高二物理帶電粒子在電場中的運動

F=qE電場強度電勢差復習引入

學習運用電場強度、電場力等概念研究帶電粒子在電場中運動時的加速度、速度、位移等物理量的變化;

學習運用電勢差、電場力做功等概念研究帶電粒子在電場中運動時的能量的轉(zhuǎn)化.1.9帶電粒子在電場中的運動1帶電粒子在電場中要受到哪些力的作用?通常要受到重力和電場力新授

一個電子的質(zhì)量為0.91×10-30kg,電荷量e=1.6×10-19C，當它位于E=5×104V/m的電場中時:受到的重力G為多大？受到的電場力F為多大？F/G=？你會發(fā)現(xiàn)什么？G=mg=9×10-30NF/G=1×1015F=qE=8×10-15N

電子、質(zhì)子、離子等微觀帶電粒子所受重力一般遠小于電場力，重力可以忽略（有說明或暗示除外）。注意：忽略粒子的重力并不是忽略粒子的質(zhì)量3、帶電體：是否考慮重力，要根據(jù)題目暗示或運動狀態(tài)來判定.1、微觀帶電粒子：如電子、質(zhì)子、離子等.帶電粒子所受重力一般遠小于電場力，一般都不考慮重力(有說明或暗示除外).2、宏觀帶電微粒：如帶電小球、液滴、塵埃等.一般都考慮重力(有說明或暗示除外).帶電體一般可分為兩類：帶電粒子在電場中受電場力產(chǎn)生加速度使速度變化利用電場

使帶電粒子加速偏轉(zhuǎn)++++++++________UUE加速勻速勻速+qmV0V=?1、加速直線運動1、動力學觀點：

ABUdE+Fv由牛頓第二定律：由運動學公式：初速度不為零呢？只適用于勻強電場一、帶電粒子的加速電場力:F=qE2、能量觀點：

ABUdE+v由動能定理：適用于任何電場一、帶電粒子的加速電場力做功:W=qU速度v與電勢差U、比荷q/m的平方根成正比與距離d無關初速度不為零呢？用動能定理解題簡便U+-qd

電場力:

加速度:

末速度:一、帶電粒子的加速小結(jié)1、動力學觀點：

運行時間:2、能量觀點：

電場力做功:W=qU解:根據(jù)動能定理得:

例題1：熾熱的金屬絲可以發(fā)射電子。在金屬絲和金屬板間加以電壓U=2500V，發(fā)射出的電子在真空中加速后，從金屬板的小孔穿出。電子穿出時的速度有多大？設電子剛離開金屬絲時的速度為零。1、下列粒子由靜止經(jīng)加速電壓為U的電場加速后，

哪種粒子動能最大（）哪種粒子速度最大（）

A．質(zhì)子11H．B.氘核12H．C.α粒子24He．D.鈉離子（Na+）

例與練與電量成正比與比荷平方根成正比CA2、如圖所示，M、N是在真空中豎直放置的兩塊平行金屬板，質(zhì)量為m、電量為+q的帶電粒子，以極小的初速度由小孔進入電場，當M、N間電壓為U時，粒子到達N板的速度為v，如果要使這個帶電粒子到達N板的速度為2v

，則下述方法能滿足要求的是（）

A、使M、N間電壓增加為2U

B、使M、N間電壓增加為4U

C、使M、N間電壓不變，距離減半

D、使M、N間電壓不變，距離加倍

例與練MNUd+v與電壓平方根成正比B3、如圖所示的電場中有A、B兩點，A、B的電勢差UAB＝100V，一個質(zhì)量為m=2.0×10-12kg、電量為q=-5.0×10-8C的帶電粒子，以初速度v0=3.0×103m/s由A點運動到B點，求粒子到達B點時的速率。（不計粒子重力）例與練A-v0Bq為負4、如圖所示，A、B為平行金屬板電容器，兩板間的距離為d，在A板的缺口的正上方距離為h的P處，有一靜止的、質(zhì)量為m、帶電量為+q的液滴由靜止開始自由落下，若要使液滴不落在B板上，兩板間的電壓U至少為多大？兩板間場強E至少為多大？例與練mgmgqE對全過程由動能定理：

帶電粒子以垂直勻強電場的場強方向射入電場。

帶電粒子做類似平拋運動。（1）在沿平行板面方向（垂直電場強度方向，x軸）做

勻速直線運動。（2）在垂直板面方向（沿電場強度方向，y軸）做初速度為零的勻加速直線運動。FX軸y軸2、帶電粒子的偏轉(zhuǎn)動能定理：平行于板面方向:垂直于板面方向:動力學基本公式：FX軸y軸ABU,m,該粒子射出電場時沿垂直于板面方向偏移的距離y:在y軸：利用同時性，在x軸：FX軸y軸U,m,該粒子射出電場時偏轉(zhuǎn)的角度θ:在y軸：利用同時性，在x軸：偏轉(zhuǎn)角度FX軸y軸U,m,例1.靜止的電子在加速電壓U1的作用下從O經(jīng)P板的小孔射出,又垂直進入平行金屬板間的電場,在偏轉(zhuǎn)電壓U2的作用下偏轉(zhuǎn)一段距離.現(xiàn)使U1加倍,要想使電子的運動軌跡不發(fā)生變化,應該（）A.使U2加倍B.使U2變?yōu)樵瓉淼?倍C.使U2變?yōu)樵瓉淼谋禗.使U2變?yōu)樵瓉淼?／2倍·U1U2POA要使電子的軌跡不變,則應使電子進入偏轉(zhuǎn)電場后,任一水平位移x所對應的側(cè)移距離y不變.①②解：電子先經(jīng)加速電場加速后進入偏轉(zhuǎn)電場做類平拋運動.聯(lián)立①②兩式可得電子的偏移量③由此選項A正確．例2．電子在電勢差為U1的加速電場中由靜止開始運動,然后射入電勢差為U2的兩塊平行板間的勻強電場中,在滿足電子射出平行板區(qū)的條件下,下述四種情況中,一定能使電子的偏轉(zhuǎn)角Φ變大的是（）·U1U2eA.U1變大,U2變大B.U1變小,U2變大 C.U1變大,U2變小D.U1變小,U2變小B解：電子先經(jīng)加速電場加速①后進入偏轉(zhuǎn)電場做類平拋運動.電子離開電場時的偏轉(zhuǎn)角②聯(lián)立①②兩式得③故選項B正確．平拋運動不是分解速度，就是分解位移。例3．一束電子流在經(jīng)U1＝5000V的加速電壓加速后，在距兩極板等距處垂直進入平行板間的勻強電場，如圖所示，若兩板間距d＝1.0cm，板長L＝5.0cm，那么，要使電子能從平行板間飛出，兩個極板上最多能加多大電壓？dv0·UL解：電子在加速電場中加速過程中①②電子在偏轉(zhuǎn)電場中做類平拋運動過程中聯(lián)立①②兩式可得兩個極板上所加電壓的最大值瞬時速度是聯(lián)系兩個過程的橋梁。例4．一根粗細均勻的直桿，豎直固定在水平面上，置于豎直向上的勻強電場中，場強為E，桿上套著一個質(zhì)量為m、電量為-q的小球，小球在桿上滑動時受到的摩擦力為f，小球在高出水平面h的A處以初速度v0豎直向上彈出，設豎直桿足夠長，小球與水平面碰撞時無能量損失，小球與桿、水平面絕緣.求小球向上的最大位移X以及最大的路程s。AEV0h解⑴小球受重力、摩擦力和電場力作用向上做勻減速直線運動，根據(jù)動能定理⑵小球最終停在水平面上，在整個過程中，根據(jù)動能定理小球向上運動的最大位移所以小球運動的最大路程TtuOU-UAB例5．有一對長為L、相距為d的水平放置的金屬板A、B，在兩極板間加如圖所示的交變電壓。t=0時，一正離子以速度v0從d/2處平行于金屬板進入電場，然后從電場中飛出。⑴.為保證正離子在d/2處離開電場，則交變電壓頻率應滿足什么條件？⑵.欲