帶電粒子在電場(chǎng)中的應(yīng)用

1、帶電粒子在電場(chǎng)中的應(yīng)用 第1頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)7分，星期三教學(xué)目標(biāo) 1了解帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)只受電場(chǎng)力，帶電粒子做勻變速運(yùn)動(dòng)。2重點(diǎn)掌握初速度與場(chǎng)強(qiáng)方向垂直的帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)(類(lèi)平拋運(yùn)動(dòng))。3知道示波管的主要構(gòu)造和工作原理。4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，不計(jì)粒子重力。5培養(yǎng)綜合分析問(wèn)題的能力，體會(huì)物理知識(shí)的實(shí)際應(yīng)用。第2頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)7分，星期三重點(diǎn)難點(diǎn)重點(diǎn): 帶電粒子在電場(chǎng)中的加速和偏轉(zhuǎn)規(guī)律 難點(diǎn): 帶電粒子在電場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)問(wèn)題及應(yīng)用。第3頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)7分，星期三1

2、帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)情況（平衡、加速和減速） 若帶電粒子在電場(chǎng)中所受合力為零時(shí)，即F0時(shí)，粒子將保持靜止?fàn)顟B(tài)或勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。第4頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)7分，星期三例 ：帶電粒子在電場(chǎng)中處于靜止?fàn)顟B(tài)，該粒子帶正電還是負(fù)電?+ + + + + + +- - - - - - -Eqmg分析：帶電粒子處于靜止?fàn)顟B(tài)，F(xiàn)0，Eq=mg，因?yàn)樗苤亓ωQ直向下，所以所受電場(chǎng)力必為豎直向上。又因?yàn)閳?chǎng)強(qiáng)方向豎直向下，所以帶電體帶負(fù)電。第5頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)7分，星期三1帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)情況（平衡、加速和減速） 若帶電粒子在電場(chǎng)中所受合力為零時(shí)，即F0時(shí)，粒子

3、將保持靜止?fàn)顟B(tài)或勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。若F0（只受電場(chǎng)力）且與初速度方向在同一直線(xiàn)上，帶電粒子將做加速或減速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)。(變速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng))第6頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)7分，星期三打入正電荷(如圖),將做勻加速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)。設(shè)電荷所帶的電量為q,板間場(chǎng)強(qiáng)為E,電勢(shì)差為U,板距為d,電荷到達(dá)另一極板的速度為v,則：電場(chǎng)力所做的功為W=EqL=Uq粒子到達(dá)另一極板的動(dòng)能為Ek=mv2/2由動(dòng)能定理有Uq=mv2/2 (或 EqL=mv2/2對(duì)恒力) 若初速為v0，則上列各式又應(yīng)怎么樣？若打入的是負(fù)電荷(初速為v0),將做勻減速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng),其運(yùn)動(dòng)情況可能如何,請(qǐng)同學(xué)們討論。+ + + + + +l

4、 l l l l lvo第7頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)7分，星期三1帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)情況（平衡、加速和減速） 若帶電粒子在電場(chǎng)中所受合力為零時(shí)，即F0時(shí)，粒子將保持靜止?fàn)顟B(tài)或勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。若F0（只受電場(chǎng)力）且與初速度方向在同一直線(xiàn)上，帶電粒子將做加速或減速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)。(變速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng))第8頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)7分，星期三第9頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)7分，星期三關(guān)于重力是否考慮的問(wèn)題1 、題目明確了重力不計(jì)或不能忽略重力的情況2 、題目未明確的情況下:a)基本粒子(如電子、質(zhì)子、離子等)重力一般忽略.b)帶電顆粒(如液滴、塵埃、小球

5、等)重力一般不能忽略.討論:第10頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)7分，星期三 例題1：如圖所示，水平放置的A、B兩平行板相距h，上板A帶正電?，F(xiàn)有質(zhì)量為m，帶電量為+q的小球在B板下方距離為H處，以初速度V0豎直向上從B板小孔進(jìn)入板間電場(chǎng)，欲使小球剛好打到A板，A、B間電勢(shì)差UAB應(yīng)為多少？hABV0H解：將動(dòng)能定理用于運(yùn)動(dòng)全過(guò)程，由W=Ek得 -mg(H+h)-qUAB=0- mV2012整理可得UAB=mV2-2g(H+h)2q第11頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)7分，星期三例1、下列粒子從初速度為零的狀態(tài)經(jīng)加速電壓為U的電場(chǎng)后，哪種粒子速度最大 （ ）A、質(zhì)子 B

6、、氘核 C、氦核 D、鈉離子A哪種粒子動(dòng)能最大（ ）C第12頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)7分，星期三第13頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)7分，星期三BCD第14頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)7分，星期三練習(xí)：如圖 從F處釋放一個(gè)無(wú)初速度電子向B板方向運(yùn)動(dòng),指出下列對(duì)電子運(yùn)動(dòng)描述中,正確的是(設(shè)電源電動(dòng)勢(shì)均為U) ( )FADCBA.電子到達(dá)B板時(shí)的動(dòng)能是UeB.電子從B板到達(dá)C板時(shí)動(dòng)能的變化量為零 C.電子到達(dá)D板時(shí)動(dòng)能為Ue .電子在板與板間作往返運(yùn)動(dòng)第15頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)7分，星期三2帶電粒子在電場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)（不計(jì)重力，且初速度

7、voE，則帶電粒子將在電場(chǎng)中做類(lèi)平拋運(yùn)動(dòng)）物體在只受重力的作用下，被水平拋出，在水平方向上不受力，將做勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，在豎直方向上只受重力，做初速度為零的自由落體運(yùn)動(dòng)。物體的實(shí)際運(yùn)動(dòng)為這兩種運(yùn)動(dòng)的合運(yùn)動(dòng)。【思考與討論】若帶電粒子在電場(chǎng)中所受合力F0，且與初速度方向有夾角(不等于0，180)，則帶電粒子將做什么運(yùn)動(dòng)？曲線(xiàn)運(yùn)動(dòng)第16頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)7分，星期三詳細(xì)分析講解例題2。vovv第17頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)7分，星期三 d+-2、 帶電粒子在電場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn) lv0d-qvv0vyl/2第18頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)7分，星期三解：

8、粒子vo在電場(chǎng)中做類(lèi)平拋運(yùn)動(dòng)沿電場(chǎng)方向勻速運(yùn)動(dòng)所以有： L=vot 電子射出電場(chǎng)時(shí)，在垂直于電場(chǎng)方向偏移的距離為： y=at2/2 粒子在垂直于電場(chǎng)方向的加速度： a=F/m=eE/m=eU/md 由得： 代入數(shù)據(jù)得： y=0.36m即電子射出時(shí)沿垂直于板面方向偏離0.36m電子射出電場(chǎng)時(shí)沿電場(chǎng)方向的速度不變?nèi)詾関o，而垂直于電場(chǎng)方向的速度： 故電子離開(kāi)電場(chǎng)時(shí)的偏轉(zhuǎn)角為： 代入數(shù)據(jù)得： =6.8第19頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)7分，星期三【討論】第20頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)7分，星期三例1、帶電粒子經(jīng)加速電場(chǎng)加速后垂直進(jìn)入兩平行金屬板間的偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)，要使它離開(kāi)

9、偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)時(shí)偏轉(zhuǎn)角增大，可采用的辦法有：（ ）A、增加帶電粒子的電量B、降低加速電壓；C、提高偏轉(zhuǎn)電壓；D、減小兩平行板間的距離。BCD第21頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)7分，星期三ACD第22頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)7分，星期三練習(xí)一：質(zhì)子和粒子由靜止經(jīng)相同加速電場(chǎng)加速后，又垂直進(jìn)入同一勻強(qiáng)電場(chǎng)，出電場(chǎng)時(shí)，它們橫向位移量之比和在偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)中經(jīng)過(guò)時(shí)間之比分別為（ ）A.2:1和 ：1 B.1：1和 1： C.1：2和2：1 D.1：4和1：222B第23頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)7分，星期三V0P-+ABC 練習(xí)二：如圖所示，有三個(gè)質(zhì)量相等分別帶正電

10、、負(fù)電和不帶電的小球，從平行板電場(chǎng)中的P點(diǎn)以相同的初速度垂直于E進(jìn)入電場(chǎng)，它們分別落到A、B、C三點(diǎn)，則可判斷（ ）A.三個(gè)小球在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)加速度關(guān)系是aAaBaCD.落到A點(diǎn)的小球帶正電，落到B點(diǎn)的小球不帶電C.三個(gè)小球在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)間相等B.三個(gè)小球到達(dá)正極時(shí)的動(dòng)能關(guān)系是EKA EKB EKCD第24頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)7分，星期三3示波管的原理（1）示波器：用來(lái)觀(guān)察電信號(hào)隨時(shí)間變化的電子儀器。其核心部分是示波管（2）示波管的構(gòu)造：由電子槍、偏轉(zhuǎn)電極和熒光屏組成（如圖）。（3）原理：利用了帶電粒子在電場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)的規(guī)律，靈敏、直觀(guān)地顯示出電信號(hào)隨時(shí)間變化的圖線(xiàn)。第25頁(yè)，

11、共50頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)7分，星期三第26頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)7分，星期三小結(jié)：1、研究帶電粒子在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的兩條主要線(xiàn)索（1）力和運(yùn)動(dòng)的關(guān)系牛頓第二定律（2）功和能的關(guān)系動(dòng)能定理2、研究帶電粒子在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的兩類(lèi)重要的思維技巧（1）類(lèi)比與等效電場(chǎng)力和重力都是恒力，在電場(chǎng)力作用下的運(yùn)動(dòng)可與重力作用下的運(yùn)動(dòng)類(lèi)比 （2）整體法(全過(guò)程法)電場(chǎng)力的功與重力的功一樣，都只與始末位置有關(guān)，與路徑無(wú)關(guān)它們分別引起電荷電勢(shì)能的變化和重力勢(shì)能的變化，從電荷運(yùn)動(dòng)的全過(guò)程中功能關(guān)系出發(fā)(尤其從靜止出發(fā)末速度為零的問(wèn)題)往往能迅速找到解題入口或簡(jiǎn)化計(jì)算第27頁(yè)，共50頁(yè)，2022

12、年，5月20日，5點(diǎn)7分，星期三第28頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)7分，星期三第29頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)7分，星期三dl/2yv0-qvv0v+-lYXU第30頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)7分，星期三教學(xué)目標(biāo) 完成了嗎1了解帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)只受電場(chǎng)力，帶電粒子做勻變速運(yùn)動(dòng)。2重點(diǎn)掌握初速度與場(chǎng)強(qiáng)方向垂直的帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)(類(lèi)平拋運(yùn)動(dòng))。3知道示波管的主要構(gòu)造和工作原理。第31頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)7分，星期三第32頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)7分，星期三例題2:一個(gè)電子以初速V0=3.0106m/s

13、沿著垂直于場(chǎng)強(qiáng)方向射入兩帶電平行金屬板，金屬板長(zhǎng)L=6.010-2m，兩板之間可以看成是勻強(qiáng)電場(chǎng)，場(chǎng)強(qiáng)大小為E=2103N/C，電子的電量e=1.610-19C，質(zhì)量m=9.1 10-31kg ，求:（1）電子射離電場(chǎng)時(shí)的速度；（2）出射點(diǎn)與入射點(diǎn)沿場(chǎng)強(qiáng)方向的側(cè)移距離。第33頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)7分，星期三解析法一：電子射入電場(chǎng)以后，受恒定的電場(chǎng)力作用，由于V0F電，電子做類(lèi)平拋運(yùn)動(dòng)。將電子的運(yùn)動(dòng)看成是沿X軸方向、速度為V0的勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)和沿電場(chǎng)力y方向、初速度為零的勻加速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的合成。yV0XO如圖所示:第34頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)7分，星期三 從

14、電子射入電場(chǎng)到飛出電場(chǎng)，兩個(gè)方向的位移和加速度為L(zhǎng)=V0ty= at212a=eEm電子飛離電場(chǎng)時(shí)的速度為Vx=V0Vy=atVt=V2+(at)20代入數(shù)據(jù)y=7.010-2(m)代入數(shù)據(jù)Vt=7.62 106(m/s)tan=VyV0代入數(shù)據(jù)tan=2.33=arctg2.33第35頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)7分，星期三 法二：由F=eE=ma 求出a， 由L= V0t 求出t， 總結(jié)本題為典型的帶電粒子在電場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)問(wèn)題，一般的處理方法是應(yīng)用運(yùn)動(dòng)合成的方法，它是運(yùn)動(dòng)學(xué)知識(shí)在電場(chǎng)中的運(yùn)用，運(yùn)用動(dòng)能定理解題，可以簡(jiǎn)化解題過(guò)程。12y= at2然后根據(jù) 求出y=7.010-2(

15、m)，eEy= mV2- mV2tO1212再由動(dòng)能定理：求出Vt=7.62 106(m/s)第36頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)7分，星期三5.如圖所示,相距為d的兩塊平行板M,N與電源相連,電鍵k閉合后,M,N間有勻強(qiáng)電場(chǎng),一帶電粒子垂直于電場(chǎng)方向從M板邊緣射入電場(chǎng),恰好打在N板的中央,不計(jì)重力.打開(kāi)電鍵,粒子仍以原來(lái)速度由原位置射入,為了使粒子能剛好飛出電場(chǎng)而不碰到N板,N板應(yīng)如何移動(dòng)?移動(dòng)多少距離?MNKLv第37頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)7分，星期三3.質(zhì)量為m=510-5kg的帶電粒子以v0=2m/s的速度從水平放置的平行金屬板A,B的中央飛入板間,如圖

16、所示,已知板長(zhǎng)l=10cm,板間距離d=2cm,當(dāng)UAB=103v時(shí),帶電粒子恰好沿中央直線(xiàn)穿過(guò)板間,則AB間所加電壓在什么范圍內(nèi)帶電粒子能從板間飛出.v0AB+-第38頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)7分，星期三4.如圖，A、B為兩塊足夠大的平行金屬板，間距為d，接在電壓為U的電源上。在A板的中央點(diǎn)放置一個(gè)電子放射源，可以向各個(gè)方向釋放電子。設(shè)電子的質(zhì)量為m 、電量為e，射出的初速度為v。求電子打在板上的區(qū)域面積？（不計(jì)電子的重力）BA+_P第39頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)7分，星期三 例3：如圖所示，一束帶電粒子（不計(jì)重力），垂直電場(chǎng)線(xiàn)方向進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)，試討論在以

17、下情況中，粒子應(yīng)具備什么條件，才能得到相同的偏轉(zhuǎn)距離y和偏轉(zhuǎn)角，（U、d、L保持不變）（1）進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)的速度相同；（2）進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)的動(dòng)能相同；（3）進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)的動(dòng)量相同；（4）先由同一加速電場(chǎng)加速后，再進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)。LdUV0y第40頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)7分，星期三LdUV0y帶電粒子在電場(chǎng)力作用下做類(lèi)平拋運(yùn)動(dòng)根據(jù)Y= at212=UqL22mdV20tg=VyVx=UqLmdV20(1)因?yàn)閂0相同，當(dāng)q/m相同，y、tg 也相同（2)因?yàn)?相同，當(dāng)q相同，則y、 也相同mV2012tg（3)因?yàn)閙V0相同，當(dāng)m、q相同，或q/V0相同，tg則y、 也相同第41頁(yè)

18、，共50頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)7分，星期三(4)設(shè)加速電場(chǎng)的電壓為U,由q U= mV2012可得y=UL24d Utg=UL2d U可見(jiàn)，在（4）的條件下，y、與m、q無(wú)關(guān)，因此偏轉(zhuǎn)距離y和偏轉(zhuǎn)角都是相同的。LdUV0yY= at212=UqL22mdV20tg=VyVx=UqLmdV20第42頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)7分，星期三END第43頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)7分，星期三二、帶電粒子在電場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)當(dāng)帶電粒子以初速度、V0垂直進(jìn)入勻強(qiáng)電場(chǎng)時(shí):1 、受力及運(yùn)動(dòng)狀態(tài)僅受電場(chǎng)力且與V0垂直,故作類(lèi)平拋運(yùn)動(dòng).2 、處理方法:類(lèi)比平拋運(yùn)動(dòng)3 、基本公式

19、:第44頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)7分，星期三因?yàn)槌跛俣葹?,AB間為勻強(qiáng)電場(chǎng),粒子在AB間做勻加速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)- - - - 練習(xí):如圖所示AB、CD為平行金屬板,A、B兩板間電勢(shì)差為500V,C、D始終和電源相接,測(cè)的其間的場(chǎng)強(qiáng)為104V/m,一質(zhì)量為2.510-24,電荷量為810-16C的帶電粒子(重力不計(jì))由靜止開(kāi)始,經(jīng)A、B加速后穿過(guò)CD發(fā)生偏轉(zhuǎn),最后打在熒光屏上,已知C、D極板長(zhǎng)均為4cm,熒光屏距CD右端的距離為3cm,問(wèn): (1) 粒子帶正電還是帶負(fù)電?+ + + + DABSLOC分析:(2) 在豎直電場(chǎng)中因?yàn)橛兴匠跛俣?粒子做類(lèi)平拋運(yùn)動(dòng)(3) 出電場(chǎng)后,因?yàn)楹贤饬?粒子做勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng).(1) 粒子帶正電第45頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)7分，星期三(2) 粒子打在熒光屏上距O點(diǎn)下方多遠(yuǎn)處?- - -