物理：新人教版選修3-1帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)2課件

高中物理新人教版

選修３-１系列課件第一章《靜電場(chǎng)》第九節(jié)

《帶電粒子在電場(chǎng)中

的運(yùn)動(dòng)》教學(xué)目標(biāo)

知識(shí)與能力：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。教學(xué)重點(diǎn):帶電粒子在電場(chǎng)中的加速和偏轉(zhuǎn)規(guī)律

教學(xué)難點(diǎn):帶電粒子在電場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)問(wèn)題及應(yīng)用。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＝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。1．帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)情況

（平衡、加速和減速）

⑴．若帶電粒子在電場(chǎng)中所受合力為零時(shí)，即∑F＝0時(shí)，粒子將保持靜止?fàn)顟B(tài)或勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。⑵．若∑F≠0（只受電場(chǎng)力）且與初速度方向在同一直線上，帶電粒子將做加速或減速直線運(yùn)動(dòng)。(變速直線運(yùn)動(dòng))◎打入正電荷(如圖),將做勻加速直線運(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),將做勻減速直線運(yùn)動(dòng),其運(yùn)動(dòng)情況可能如何,請(qǐng)同學(xué)們討論。++++++llllllvo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、小球等)重力一般不能忽略.討論:

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=m〔V2-2g(H+h)〕2qBCD練習(xí)２：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UeＤ.電子在Ａ板與Ｄ板間作往返運(yùn)動(dòng)ＡＢＤ詳細(xì)分析講解例題2。vovv┴θd++++++------2、帶電粒子在電場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)

lv0d-qφvv0v⊥φyl/2解：粒子vo在電場(chǎng)中做類平拋運(yùn)動(dòng)沿電場(chǎng)方向勻速運(yùn)動(dòng)所以有：L=vot①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=at2/2②粒子在垂直于電場(chǎng)方向的加速度：

a=F/m=eE/m=eU/md③由①②③得：④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：⑤故電子離開電場(chǎng)時(shí)的偏轉(zhuǎn)θ角為：⑥代入數(shù)據(jù)得：θ=6.8°

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。

BCDACD練習(xí)一：質(zhì)子和α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：1B.1：1和1：C.1：2和2：1D.1：4和1：2√2√2B3．示波管的原理（1）示波器：用來(lái)觀察電信號(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、直觀地顯示出電信號(hào)隨時(shí)間變化的圖線。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——?jiǎng)幽芏ɡ?、研究帶電粒子在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的兩類重要的思維技巧（1）類比與等效電場(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．dl/2yv0-qvv0v⊥φφ++++++------lYXU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)(類平拋運(yùn)動(dòng))。3．知道示波管的主要構(gòu)造和工作原理。例題2:一個(gè)電子以初速V0=3.0×106m/s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=6.0×10-2m，兩板之間可以看成是勻強(qiáng)電場(chǎng)，場(chǎng)強(qiáng)大小為E=2×103N/C，電子的電量e=1.6×10-19C，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。[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V0⊥F電，電子做類平拋運(yùn)動(dòng)。將電子的運(yùn)動(dòng)看成是沿X軸方向、速度為V0的勻速直線運(yùn)動(dòng)和沿電場(chǎng)力y方向、初速度為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng)的合成。yV0XO如圖所示:

從電子射入電場(chǎng)到飛出電場(chǎng)，兩個(gè)方向的位移和加速度為{L=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=7.0×10-2(m)代入數(shù)據(jù)Vt=7.62×106(m/s)tanα=VyV0代入數(shù)據(jù)tanα=2.33∴α=arctg2.33

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=7.0×10-2(m)，eEy=mV2-mV2tO1212再由動(dòng)能定理：求出Vt=7.62×106(m/s)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?MNKLv3.質(zhì)量為m=5×10-5kg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+-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

例3：如圖所示，一束帶電粒子（不計(jì)重力），垂直電場(chǎng)線方向進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)，試討論在以下情況中，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θ，（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)。LdUV0yθLdUV0yθ帶電粒子在電場(chǎng)力作用下做類平拋運(yùn)動(dòng)根據(jù)Y=at212=UqL22mdV20tgθ=VyVx=UqLmdV20(1)因?yàn)閂0相同，當(dāng)q/m相同，y、tg也相同θ（2)因?yàn)橄嗤?dāng)q相同，則y、也相同mV2012θtg（3)因?yàn)閙V0相同，當(dāng)m、q相同，或q/V0相同，θtg則y、也相同(4)設(shè)加速電場(chǎng)的電壓為U’,由qU’=mV2012可得y=UL24dU’θtg=UL2dU’可見(jiàn)，在（4）的條件下，y、θ與m、q無(wú)關(guān)，因此偏轉(zhuǎn)距離y和偏轉(zhuǎn)角θ都是相同的。LdUV0yθY=at212=UqL22mdV20tgθ=VyVx=UqLmdV20二、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,故作類平拋運(yùn)動(dòng).2、處理方法:類比平拋運(yùn)動(dòng)3、基本公式:因?yàn)槌跛俣葹?,AB間為勻強(qiáng)電場(chǎng),粒子在AB間做勻加速直線運(yùn)動(dòng)----練習(xí)１: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2.5×10-24㎏,電荷量為8×10-16C的帶電粒子(重力不計(jì))由靜止開始,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?粒子做類平拋運(yùn)動(dòng)(3)出電場(chǎng)后,因?yàn)楹贤饬?粒子做勻速直線運(yùn)動(dòng).(1)粒子帶正電(2)粒子打在熒光屏上距O點(diǎn)下方多遠(yuǎn)處?----++++DABSLOC解答:出AB電場(chǎng)時(shí)速度水平方向:豎直方向:其中由此得到代入數(shù)據(jù)可得(3)粒子打在熒光屏上時(shí)的動(dòng)能為多大?-