公開課《帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)》

1、第九節(jié)：帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)第九節(jié)：帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)QJJRQJJR情景引入情景引入 火爆的電視劇讓你深深的沉迷在其中，你火爆的電視劇讓你深深的沉迷在其中，你的心情隨情節(jié)而起伏，從我們物理學(xué)的角度，的心情隨情節(jié)而起伏，從我們物理學(xué)的角度，我想問你，你了解電視機(jī)的工作原理嗎？電視我想問你，你了解電視機(jī)的工作原理嗎？電視機(jī)是如何工作的，在電子技術(shù)中，示波器能簡(jiǎn)機(jī)是如何工作的，在電子技術(shù)中，示波器能簡(jiǎn)單的反映這一原理，就讓我們從電子在電場(chǎng)中單的反映這一原理，就讓我們從電子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)說起吧！的運(yùn)動(dòng)說起吧！SWMB三維目標(biāo)設(shè)計(jì)三維目標(biāo)設(shè)計(jì) 能夠從受力和能量轉(zhuǎn)換的角度分析帶電粒子能夠從受力和能

2、量轉(zhuǎn)換的角度分析帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)，培養(yǎng)用運(yùn)動(dòng)分解的方法來研究在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)，培養(yǎng)用運(yùn)動(dòng)分解的方法來研究問題的能力，進(jìn)而了通過示波器的研究了解電視問題的能力，進(jìn)而了通過示波器的研究了解電視機(jī)的工作原理，滲透物理學(xué)方法的教育：運(yùn)用理機(jī)的工作原理，滲透物理學(xué)方法的教育：運(yùn)用理想化方法，突出主要因素，忽略次要因素，認(rèn)識(shí)想化方法，突出主要因素，忽略次要因素，認(rèn)識(shí)哲學(xué)的方法美。哲學(xué)的方法美。KDFXKDFX考點(diǎn)分析考點(diǎn)分析1 1、帶電粒子在電場(chǎng)中的加速、帶電粒子在電場(chǎng)中的加速（II）2 2、帶電粒子在電場(chǎng)是勻強(qiáng)電場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)（帶電粒子在電場(chǎng)是勻強(qiáng)電場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)（II）3 3、示波器（、示波器（I I）1

3、 1、帶電粒子，如電子，質(zhì)子，正負(fù)離子等。這些粒、帶電粒子，如電子，質(zhì)子，正負(fù)離子等。這些粒子所受重力和電場(chǎng)力相比子所受重力和電場(chǎng)力相比 ，除非有說明或，除非有說明或明確的暗示以外，一般都不考慮重力。明確的暗示以外，一般都不考慮重力。 ( (但并不能忽但并不能忽略質(zhì)量）。略質(zhì)量）。2 2、帶電粒子在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的兩種最簡(jiǎn)單的情況是：、帶電粒子在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的兩種最簡(jiǎn)單的情況是： 和和 。 ZZYXZZYX自主研習(xí)自主研習(xí)一：帶電粒子一：帶電粒子小得多小得多加速加速偏轉(zhuǎn)偏轉(zhuǎn)2 2、帶電微粒，如液滴、油滴、塵埃、小球等，處理、帶電微粒，如液滴、油滴、塵埃、小球等，處理問題時(shí)重力不能忽略。問題時(shí)重力不能

4、忽略。1 1、處理帶電粒子在電場(chǎng)中的加速運(yùn)動(dòng)的問題的方法、處理帶電粒子在電場(chǎng)中的加速運(yùn)動(dòng)的問題的方法一般是一般是 和和 。二：帶電粒子的加速和偏轉(zhuǎn)二：帶電粒子的加速和偏轉(zhuǎn)牛頓第二定律牛頓第二定律動(dòng)能定理動(dòng)能定理2、帶電粒子以初速度垂、帶電粒子以初速度垂直于電場(chǎng)方向飛入直于電場(chǎng)方向飛入勻強(qiáng)電場(chǎng)的問題就是一個(gè)勻強(qiáng)電場(chǎng)的問題就是一個(gè) 的問題。的問題。粒子在與電場(chǎng)垂直的方向上做粒子在與電場(chǎng)垂直的方向上做 ， 粒子在與電場(chǎng)平行的方向做粒子在與電場(chǎng)平行的方向做。類平拋運(yùn)動(dòng)類平拋運(yùn)動(dòng)勻速直線運(yùn)動(dòng)勻速直線運(yùn)動(dòng)初速為零的勻加速運(yùn)動(dòng)初速為零的勻加速運(yùn)動(dòng)三、示波器的原理三、示波器的原理1.示波器作用：是一種用來觀察

5、示波器作用：是一種用來觀察 隨時(shí)隨時(shí)間變化的電子儀器。間變化的電子儀器。2.它的核心部件是示波管它的核心部件是示波管: 、 和和 組成，管內(nèi)抽成真空。組成，管內(nèi)抽成真空。3、示波管的基本原理：電子在加速電場(chǎng)中、示波管的基本原理：電子在加速電場(chǎng)中被被 ，電子在偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)中被，電子在偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)中被 。 電信號(hào)電信號(hào)電子槍電子槍 偏轉(zhuǎn)電極偏轉(zhuǎn)電極熒光屏熒光屏加速加速偏轉(zhuǎn)偏轉(zhuǎn)+ +_UUE加速加速勻速勻速勻速勻速+qmV0V=?一、帶電粒子的加速一、帶電粒子的加速1. 帶電粒子在電場(chǎng)中的加速帶電粒子在電場(chǎng)中的加速用牛頓運(yùn)動(dòng)定律分析用牛頓運(yùn)動(dòng)定律分析用動(dòng)能定理分析用動(dòng)能定理分析00v?tvUE1（加速電壓）

6、（加速電壓）YTTJYTTJ要點(diǎn)探究要點(diǎn)探究qUm+_帶電粒子的加速帶電粒子的加速 d d1 1、受力分析、受力分析: : 水平向右的電場(chǎng)力水平向右的電場(chǎng)力 F FqE=qU/dqE=qU/dF F2 2、運(yùn)動(dòng)分析、運(yùn)動(dòng)分析: :初速度為零，加速度初速度為零，加速度為為a=qU/md的向右的向右勻勻加速直線運(yùn)動(dòng)加速直線運(yùn)動(dòng)。解法一運(yùn)用運(yùn)動(dòng)學(xué)知識(shí)求解解法一運(yùn)用運(yùn)動(dòng)學(xué)知識(shí)求解mqUdmdqUadv2222mqUv2解法二運(yùn)用動(dòng)能定理知識(shí)求解解法二運(yùn)用動(dòng)能定理知識(shí)求解mqUvmvqU2212粒子加速后的速度只與加速電壓有關(guān)粒子加速后的速度只與加速電壓有關(guān) ld+- - - - - - - - - -

7、 - - - + + + + + + + + + Uv0q、m二二. 帶電粒子在電場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)帶電粒子在電場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn) ld+- - - - - - - - - - - - - + + + + + + + + + Uv0q、mF+vv0vyy偏轉(zhuǎn)角偏轉(zhuǎn)角側(cè)移側(cè)移二二. 帶電粒子在電場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)帶電粒子在電場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)試根據(jù)類平拋運(yùn)動(dòng)的知識(shí)，推導(dǎo)偏移量試根據(jù)類平拋運(yùn)動(dòng)的知識(shí)，推導(dǎo)偏移量 y和偏轉(zhuǎn)角和偏轉(zhuǎn)角1. 1.受力分析：粒子受到豎直向受力分析：粒子受到豎直向下的靜電力下的靜電力F F qE qE = = qU/dqU/d。2 2. .運(yùn)動(dòng)規(guī)律分析運(yùn)動(dòng)規(guī)律分析: :作作類平拋類平拋運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)。x x方向

8、：方向：勻速直線運(yùn)動(dòng)勻速直線運(yùn)動(dòng)Y Y方向：方向：加速度為加速度為 的的勻勻加速直線加速直線運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)。mdqUa v v v v0 0vy 3. 3. x方向方向 L4. 4. y方向方向 xvyvy5 5、離開電場(chǎng)時(shí)的偏轉(zhuǎn)角的、離開電場(chǎng)時(shí)的偏轉(zhuǎn)角的正切：正切：tv020221vLmdqU0v0vLmdqU200mdvqULvvytan v v0 0v v+ y yvy F F- -v0Y dUY Y q L L L LmqUv102122202242dULUvLmdqUy22201tan2qU LLUmdvdU三、三、 加速和偏轉(zhuǎn)一體加速和偏轉(zhuǎn)一體+-v vv v0 0v vy y+_U1U

9、2v v0 0-qmyOJSFX即時(shí)分析即時(shí)分析解：由動(dòng)能定理，得解：由動(dòng)能定理，得meUvmveU2212代入數(shù)值得：代入數(shù)值得：v=3.0107m/sy20221vLmdqUtan200mdvqULvvy=0.36cm 8 . 61、有一束正離子，以相同的速率從同一位置進(jìn)入、有一束正離子，以相同的速率從同一位置進(jìn)入帶電平行板電容器的勻強(qiáng)電場(chǎng)中，所有粒子的運(yùn)帶電平行板電容器的勻強(qiáng)電場(chǎng)中，所有粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡一樣，說明所有離子（動(dòng)軌跡一樣，說明所有離子（ ）A、有相同的質(zhì)量、有相同的質(zhì)量B、有相同的電荷量、有相同的電荷量C、有相同的比荷、有相同的比荷D、屬于同一元素的同位素、屬于同一元素的同位素

10、KTLXKTLX課堂練習(xí)課堂練習(xí)1 1C CdmvqUly2022 2 2、如圖所示，、如圖所示，MM、N N是在真空中豎直放置的兩塊是在真空中豎直放置的兩塊平行金屬板，質(zhì)量為平行金屬板，質(zhì)量為mm、電量為、電量為+q+q的質(zhì)子，以極的質(zhì)子，以極小的初速度由小孔進(jìn)入電場(chǎng)，當(dāng)小的初速度由小孔進(jìn)入電場(chǎng)，當(dāng)MM、N N間電壓為間電壓為U U時(shí)，粒子到達(dá)時(shí)，粒子到達(dá)N N板的速度為板的速度為v，如果要使這個(gè)帶，如果要使這個(gè)帶電粒子到達(dá)電粒子到達(dá)N N板的速度為板的速度為2 2v ，則下述方法能滿足，則下述方法能滿足要求的是（要求的是（ ）A A、使、使MM、N N間電壓增加為間電壓增加為2U 2U B

11、 B、使、使MM、N N間電壓增加為間電壓增加為4U 4U C C、使、使MM、N N間電壓不變，距離減半間電壓不變，距離減半 DD、使、使MM、N N間電壓不變，距離加倍間電壓不變，距離加倍 MMN NU Ud d+mqUv2v與與電壓平方電壓平方根根成正比成正比BKTLXKTLX課堂練習(xí)課堂練習(xí)2 23 3、如圖，電子在電勢(shì)差為、如圖，電子在電勢(shì)差為U U1 1的加速電場(chǎng)中由靜止的加速電場(chǎng)中由靜止開始加速，然后射入電勢(shì)差為開始加速，然后射入電勢(shì)差為U U2 2的兩塊平行極板的兩塊平行極板間的電場(chǎng)中，入射方向跟極板平行。整個(gè)裝置處在間的電場(chǎng)中，入射方向跟極板平行。整個(gè)裝置處在真空中，重力可忽

12、略。在滿足電子能射出平行板區(qū)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)的條件下，下述四種情況中，一定能使電子的偏轉(zhuǎn)角角 變大的是變大的是 A A、U U1 1變大、變大、U U2 2變大變大 B B、U U1 1變小、變小、U U2 2變大變大C C、U U1 1變大、變大、U U2 2變小變小 DD、U U1 1變小、變小、U U2 2變小變小KTLXKTLX課堂練習(xí)課堂練習(xí)3 320121mvqU 1202qUmvdmvleU202tan析與解析與解對(duì)加速過程由動(dòng)能定理：對(duì)加速過程由動(dòng)能定理：對(duì)偏轉(zhuǎn)過程由偏轉(zhuǎn)角正切公式：對(duì)偏轉(zhuǎn)過程由偏轉(zhuǎn)角正切公式：dUlU122與粒子的與粒子的電量電量q q、質(zhì)量質(zhì)量mm無關(guān)無關(guān)dUlUy1224 dmvqUly2022dmvqUl20tantanyx dmvqUldmvqUl2020222lxSKTSKT思考題思考題課堂小結(jié)：課堂小結(jié)：一、利用電場(chǎng)使帶電粒子加速一、利用電場(chǎng)使帶電粒子加速二、利用電場(chǎng)使帶電粒子偏轉(zhuǎn)二、利用電場(chǎng)使帶電粒子偏轉(zhuǎn)mqUvmvqU2212y20221vLmdqU200mdvqULvvytan三