帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)張課件

1、第一章靜電場(chǎng)9帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)第一章9帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng) 學(xué)習(xí)目標(biāo)1.會(huì)從力和能量角度分析計(jì)算帶電粒子在電場(chǎng)中的加速問題.2.能夠用類平拋運(yùn)動(dòng)分析方法研究帶電粒子在電場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)問題.3.知道示波管的主要構(gòu)造和工作原理. 學(xué)習(xí)目標(biāo)帶電體在電場(chǎng)中的平衡問題帶電體1 帶電粒子：質(zhì)子、電子、正負(fù)離子、粒子一般不考慮帶電粒子的重力帶電微粒小球、塵埃、液滴通常要考慮帶電微粒的重力一般視為質(zhì)點(diǎn)帶電體在電場(chǎng)中的平衡問題帶電體1 帶電粒子：質(zhì)子、電子、正內(nèi)容索引知識(shí)探究題型探究達(dá)標(biāo)檢測(cè)內(nèi)容索引知識(shí)探究1知識(shí)探究1帶電體在電場(chǎng)中的加速問題帶電粒子在勻強(qiáng)電場(chǎng)中的加速1+-勻速加速勻速末速度？vtvo已知m

2、、q、U、v0帶電體在電場(chǎng)中的加速問題帶電粒子在勻強(qiáng)電場(chǎng)中的加速1+-勻速方法1：牛頓定律 + 運(yùn)動(dòng)學(xué)公式受力分析：不計(jì)重力，只受電場(chǎng)力加速度 a:a = F mF = qEdU E = a = qUmd速度位移公式 :vt2 v02 = 2ad末速度度 vt = v02 + 2qUm方法1：牛頓定律 + 運(yùn)動(dòng)學(xué)公式受力分析：不計(jì)重力，只受電場(chǎng)方法2：動(dòng)能定理做功分析：只受電場(chǎng)力，電場(chǎng)力做正功電場(chǎng)力的功：W = qU動(dòng)能定理：W =12_m vt212m v02 qU = 12_m vt212m v02末速度度 vt = v02 + 2qUm方法2：動(dòng)能定理做功分析：只受電場(chǎng)力，電場(chǎng)力做正功電

3、場(chǎng)力的功歸納與總結(jié)：帶電體在電場(chǎng)中加速運(yùn)動(dòng)問題的基本思路1. 在勻強(qiáng)電場(chǎng)中(1) 牛頓第二定律與運(yùn)動(dòng)規(guī)律綜合處理 (2) 動(dòng)能定理2. 在非勻強(qiáng)電場(chǎng)中應(yīng)用能量觀點(diǎn)分析注意：是否考慮重力的要根據(jù)具體情況確定歸納與總結(jié)：帶電體在電場(chǎng)中加速運(yùn)動(dòng)問題的基本思路1. 在勻強(qiáng)帶電粒子在電場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)偏轉(zhuǎn)裝置結(jié)構(gòu)模型1 l參量：極板長(zhǎng) l d極板間距 d充電后：極板間勻強(qiáng)電場(chǎng) E極板間電勢(shì)差 UU- - - - - - - -+ + + + + + + E帶電粒子在電場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)偏轉(zhuǎn)裝置結(jié)構(gòu)模型1 l參量：極v0帶電粒子進(jìn)入偏轉(zhuǎn)裝置方式及其受力分析2- - - - - - - -+ + + + + + + E進(jìn)

4、入方式：以初速度v0 垂直電場(chǎng)方向進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)受力分析：不計(jì)重力正電荷：負(fù)電荷：qEqEv0帶電粒子進(jìn)入偏轉(zhuǎn)裝置方式及其受力分析2- - - 偏轉(zhuǎn)粒子的運(yùn)動(dòng)性質(zhì)3初速度 v0 電場(chǎng)力（恒力）垂直類平拋運(yùn)動(dòng)勻變速曲線運(yùn)動(dòng)軌跡：拋物線加速度：a = qE m qU md = 動(dòng)畫模擬偏轉(zhuǎn)粒子的運(yùn)動(dòng)性質(zhì)3初速度 v0 垂直類平拋運(yùn)動(dòng)勻變速曲線運(yùn)v0- - - - - - - -+ + + + + + + EqE ly偏轉(zhuǎn)距離v偏轉(zhuǎn)方向幾個(gè)特征參量4 偏轉(zhuǎn)時(shí)間 t 垂直電場(chǎng)方向做 _勻速直線運(yùn)動(dòng)l = v0t則：t = lv0v0- - - - - - - -+ + 偏轉(zhuǎn)距離 y 初速度為零的勻加速直

5、線運(yùn)動(dòng)平行于電場(chǎng)方向做_y = 1 2 at2 a = qU md t = lv0y = 1 2 qUl2 mdv02 偏轉(zhuǎn)距離 y 初速度為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng)平行于電場(chǎng)方向做 偏轉(zhuǎn)方向 v0- - - - - - - -+ + + + + + + Ev偏轉(zhuǎn)方向v0 vy tan = vy v0 vy = ata = qU md tan = qUlmdv02t = l/v0 偏轉(zhuǎn)方向 v0- - - - - - -例14 試證明下圖中，帶電粒子垂直進(jìn) 入偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)，離開電場(chǎng)時(shí)，粒子 好象是從入射線中點(diǎn)直接射出來(lái) 的。v0- - - - - - - -+ + + + + + + Evl2例14 試

6、證明下圖中，帶電粒子垂直進(jìn)v0- - - 帶電粒子在勻強(qiáng)電場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)(1)運(yùn)動(dòng)性質(zhì)沿初速度方向：速度為 的 運(yùn)動(dòng).垂直v0的方向：初速度為 ，加速度為a 的勻加速直線運(yùn)動(dòng).(2)運(yùn)動(dòng)規(guī)律偏移距離：因?yàn)閠_，a_，所以偏移距離y _.偏轉(zhuǎn)角度：因?yàn)関yat_，所以 知識(shí)梳理v0 勻速直線零 帶電粒子在勻強(qiáng)電場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)知識(shí)梳理v0 勻速直線零加速 偏轉(zhuǎn)5U1加速偏轉(zhuǎn)U2(1) 出射時(shí)偏距離 y(2) 出射時(shí)偏轉(zhuǎn)方向 (3) 出射時(shí)速度大小加速 偏轉(zhuǎn)5U1加速偏轉(zhuǎn)U2(1) 出射時(shí)偏距離 y(22題型探究2題型探究一、帶電粒子在電場(chǎng)中的加速運(yùn)動(dòng)分析帶電粒子在電場(chǎng)中的加速運(yùn)動(dòng)，可以從動(dòng)力學(xué)和功能關(guān)系兩

7、個(gè)角度進(jìn)行分析，其比較如下：內(nèi)容兩個(gè)角度動(dòng)力學(xué)角度功能關(guān)系角度涉及知識(shí)應(yīng)用牛頓第二定律結(jié)合勻變速直線運(yùn)動(dòng)公式功的公式及動(dòng)能定理選擇條件勻強(qiáng)電場(chǎng)，靜電力是恒力可以是勻強(qiáng)電場(chǎng)，也可以是非勻強(qiáng)電場(chǎng)，電場(chǎng)力可以是恒力，也可以是變力一、帶電粒子在電場(chǎng)中的加速運(yùn)動(dòng)內(nèi)容動(dòng)力學(xué)角度功能關(guān)系角度涉及例1如圖4所示，在點(diǎn)電荷Q激發(fā)的電場(chǎng)中有A、B兩點(diǎn)，將質(zhì)子和粒子分別從A點(diǎn)由靜止釋放到達(dá)B點(diǎn)時(shí)，它們的速度大小之比為多少？答案解析圖4例1如圖4所示，在點(diǎn)電荷Q激發(fā)的電場(chǎng)中有A、B兩點(diǎn)，將質(zhì)質(zhì)子和粒子都帶正電，從A點(diǎn)釋放都將受電場(chǎng)力作用加速運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)，設(shè)A、B兩點(diǎn)間的電勢(shì)差為U，由動(dòng)能定理可知， 質(zhì)子和粒子都帶正電，

8、從A點(diǎn)釋放都將受電場(chǎng)力作用加速運(yùn)動(dòng)到B針對(duì)訓(xùn)練1如圖5所示，P和Q為兩平行金屬板，兩極板間電壓為U，在P板附近有一電子由靜止開始向Q板運(yùn)動(dòng)，關(guān)于電子到達(dá)Q板時(shí)的速率，下列說(shuō)法正確的是A.兩極板間距離越大，加速時(shí)間越長(zhǎng)，獲得的速率就越大B.兩極板間距離越小，加速度越大，獲得的速率就越大C.與兩極板間距離無(wú)關(guān)，僅與加速電壓U有關(guān)D.以上說(shuō)法都不正確圖5答案針對(duì)訓(xùn)練1如圖5所示，P和Q為兩平行金屬板，兩極板間電壓為二、帶電粒子在電場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)1.帶電粒子垂直進(jìn)入勻強(qiáng)電場(chǎng)的運(yùn)動(dòng)類似于物體的平拋運(yùn)動(dòng)，可以利用運(yùn)動(dòng)的合成與分解知識(shí)分析.規(guī)律：2.分析粒子的偏轉(zhuǎn)問題也可以利用動(dòng)能定理，即qEyEk.二、帶電粒

9、子在電場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)2.分析粒子的偏轉(zhuǎn)問題也可以利用動(dòng)3.兩個(gè)特殊推論：(1)粒子從偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)中射出時(shí)，其速度方向的反向延長(zhǎng)線與初速度方向的延長(zhǎng)線交于一點(diǎn)，此點(diǎn)為初速度方向位移的中點(diǎn)，如圖6所示.圖63.兩個(gè)特殊推論：圖6例2一束電子流在經(jīng)U5 000 V的加速電壓加速后，在距兩極板等距離處垂直進(jìn)入平行板間的勻強(qiáng)電場(chǎng)，如圖7所示.若兩板間距離d1.0 cm，板長(zhǎng)l5.0 cm，那么，要使電子能從平行板間飛出，兩個(gè)極板上最大能加多大電壓？答案解析圖7400 V例2一束電子流在經(jīng)U5 000 V的加速電壓加速后，在距在加速電壓一定時(shí)，偏轉(zhuǎn)電壓U越大，電子在極板間的偏轉(zhuǎn)距離就越大，當(dāng)偏轉(zhuǎn)電壓大到使電子剛好

10、擦著極板的邊緣飛出時(shí)，兩板間的偏轉(zhuǎn)電壓即為題目要求的最大電壓.加速過(guò)程中，由動(dòng)能定理有：進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)，電子在平行于板面的方向上做勻速直線運(yùn)動(dòng)lv0t 在垂直于板面的方向做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，在加速電壓一定時(shí)，偏轉(zhuǎn)電壓U越大，電子在極板間的偏轉(zhuǎn)距離就即要使電子能飛出，所加電壓最大為400 V.即要使電子能飛出，所加電壓最大為400 V.針對(duì)訓(xùn)練2如圖8所示，兩個(gè)板長(zhǎng)均為L(zhǎng)的平板電極，平行正對(duì)放置，兩極板相距為d，極板之間的電勢(shì)差為U，板間電場(chǎng)可以認(rèn)為是勻強(qiáng)電場(chǎng).一個(gè)帶電粒子(質(zhì)量為m，電荷量為q)從正極板邊緣以某一初速度垂直于電場(chǎng)方向射入兩極板之間，到達(dá)負(fù)極板時(shí)恰好落在極板邊緣.忽略重力和空氣阻力的

11、影響.求：(1)極板間的電場(chǎng)強(qiáng)度E的大小.答案解析圖8兩極板間的電壓為U，兩極板的距離為d，所以電場(chǎng)強(qiáng)度大小為針對(duì)訓(xùn)練2如圖8所示，兩個(gè)板長(zhǎng)均為L(zhǎng)的平板電極，平行正對(duì)放(2)該粒子的初速度v0的大小.答案解析帶電粒子在極板間做類平拋運(yùn)動(dòng)，在水平方向上有Lv0t(2)該粒子的初速度v0的大小.答案解析帶電粒子在極板間做類(3)該粒子落到下極板時(shí)的末動(dòng)能Ek的大小.答案解析(3)該粒子落到下極板時(shí)的末動(dòng)能Ek的大小.答案解析達(dá)標(biāo)檢測(cè)3達(dá)標(biāo)檢測(cè)31.兩平行金屬板相距為d，電勢(shì)差為U，一電子質(zhì)量為m，電荷量為e，從O點(diǎn)沿垂直于極板的方向射出，最遠(yuǎn)到達(dá)A點(diǎn)，然后返回，如圖9所示，OAh，則此電子具有的初

12、動(dòng)能是1234答案解析圖91.兩平行金屬板相距為d，電勢(shì)差為U，一電子質(zhì)量為m，電荷量1234電子從O點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到A點(diǎn)，因受電場(chǎng)力作用，速度逐漸減小.根據(jù)題意和題圖判斷，電子僅受電場(chǎng)力，不計(jì)重力.根據(jù)能量守恒定律得1234電子從O點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到A點(diǎn)，因受電場(chǎng)力作用，速度逐漸減小.12342.如圖10所示，兩極板與電源相連，電子從負(fù)極板邊緣垂直電場(chǎng)方向射入勻強(qiáng)電場(chǎng)，且恰好從正極板邊緣飛出.現(xiàn)使電子射入速度變?yōu)樵瓉?lái)的2倍，電子仍從原位置射入，且仍從正極板邊緣飛出，則兩極板長(zhǎng)度應(yīng)變?yōu)樵瓉?lái)的 答案解析圖1012342.如圖10所示，兩極板與電源相連，電子從負(fù)極板邊緣(1)帶電粒子在_區(qū)域是加速的，在_區(qū)域是偏轉(zhuǎn)

13、的.(2)若UYY0，UXX0，則粒子向_極板偏移，若UYY0，UXX0，則粒子向_極板偏移.3.如圖11是示波管的原理圖.它由電子槍、偏轉(zhuǎn)電極(XX和YY)、熒光屏組成，管內(nèi)抽成真空.給電子槍通電后，如果在偏轉(zhuǎn)電極XX和YY上都沒有加電壓，電子束將打在熒光屏的中心O點(diǎn).1234圖11答案Y X 答案(1)帶電粒子在_區(qū)域是加速的，在_區(qū)域是偏轉(zhuǎn)的4.水平放置的兩塊平行金屬板長(zhǎng)L5.0 cm，兩板間距d1.0 cm，兩板間電壓為90 V且上板為正.一電子沿水平方向以速度v02.0107 m/s從兩板中間射入，如圖12所示，求：(電子電荷量q1.61019 C，電子質(zhì)量me9.11031 kg)(計(jì)算結(jié)果在小數(shù)點(diǎn)后保留兩位有效數(shù)字)(1)電子偏離金屬板時(shí)的側(cè)位移；1234答案解析圖120.49 cm4.水平放置的兩塊平行金屬板