高中物理選修3-1《帶電粒子在勻強(qiáng)電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)》課件(18張)(共18張PPT)

1、【學(xué)習(xí)目標(biāo)學(xué)習(xí)目標(biāo)】：（一）知識(shí)與技能（一）知識(shí)與技能 1、使學(xué)生理解并掌握帶電粒子在勻強(qiáng)電場(chǎng)中、使學(xué)生理解并掌握帶電粒子在勻強(qiáng)電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)和規(guī)律；運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)和規(guī)律； 2、能夠正確分析和解答帶電粒子在勻強(qiáng)電場(chǎng)、能夠正確分析和解答帶電粒子在勻強(qiáng)電場(chǎng)中的加速和偏轉(zhuǎn)等方面的問(wèn)題。中的加速和偏轉(zhuǎn)等方面的問(wèn)題。（二）過(guò)程與方法（二）過(guò)程與方法 通過(guò)帶電粒子在電場(chǎng)中加速、偏轉(zhuǎn)過(guò)程分析通過(guò)帶電粒子在電場(chǎng)中加速、偏轉(zhuǎn)過(guò)程分析的復(fù)習(xí)，進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生的分析、推理能力和綜的復(fù)習(xí)，進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生的分析、推理能力和綜合應(yīng)用物理知識(shí)對(duì)具體問(wèn)題進(jìn)行具體分析的能力。合應(yīng)用物理知識(shí)對(duì)具體問(wèn)題進(jìn)行具體分析的能力。（三）情感、

2、態(tài)度與價(jià)值觀（三）情感、態(tài)度與價(jià)值觀 通過(guò)知識(shí)的應(yīng)用，培養(yǎng)學(xué)生熱愛(ài)科學(xué)的精神通過(guò)知識(shí)的應(yīng)用，培養(yǎng)學(xué)生熱愛(ài)科學(xué)的精神 一、知識(shí)回顧：一、知識(shí)回顧：1 1、動(dòng)能定理、動(dòng)能定理 =kWE合2 2、平拋運(yùn)動(dòng)：水平方向的勻速直線運(yùn)動(dòng)、平拋運(yùn)動(dòng)：水平方向的勻速直線運(yùn)動(dòng) 豎直方向自由落體運(yùn)動(dòng)豎直方向自由落體運(yùn)動(dòng)3 3、本模塊所涉及研究對(duì)象的說(shuō)明：、本模塊所涉及研究對(duì)象的說(shuō)明： 帶電粒子帶電粒子（即基本粒子：如電子、質(zhì)子、（即基本粒子：如電子、質(zhì)子、粒子、粒子、離子等除有說(shuō)明或明確的暗示外，一般都不考慮重力，離子等除有說(shuō)明或明確的暗示外，一般都不考慮重力，但不能忽略質(zhì)量）但不能忽略質(zhì)量）和帶電質(zhì)點(diǎn)和帶電質(zhì)點(diǎn)（

3、如帶電液滴、油滴、（如帶電液滴、油滴、塵埃顆粒、小球等，除有說(shuō)明或明確的暗示以外，一般塵埃顆粒、小球等，除有說(shuō)明或明確的暗示以外，一般都考慮重力）。都考慮重力）。 一、帶電粒子在電場(chǎng)中的加速問(wèn)題一、帶電粒子在電場(chǎng)中的加速問(wèn)題 如圖所示，在一對(duì)帶電平行金屬板所形成的勻強(qiáng)電如圖所示，在一對(duì)帶電平行金屬板所形成的勻強(qiáng)電場(chǎng)中，兩板間的電壓為場(chǎng)中，兩板間的電壓為U U，電場(chǎng)強(qiáng)度為，電場(chǎng)強(qiáng)度為E E。如果圖中的帶。如果圖中的帶正電或帶負(fù)電的粒子的初速為零，就會(huì)在電場(chǎng)力的作用正電或帶負(fù)電的粒子的初速為零，就會(huì)在電場(chǎng)力的作用下做勻加速直線運(yùn)動(dòng)。下做勻加速直線運(yùn)動(dòng)。+EU+_【思考與討論思考與討論】從以下兩個(gè)方

4、面思考處理帶電粒子在勻強(qiáng)從以下兩個(gè)方面思考處理帶電粒子在勻強(qiáng)電場(chǎng)中的加速問(wèn)題并求出加速后的速度：電場(chǎng)中的加速問(wèn)題并求出加速后的速度：1.1.勻變速直線運(yùn)動(dòng)的公式：勻變速直線運(yùn)動(dòng)的公式： 2.2.利用動(dòng)能定理：利用動(dòng)能定理： 222FEqUqaUqvmmdmmvad2102qUmv2Uqvm【例題解析例題解析】：例例1 1：如圖所示，在：如圖所示，在P P板附近有一電子由靜止開始向板附近有一電子由靜止開始向Q Q板運(yùn)動(dòng)，板運(yùn)動(dòng)，則關(guān)于電子到達(dá)則關(guān)于電子到達(dá)Q Q板時(shí)的速率，下列解釋正確的是（板時(shí)的速率，下列解釋正確的是（ ）A.A.兩板間距離越大，加速時(shí)間就越長(zhǎng)，則獲得的速率就越大兩板間距離越大

5、，加速時(shí)間就越長(zhǎng)，則獲得的速率就越大. .B.B.兩板間距離越小，加速時(shí)間就越長(zhǎng)，則獲得的速率就越大兩板間距離越小，加速時(shí)間就越長(zhǎng)，則獲得的速率就越大C.C.與兩板間的距離無(wú)關(guān)，僅與加速電壓有關(guān)與兩板間的距離無(wú)關(guān)，僅與加速電壓有關(guān)D.D.以上解釋都不對(duì)以上解釋都不對(duì). . + +- -PQC二、帶電粒子在勻強(qiáng)電場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)問(wèn)題二、帶電粒子在勻強(qiáng)電場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)問(wèn)題如圖所示，質(zhì)量為如圖所示，質(zhì)量為m m電荷量為電荷量為q q的帶電粒子以平行于極板的的帶電粒子以平行于極板的初速度初速度v v0 0射入長(zhǎng)射入長(zhǎng)L L板間距離為板間距離為d d的平行板電容器間，兩板間的平行板電容器間，兩板間電壓為電壓為U

6、U。UqV0V0VmLd+ +- -v【思考并討論思考并討論】、帶電粒子在平行于極板方向做、帶電粒子在平行于極板方向做 運(yùn)動(dòng)；運(yùn)動(dòng)； 垂直于極板方向做垂直于極板方向做 運(yùn)動(dòng)；運(yùn)動(dòng)； 總體來(lái)看帶電粒子做總體來(lái)看帶電粒子做 運(yùn)動(dòng)。運(yùn)動(dòng)。勻速直線初速度為零的勻加速直線類平拋、帶電粒子在極板間運(yùn)動(dòng)的時(shí)間為、帶電粒子在極板間運(yùn)動(dòng)的時(shí)間為、兩極板之間的電場(chǎng)強(qiáng)度為、兩極板之間的電場(chǎng)強(qiáng)度為、帶電粒子在極板間運(yùn)動(dòng)的加速度為、帶電粒子在極板間運(yùn)動(dòng)的加速度為、帶電粒子射出電場(chǎng)時(shí)的側(cè)移量為、帶電粒子射出電場(chǎng)時(shí)的側(cè)移量為0LtvUEdFEqUqammmd合2220122UqLyatmdv、帶電粒子射出電場(chǎng)時(shí)沿垂直于極板

7、方向的速度為、帶電粒子射出電場(chǎng)時(shí)沿垂直于極板方向的速度為0UqLvatmdv、帶電粒子射出電場(chǎng)時(shí)速度的偏轉(zhuǎn)角、帶電粒子射出電場(chǎng)時(shí)速度的偏轉(zhuǎn)角滿足：滿足： 200tanvUqLvmdv例例2 2：水平放置的兩塊平行金屬板板長(zhǎng)為：水平放置的兩塊平行金屬板板長(zhǎng)為L(zhǎng) L，兩板間距為，兩板間距為d d，兩，兩板間電壓為板間電壓為U U，且上板為正，一個(gè)質(zhì)子沿水平方向以速度，且上板為正，一個(gè)質(zhì)子沿水平方向以速度v v0 0從從兩板中間射入，如圖所示，求：兩板中間射入，如圖所示，求：（1 1）質(zhì)子偏離金屬板時(shí)側(cè)位移是多少？）質(zhì)子偏離金屬板時(shí)側(cè)位移是多少？（2 2）質(zhì)子飛出電場(chǎng)時(shí)的速度是多少？）質(zhì)子飛出電場(chǎng)時(shí)

8、的速度是多少？qUV0V0VmLd+-解析解析: : 質(zhì)子射出電場(chǎng)時(shí)垂直于極板方質(zhì)子射出電場(chǎng)時(shí)垂直于極板方向偏移的距離向偏移的距離22201122Uq Lyatdm v質(zhì)子射出電場(chǎng)時(shí)垂直于極板方向的速度為質(zhì)子射出電場(chǎng)時(shí)垂直于極板方向的速度為0qULvatmdv質(zhì)子飛出電場(chǎng)時(shí)的速度質(zhì)子飛出電場(chǎng)時(shí)的速度222222002220q U Lvvvvm d v【探究拓展探究拓展】：水平放置的兩塊平行金屬板板長(zhǎng)為水平放置的兩塊平行金屬板板長(zhǎng)為L(zhǎng) L，兩板間距為，兩板間距為d d，兩板間，兩板間電壓為電壓為U U，且上板為正，一個(gè)質(zhì)子沿水平方向以速度，且上板為正，一個(gè)質(zhì)子沿水平方向以速度v v0 0從兩板從

9、兩板中間射入，如圖所示，試討論：中間射入，如圖所示，試討論：當(dāng)兩極板間電壓滿足怎樣關(guān)系時(shí)質(zhì)子不能從兩極板間飛出當(dāng)兩極板間電壓滿足怎樣關(guān)系時(shí)質(zhì)子不能從兩極板間飛出（即質(zhì)子打在極板上）（即質(zhì)子打在極板上）質(zhì)子從射入兩板到打在極板上經(jīng)歷的時(shí)間質(zhì)子從射入兩板到打在極板上經(jīng)歷的時(shí)間t tv0【解析解析】由前面的推導(dǎo)可知質(zhì)子射由前面的推導(dǎo)可知質(zhì)子射出電場(chǎng)時(shí)的側(cè)移量為：出電場(chǎng)時(shí)的側(cè)移量為： 2202UqLymdv當(dāng)質(zhì)子的側(cè)移量大于兩極板間距離的一半時(shí)，即表明質(zhì)當(dāng)質(zhì)子的側(cè)移量大于兩極板間距離的一半時(shí)，即表明質(zhì)子在穿出極板之前就已經(jīng)打在了極板上，即子在穿出極板之前就已經(jīng)打在了極板上，即 22022UqLdymd

10、v由此式可得：由此式可得： 2202md vUqL因此，當(dāng)當(dāng)兩極板間電壓滿足因此，當(dāng)當(dāng)兩極板間電壓滿足 2202md vUqL時(shí)質(zhì)子不能從兩極板間飛出時(shí)質(zhì)子不能從兩極板間飛出 由由 212yat可得可得 2122dUqtdm即即 2d mtUq例例3 3：水平放置的兩塊平行金屬板板長(zhǎng)：水平放置的兩塊平行金屬板板長(zhǎng)L L，兩板間距，兩板間距d d，兩板間電，兩板間電壓為壓為U U，且上板為正，一個(gè)質(zhì)子沿水平方向以速度，且上板為正，一個(gè)質(zhì)子沿水平方向以速度v v0 0從兩板中間從兩板中間射入，如圖所示，質(zhì)子離開電場(chǎng)后，打在屏上的射入，如圖所示，質(zhì)子離開電場(chǎng)后，打在屏上的P P點(diǎn)，若屏與金點(diǎn)，若屏與

11、金屬板的右端距離為屬板的右端距離為s s，求，求OPOP的長(zhǎng)的長(zhǎng)qUV0V0VmLd+-OMPS質(zhì)子離開金屬板后做勻速直線運(yùn)動(dòng)該勻速直線運(yùn)動(dòng)質(zhì)子離開金屬板后做勻速直線運(yùn)動(dòng)該勻速直線運(yùn)動(dòng)的平行于金屬板的分速度為的平行于金屬板的分速度為 v0垂直于金屬板的分速度為垂直于金屬板的分速度為0UqLvatmdv2222001222OMUqLUqLyatmdvmdv解：質(zhì)子離開金屬板時(shí)的側(cè)移量為解：質(zhì)子離開金屬板時(shí)的側(cè)移量為質(zhì)子離開金屬板到打到屏上的時(shí)間為質(zhì)子離開金屬板到打到屏上的時(shí)間為 10stv質(zhì)子離開金屬板到打到屏上過(guò)程沿垂直于金屬板方向的位移為質(zhì)子離開金屬板到打到屏上過(guò)程沿垂直于金屬板方向的位移為

12、12000MPUqLsUqLsyv tmdvvmdvOPOP的長(zhǎng)度為的長(zhǎng)度為 222002OPOMMPUqLUqLsyyymdvmdv【辨析討論辨析討論】：一束質(zhì)量為一束質(zhì)量為m m、電荷量為、電荷量為q q的帶電粒子以平行于兩極板的速度的帶電粒子以平行于兩極板的速度v v0 0從兩極板中央射入勻強(qiáng)電場(chǎng)，如圖所示，如果兩極板間的電壓從兩極板中央射入勻強(qiáng)電場(chǎng)，如圖所示，如果兩極板間的電壓為為U U，兩極板間距為，兩極板間距為d d，板長(zhǎng)為，板長(zhǎng)為L(zhǎng) L，設(shè)粒子束不會(huì)擊中極板，則，設(shè)粒子束不會(huì)擊中極板，則粒子進(jìn)入電場(chǎng)到飛出極板時(shí)電勢(shì)能的變化量為粒子進(jìn)入電場(chǎng)到飛出極板時(shí)電勢(shì)能的變化量為_（不計(jì)粒（不

13、計(jì)粒子重力）。子重力）。 下面是某同學(xué)對(duì)該題的一種解法：下面是某同學(xué)對(duì)該題的一種解法：解：根據(jù)功能原理，電勢(shì)能的變化量等于電場(chǎng)力做功的大?。航猓焊鶕?jù)功能原理，電勢(shì)能的變化量等于電場(chǎng)力做功的大?。?qUEW你認(rèn)為這個(gè)結(jié)果正確嗎？請(qǐng)對(duì)該解法作出評(píng)價(jià)并說(shuō)明你認(rèn)為這個(gè)結(jié)果正確嗎？請(qǐng)對(duì)該解法作出評(píng)價(jià)并說(shuō)明理由。理由。解析：帶電粒子在電場(chǎng)中的側(cè)移量為解析：帶電粒子在電場(chǎng)中的側(cè)移量為2222001222UqLUqLyatmdvmdv電場(chǎng)力做功為電場(chǎng)力做功為 22222220022UUqLU q LWEqyqdmdvmd v電勢(shì)能的減少量為電勢(shì)能的減少量為 2222202pU q LEWmd v【熱身訓(xùn)練熱身

14、訓(xùn)練】：三個(gè)三個(gè)粒子在同一地點(diǎn)沿同一方向垂直飛入偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)，出現(xiàn)粒子在同一地點(diǎn)沿同一方向垂直飛入偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)，出現(xiàn)了如圖所示的運(yùn)動(dòng)軌跡，了如圖所示的運(yùn)動(dòng)軌跡，b b恰好從下板邊緣飛出，由此可判斷恰好從下板邊緣飛出，由此可判斷 （ ）A A在在b b飛離電場(chǎng)的同時(shí)，飛離電場(chǎng)的同時(shí)，a a剛好打在負(fù)極板上剛好打在負(fù)極板上B Bb b和和c c同時(shí)飛離電場(chǎng)同時(shí)飛離電場(chǎng)C C進(jìn)入電場(chǎng)時(shí)，進(jìn)入電場(chǎng)時(shí)，c c的速度最大，的速度最大，a a的速度最小的速度最小D D動(dòng)能的增加值動(dòng)能的增加值c c最小，最小，a a和和b b一樣大一樣大ACDACDabc+ +_ _【例題解析例題解析】：例例4 4：有一電子：有一電

15、子( (電量為電量為e)e)經(jīng)電壓經(jīng)電壓U U0 0加速后進(jìn)入兩塊間距為加速后進(jìn)入兩塊間距為d d、電壓為電壓為U U的平行金屬板間若電子從兩板正中間垂直電場(chǎng)方向的平行金屬板間若電子從兩板正中間垂直電場(chǎng)方向射入，且正好能穿過(guò)電場(chǎng)求：射入，且正好能穿過(guò)電場(chǎng)求： (1)(1)金屬板金屬板ABAB的長(zhǎng)度的長(zhǎng)度 (2)(2)電子穿出電場(chǎng)時(shí)的動(dòng)能電子穿出電場(chǎng)時(shí)的動(dòng)能 ABe eU0d解析：粒子進(jìn)入偏轉(zhuǎn)場(chǎng)時(shí)的速度為解析：粒子進(jìn)入偏轉(zhuǎn)場(chǎng)時(shí)的速度為 002eUvm設(shè)粒子在設(shè)粒子在ABAB間運(yùn)動(dòng)的時(shí)間為間運(yùn)動(dòng)的時(shí)間為t t，則，則 2122deUytmd解得解得 2mdteU金屬板金屬板ABAB的長(zhǎng)度的長(zhǎng)度 2200022eUU dmdLv tmeUU電子穿出電場(chǎng)時(shí)的動(dòng)能電子穿出電場(chǎng)時(shí)的動(dòng)能 00()22kUdUEeUee Ud【課堂小