diǎn)求解。運(yùn)用能量觀點(diǎn)求解22212vvad根據(jù)注：該方法不僅適用于勻強(qiáng)電場也適用于非勻強(qiáng)電場。注：該方法不僅適用于勻強(qiáng)電場也適用于非勻強(qiáng)電場。5 例題例題1：實(shí)驗(yàn)表明，熾熱的金屬絲

3、可以發(fā)射電子。在熾熱金屬絲和金屬板間加以電壓：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U=2500V，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，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。電子射出后的速度有多大？設(shè)電子剛從金屬絲射出時(shí)的速度為零。子射出后的速度有多大？設(shè)電子剛從金屬絲射出時(shí)的速度為零。- 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 C6解：金屬絲和金屬板間的電場雖然不是解：金屬絲和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

4、可用 可得可得 代入數(shù)據(jù)得：代入數(shù)據(jù)得：v=3.0107 m/s2eUvm2102WeUmv7 如圖一帶電粒子以垂直勻強(qiáng)電場的場強(qiáng)方向以初速度如圖一帶電粒子以垂直勻強(qiáng)電場的場強(qiáng)方向以初速度v0射入電場，若不射入電場，若不計(jì)粒子的重力，帶電粒子將做什么運(yùn)動？計(jì)粒子的重力，帶電粒子將做什么運(yùn)動？ lv v0 0d+-+qF8二、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)+qy垂直電場方向垂直電場方向：勻速直線運(yùn)動：勻速直線運(yùn)動沿電場方向沿電場方向：初速為零的勻加速直線運(yùn)動：初速為零的勻加速直線運(yùn)動+-LFv v0 0XY9垂直電垂直電場方向場方向:沿電場沿電場方向方向:ay=F/m=

5、qE/m=qU/md運(yùn)動分析運(yùn)動分析Vt2=V02+Vy2=?做類似平拋運(yùn)動做類似平拋運(yùn)動qEqUymmdVattt222111222qEqUmmdyattt Vx=V0 X =V0t10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沿垂直電場方向射入的電場，兩極板的沿垂直電場方向射入的電場，兩極板的長度為長度為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(shí)間？）電子射出電場所用時(shí)間？v v0 0-qmU+-dLF11解：解：1）電子在水平方向做勻速運(yùn)動，由）電子在水平方向做勻速運(yùn)動，由 L=v0t 可

6、求得電子在電場中的運(yùn)動時(shí)間可求得電子在電場中的運(yùn)動時(shí)間t=L/v0，12例題例題2： 一電子水平射入如圖所示的電場中，射入時(shí)的速度一電子水平射入如圖所示的電場中，射入時(shí)的速度V0=3.0X107m/s.兩極兩極板的長度為板的長度為L=6.0cm，相距，相距d=2cm，極板間電壓，極板間電壓U=200V.求求2）電子射出電場時(shí)）電子射出電場時(shí)沿垂直板面方向偏移的距離沿垂直板面方向偏移的距離y。-qymU+-dLF13解：解：1）電子在垂直電場方向做勻速運(yùn)動，由）電子在垂直電場方向做勻速運(yùn)動，由 L=v0t 可求得電子在電場中的運(yùn)動時(shí)間可求得電子在電場中的運(yùn)動時(shí)間t=L/v0，2）電子在沿電場方向

7、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(shí)豎直偏移的距離電子射出電場時(shí)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(shí)間），為電子在電場中運(yùn)動時(shí)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 v14例題例題2： 一電子水平射入如圖所示的電場中，射入時(shí)的速度一電子水平射入如圖所示的電場中，射入時(shí)的速度V0=3.0X107m/s.兩極兩極板的長度為板的長度為L=6.0cm，相距，相距d=2cm，極板間電壓，極板間電壓U=200V.求求3)電子離開電場

8、時(shí)偏電子離開電場時(shí)偏轉(zhuǎn)的角度轉(zhuǎn)的角度。v v0 0-qymU2+-dLFv vt tv v0 0v vy y15y3）電子離開電場時(shí)沿電場方向的分速度為）電子離開電場時(shí)沿電場方向的分速度為Vy， 離開電場時(shí)的偏轉(zhuǎn)角度為離開電場時(shí)的偏轉(zhuǎn)角度為 角度為角度為6.8度度200tanyveUlvmdvv v0 0+-VyV0Vt0yeUlvatmd v16例題例題2： 一電子水平射入如圖所示的電場中，射入時(shí)的速度一電子水平射入如圖所示的電場中，射入時(shí)的速度V0=3.0X107m/s.兩極板的長度為兩極板的長度為L=6.0cm，相距，相距d=2cm，極板間電壓，極板間電壓U=200V.4)如何求電子離開

9、電場時(shí)的速度？如何求電子離開電場時(shí)的速度？yv v0 0+VyVtV017二。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n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:n1.運(yùn)動的合成與分解運(yùn)動的合成與分解;n2.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2211022tWEqyqUmVmV18例題：例題： 在加上電壓在加上電壓U并處于真空中的金屬板間有一正電荷并處于真空中的金屬板間有一正電荷q，質(zhì)量為，質(zhì)量為m，只在電場力作，只在電場力作用下從靜止釋放，電荷將做什么運(yùn)動？用下從靜止釋放，電荷將做什么

10、運(yùn)動？ 例題例題1： 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U=2500V，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。，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。電子射出后的速度有多大？電子射出后的速度有多大？ 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沿垂直電場方向射入的電場，兩沿垂直電場方向射入的電場，兩極板的長度為極板的長度為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

11、電）電子射出電場所用時(shí)間？場所用時(shí)間？191、帶電粒子：、帶電粒子：（1）一般微觀粒子（如電子、質(zhì)子等），在電場中運(yùn)動時(shí)重力遠(yuǎn)小于電場力，）一般微觀粒子（如電子、質(zhì)子等），在電場中運(yùn)動時(shí)重力遠(yuǎn)小于電場力，所以一般不計(jì)重力。但質(zhì)量不可忽略。所以一般不計(jì)重力。但質(zhì)量不可忽略。（2）帶電體（如液滴、塵埃、小球等），一般重力不能忽略。）帶電體（如液滴、塵埃、小球等），一般重力不能忽略。 一般情況下，帶電粒子指微觀粒子，但有時(shí)粒子的含義不明確，需根據(jù)題目一般情況下，帶電粒子指微觀粒子，但有時(shí)粒子的含義不明確，需根據(jù)題目所給條件加以分析。所給條件加以分析。如重力與電場力大小相近時(shí)，重力不可忽略；若電場力遠(yuǎn)

12、大于重力，可忽略；也如重力與電場力大小相近時(shí)，重力不可忽略；若電場力遠(yuǎn)大于重力，可忽略；也可根據(jù)物體的運(yùn)動性質(zhì)來判斷?？筛鶕?jù)物體的運(yùn)動性質(zhì)來判斷。注意：注意：20（1）勻強(qiáng)電場：如在帶等量異種電荷的平行金屬板之間的電場）勻強(qiáng)電場：如在帶等量異種電荷的平行金屬板之間的電場（2）非勻強(qiáng)電場：如單個的正電荷形成的電場、單個的負(fù)電荷形成的電場、）非勻強(qiáng)電場：如單個的正電荷形成的電場、單個的負(fù)電荷形成的電場、等量異種電荷形成的電場、等量同種電荷形成的電場、點(diǎn)電荷與帶電平板所形等量異種電荷形成的電場、等量同種電荷形成的電場、點(diǎn)電荷與帶電平板所形成的電場等。成的電場等。2、電場：、電場：3 、分析受力時(shí)要多

13、一項(xiàng)電場力，討論功能問題時(shí)要正確計(jì)算電場力做功及、分析受力時(shí)要多一項(xiàng)電場力，討論功能問題時(shí)要正確計(jì)算電場力做功及電勢能的變化。電勢能的變化。21直線加速器直線加速器粒子在每個加速電場中的運(yùn)動時(shí)間相等，因?yàn)榻蛔冸妷旱淖兓芷谙嗤?2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，求的勻強(qiáng)電場中被加速，求經(jīng)過經(jīng)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=

14、 =8.910-17 J23練習(xí)練習(xí)2。一動能為。一動能為1000eV的電子，沿著與電場垂直的方向進(jìn)入勻強(qiáng)偏轉(zhuǎn)電的電子，沿著與電場垂直的方向進(jìn)入勻強(qiáng)偏轉(zhuǎn)電場，已知偏轉(zhuǎn)電極長場，已知偏轉(zhuǎn)電極長6.0cm，相距離，相距離1cm，偏轉(zhuǎn)電壓，偏轉(zhuǎn)電壓4.0V，求電子離開偏，求電子離開偏轉(zhuǎn)電場時(shí)的偏轉(zhuǎn)角度。轉(zhuǎn)電場時(shí)的偏轉(zhuǎn)角度。 24解：由偏轉(zhuǎn)角度公式 及1eV=1.610-19J, 有 = =0.012,得：=0.6925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，一個電子以6.0106 m/s的速的速度從小孔度從小孔C垂直垂直A板進(jìn)入電場，該電子能打

15、在板進(jìn)入電場，該電子能打在B板上嗎？如果能打在板上嗎？如果能打在B板上，它板上，它到達(dá)到達(dá)B板時(shí)的速度有多大？如果電源電壓變?yōu)榘鍟r(shí)的速度有多大？如果電源電壓變?yōu)?20V，情況又會怎樣？，情況又會怎樣？26解解: 電子射入電場時(shí)具有的初動能電子射入電場時(shí)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(shí)的速度為板時(shí)的速度為v= 如果電源電壓變?yōu)槿绻娫措妷鹤優(yōu)?20V，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

16、： W=qU= 1.9 10-17 J，這時(shí)這時(shí)EkW,電子不能打在電子不能打在B板。板。27三、帶電粒子先加速后偏轉(zhuǎn)在電子技術(shù)中的應(yīng)用三、帶電粒子先加速后偏轉(zhuǎn)在電子技術(shù)中的應(yīng)用示波管。示波管。 v構(gòu)造構(gòu)造- - -+ +- -+ + +- -xxyy電子槍電子槍偏轉(zhuǎn)電極偏轉(zhuǎn)電極熒熒光光屏屏28v原理圖原理圖+-V0LPYY291、如圖所示，在真空室中有兩個水平金屬板，板間距為d，有一質(zhì)量為m的帶電液滴，電荷量為q，自上極板的上表面處由靜止開始自由下落，當(dāng)它運(yùn)動到兩極板間距離的中點(diǎn)時(shí)，給兩極板加電壓U，使電荷受到向上的力，當(dāng)電壓等于多大時(shí)，才能使小液滴在剛好接近下極板時(shí)開始向上運(yùn)動？m qd30解析：方法一、液滴自由落體至兩板間中點(diǎn)時(shí)速度大小由V2=2gh 得V=加上電壓后所受合力 F=qU/d-mg液滴向上的加速度大小 a=F/m=qU/md-g 再經(jīng)d/2的距離速度減為零，即V2=2a