高中物理帶電粒子在電場中的運(yùn)動新人教版選修ppt課件

1、第一章靜電場第九節(jié)帶電粒子在電場中的運(yùn)動教學(xué)目標(biāo)教學(xué)目標(biāo) 知識與能力：知識與能力：1了解帶電粒子在電場中的運(yùn)動只受電場力，帶電粒子做勻變速運(yùn)動。2重點(diǎn)掌握初速度與場強(qiáng)方向垂直的帶電粒子在電場中的運(yùn)動(類平拋運(yùn)動)。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)綜合分析問題的能力，體會物理知識的實(shí)際應(yīng)用。教學(xué)重點(diǎn)教學(xué)重點(diǎn): 帶電粒子在電場中的加速和偏轉(zhuǎn)規(guī)律 教學(xué)難點(diǎn)教學(xué)難點(diǎn): 帶電粒子在電場中的偏轉(zhuǎn)問題及應(yīng)用。用。1帶電粒子在電場中的運(yùn)動情況帶電粒子在電場中的運(yùn)動情況（平衡、加速和減速）（平衡、加速和減速） 若帶電粒子在

2、電場中所受合力為零時(shí)，即F0時(shí)，粒子將保持靜止?fàn)顟B(tài)或勻速直線運(yùn)動狀態(tài)。例 ：帶電粒子在電場中處于靜止?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，所以所受電場力必為豎直向上。又因?yàn)閳鰪?qiáng)方向豎直向下，所以帶電體帶負(fù)電。1帶電粒子在電場中的運(yùn)動情況帶電粒子在電場中的運(yùn)動情況（平衡、加速和減速）（平衡、加速和減速） 若帶電粒子在電場中所受合力為零時(shí)，即F0時(shí)，粒子將保持靜止?fàn)顟B(tài)或勻速直線運(yùn)動狀態(tài)。 若F0（只受電場力）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。(變速直線運(yùn)動

3、)打入正電荷(如圖),將做勻加速直線運(yùn)動。設(shè)電荷所帶的電量為q,板間場強(qiáng)為E,電勢差為U,板距為d,電荷到達(dá)另一極板的速度為v,則：電場力所做的功為W=EqL=Uq粒子到達(dá)另一極板的動能為Ek=mv2/2由動能定理有Uq=mv2/2 (或 EqL=mv2/2對恒力) 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,其運(yùn)動情況可能如何,請同學(xué)們討論。+ + + + + +l l l l l lvo1帶電粒子在電場中的運(yùn)動情況帶電粒子在電場中的運(yùn)動情況（平衡、加速和減速）（平衡、加速和減速） 若帶電粒子在電場中所受合力為零時(shí)，即F0時(shí)，粒子將保持靜止?fàn)顟B(tài)或勻

4、速直線運(yùn)動狀態(tài)。 若F0（只受電場力）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。(變速直線運(yùn)動)關(guān)于重力是否考慮的問題關(guān)于重力是否考慮的問題1 1 、題目明確了重力不計(jì)或不能忽略重力的情況、題目明確了重力不計(jì)或不能忽略重力的情況2 2 、題目未明確的情況下、題目未明確的情況下: :a) a)基本粒子基本粒子( (如電子、質(zhì)子、離子等如電子、質(zhì)子、離子等) )重力一般忽略重力一般忽略. .b)b)帶電顆粒帶電顆粒( (如液滴、塵埃、小球等如液滴、塵埃、小球等) )重力一般不能忽重力一般不能忽略略. . 例題例題1：如圖所示，水平放置的：如圖所示，水平放置的A、B兩平行板兩平行板

5、相距相距h，上板，上板A帶正電?，F(xiàn)有質(zhì)量為帶正電?，F(xiàn)有質(zhì)量為m，帶電量為，帶電量為+q的小球在的小球在B板下方距離為板下方距離為H處，以初速度處，以初速度V0豎直向上豎直向上從從B板小孔進(jìn)入板間電場，欲使小球剛好打到板小孔進(jìn)入板間電場，欲使小球剛好打到A板，板，A、B間電勢差間電勢差UAB應(yīng)為多少？應(yīng)為多少？hABV0H解：將動能定理用于運(yùn)動全過解：將動能定理用于運(yùn)動全過程，由程，由W=Ek得得 -mg(H+h)-qUAB=0- mV2012整理可得整理可得UAB=mV2-2g(H+h)2q例1、下列粒子從初速度為零的狀態(tài)經(jīng)加速電壓為U的電場后，哪種粒子速度最大 （ ）A、質(zhì)子 B、氘核 C、

6、氦核 D、鈉離子A哪種粒子動能最大（哪種粒子動能最大（ ）CBCD練習(xí)：如圖練習(xí)：如圖 從從F F處釋放一個無初速度電子向處釋放一個無初速度電子向B B板方板方向運(yùn)動向運(yùn)動, ,指出下列對電子運(yùn)動描述中指出下列對電子運(yùn)動描述中, ,正確的是正確的是( (設(shè)電源設(shè)電源電動勢均為電動勢均為U) ( U) ( ) )FADCBA.A.電子到達(dá)電子到達(dá)B B板時(shí)的動能是板時(shí)的動能是UeUeB.B.電子從電子從B B板到達(dá)板到達(dá)C C板時(shí)動能的變板時(shí)動能的變化量為零化量為零 C.C.電子到達(dá)電子到達(dá)D D板時(shí)動能為板時(shí)動能為Ue Ue . .電子在板與板間作往返運(yùn)動電子在板與板間作往返運(yùn)動2帶電粒子在電

7、場中的偏轉(zhuǎn)帶電粒子在電場中的偏轉(zhuǎn)（不計(jì)重力，且初速度（不計(jì)重力，且初速度voE，則帶電粒子將在電場中做，則帶電粒子將在電場中做類平拋運(yùn)動類平拋運(yùn)動） 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，將做勻速直線運(yùn)動，在豎直方向上只受重力，做初速度為零的自由落體運(yùn)動。物體的實(shí)際運(yùn)動為這兩種運(yùn)動的合運(yùn)動?！舅伎寂c討論】若帶電粒子在電場中所受合力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？曲線運(yùn)動詳細(xì)分析講解例題2。vovv d+-2 2、 帶電粒子在電場中的偏轉(zhuǎn)帶電粒子在電場中的偏轉(zhuǎn) lv v0 0d-qv vv v0 0v vyl l/ /2 2解：粒子解：粒

8、子vo在電場中做類平拋運(yùn)動在電場中做類平拋運(yùn)動沿電場方向勻速運(yùn)動所以有：沿電場方向勻速運(yùn)動所以有： L=vot 電子射出電場時(shí)，電子射出電場時(shí)，在垂直于電場方向偏移的距離為：在垂直于電場方向偏移的距離為： y=at2/2 粒子在垂直于電場方向的加速度：粒子在垂直于電場方向的加速度： a=F/m=eE/m=eU/md 由由得：得： 代入數(shù)據(jù)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電子射出電場時(shí)沿電場方向的速度不變?nèi)詾殡娮由涑鲭妶鰰r(shí)沿電場方向的速度不變?nèi)詾関o，而垂直于，而垂直于電場方向的速度：電場方向的速度： 故電子離開電場時(shí)的偏

9、轉(zhuǎn)故電子離開電場時(shí)的偏轉(zhuǎn)角為：角為： 代入數(shù)據(jù)得：代入數(shù)據(jù)得： =6.82021vLmdeUy0vLmdeUatv200tanmdveULvv2021vLmdeUy200tanmdveULvv【討論】【討論】例例1、帶電粒子經(jīng)加速電場加速后垂帶電粒子經(jīng)加速電場加速后垂直進(jìn)入兩平行金屬板間的偏轉(zhuǎn)電場，直進(jìn)入兩平行金屬板間的偏轉(zhuǎn)電場，要使它離開偏轉(zhuǎn)電場時(shí)偏轉(zhuǎn)角增大，要使它離開偏轉(zhuǎn)電場時(shí)偏轉(zhuǎn)角增大，可采用的辦法有：（可采用的辦法有：（ ）A、增加帶電粒子的電量、增加帶電粒子的電量B、降低加速電壓；、降低加速電壓；C、提高偏轉(zhuǎn)電壓；、提高偏轉(zhuǎn)電壓；D、減小兩平行板間的距離。、減小兩平行板間的距離。BC

10、DACD練習(xí)一：練習(xí)一：質(zhì)子和質(zhì)子和粒子由靜止經(jīng)相同加速電場加粒子由靜止經(jīng)相同加速電場加速后，又垂直進(jìn)入同一勻強(qiáng)電場，出電速后，又垂直進(jìn)入同一勻強(qiáng)電場，出電場時(shí)，它們橫向位移量之比和在偏轉(zhuǎn)電場時(shí)，它們橫向位移量之比和在偏轉(zhuǎn)電場中經(jīng)過時(shí)間之比分別為（場中經(jīng)過時(shí)間之比分別為（ ）A.2:1和和 ：1 B.1：1和和 1： C.1：2和和2：1 D.1：4和和1：2 2 2BV0P-+ABC 練習(xí)二：如圖所示，有三個質(zhì)量相等分別帶正練習(xí)二：如圖所示，有三個質(zhì)量相等分別帶正電、負(fù)電和不帶電的小球，從平行板電場中的電、負(fù)電和不帶電的小球，從平行板電場中的P點(diǎn)以點(diǎn)以相同的初速度垂直于相同的初速度垂直于E進(jìn)

11、入電場，它們分別落到進(jìn)入電場，它們分別落到A、B、C三點(diǎn)，則可判斷（三點(diǎn)，則可判斷（ ）A.三個小球在電場中運(yùn)動加速度關(guān)三個小球在電場中運(yùn)動加速度關(guān)系是系是aAaBaCD.落到落到A點(diǎn)的小球帶正電，落到點(diǎn)的小球帶正電，落到B點(diǎn)點(diǎn)的小球不帶電的小球不帶電C.三個小球在電場中運(yùn)動時(shí)間相等三個小球在電場中運(yùn)動時(shí)間相等B.三個小球到達(dá)正極時(shí)的動能關(guān)系是三個小球到達(dá)正極時(shí)的動能關(guān)系是EKA EKB EKCD3示波管的原理示波管的原理 （1）示波器：用來觀察電信號隨時(shí)間變化的電）示波器：用來觀察電信號隨時(shí)間變化的電子儀器。其核心部分是示波管子儀器。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

12、和熒）示波管的構(gòu)造：由電子槍、偏轉(zhuǎn)電極和熒光屏組成（如圖）。光屏組成（如圖）。 （3）原理：利用了帶電粒子在電場中偏轉(zhuǎn)的規(guī)）原理：利用了帶電粒子在電場中偏轉(zhuǎn)的規(guī)律，靈敏、直觀地顯示出電信號隨時(shí)間變化的律，靈敏、直觀地顯示出電信號隨時(shí)間變化的圖線。圖線。小結(jié)：小結(jié)： 1 1、研究帶電粒子在電場中運(yùn)動的兩條主要線索研究帶電粒子在電場中運(yùn)動的兩條主要線索（1）力和運(yùn)動的關(guān)系）力和運(yùn)動的關(guān)系牛頓第二定律牛頓第二定律（2）功和能的關(guān)系）功和能的關(guān)系動能定理動能定理 2 2、研究帶電粒子在電場中運(yùn)動的兩類重要的思維技巧研究帶電粒子在電場中運(yùn)動的兩類重要的思維技巧（1）類比與等效）類比與等效電場力和重力都是

13、恒力，在電場力作用下的運(yùn)動可與重力作用下的電場力和重力都是恒力，在電場力作用下的運(yùn)動可與重力作用下的運(yùn)動類比運(yùn)動類比 （2）整體法）整體法(全過程法全過程法)電場力的功與重力的功一樣，都只與始末位置有關(guān)，與路徑無電場力的功與重力的功一樣，都只與始末位置有關(guān)，與路徑無關(guān)它們分別引起電荷電勢能的變化和重力勢能的變化，從電荷關(guān)它們分別引起電荷電勢能的變化和重力勢能的變化，從電荷運(yùn)動的全過程中功能關(guān)系出發(fā)運(yùn)動的全過程中功能關(guān)系出發(fā)( (尤其從靜止出發(fā)末速度為零的問尤其從靜止出發(fā)末速度為零的問題題) )往往能迅速找到解題入口或簡化計(jì)算往往能迅速找到解題入口或簡化計(jì)算dl/2yv v0 0-qv vv v

14、0 0v v+-lYXU教學(xué)目標(biāo)教學(xué)目標(biāo) 完成了嗎完成了嗎1了解帶電粒子在電場中的運(yùn)動了解帶電粒子在電場中的運(yùn)動只受電只受電場力，帶電粒子做勻變速運(yùn)動。場力，帶電粒子做勻變速運(yùn)動。2重點(diǎn)掌握初速度與場強(qiáng)方向垂直的帶電粒重點(diǎn)掌握初速度與場強(qiáng)方向垂直的帶電粒子在電場中的運(yùn)動子在電場中的運(yùn)動(類平拋運(yùn)動類平拋運(yùn)動)。3知道示波管的主要構(gòu)造和工作原理。知道示波管的主要構(gòu)造和工作原理。例題例題2:一個電子以初速一個電子以初速V0=3.0106m/s沿著沿著垂直于場強(qiáng)方向射入兩帶電平行金屬板，金垂直于場強(qiáng)方向射入兩帶電平行金屬板，金屬板長屬板長L=6.010-2m，兩板之間可以看成是，兩板之間可以看成是勻

15、強(qiáng)電場，場強(qiáng)大小為勻強(qiáng)電場，場強(qiáng)大小為E=2103N/C，電子，電子的電量的電量e=1.610-19C，質(zhì)量，質(zhì)量m=9.1 10-31kg ，求，求:（1）電子射離電場時(shí)的速度；）電子射離電場時(shí)的速度；（2）出射點(diǎn)與入射點(diǎn)沿場強(qiáng)方向的側(cè)移距）出射點(diǎn)與入射點(diǎn)沿場強(qiáng)方向的側(cè)移距離。離。解析解析法一：電子射入電場以后，受恒定的電場力法一：電子射入電場以后，受恒定的電場力作用，由于作用，由于V0F電，電，電子做類平拋運(yùn)動。將電子做類平拋運(yùn)動。將電子的運(yùn)動看成是沿電子的運(yùn)動看成是沿X軸方向、速度為軸方向、速度為V0的的勻速直線運(yùn)動和沿電場力勻速直線運(yùn)動和沿電場力y方向、初速度為方向、初速度為零的勻加速

16、直線運(yùn)動的合成。零的勻加速直線運(yùn)動的合成。yV0XO如圖所示如圖所示: 從電子射入電場到飛出電場，兩個方向從電子射入電場到飛出電場，兩個方向的位移和加速度為的位移和加速度為L=V0ty= at212a=eEm電子飛離電場時(shí)的速度為電子飛離電場時(shí)的速度為Vx=V0Vy=atVt=V2+(at)20代入數(shù)據(jù)代入數(shù)據(jù)y=7.010-2(m)代入數(shù)據(jù)代入數(shù)據(jù) Vt=7.62 106(m/s)tan=VyV0代入數(shù)據(jù)代入數(shù)據(jù)tan=2.33=arctg2.33 法二：法二：由由F=eE=ma 求出求出a， 由由L= V0t 求出求出t， 總結(jié)總結(jié)本題為典型的帶電粒子在電場中的偏轉(zhuǎn)問題，本題為典型的帶電粒

17、子在電場中的偏轉(zhuǎn)問題，一般的處理方法是應(yīng)用運(yùn)動合成的方法，它是運(yùn)一般的處理方法是應(yīng)用運(yùn)動合成的方法，它是運(yùn)動學(xué)知識在電場中的運(yùn)用，運(yùn)用動能定理解題，動學(xué)知識在電場中的運(yùn)用，運(yùn)用動能定理解題，可以簡化解題過程。可以簡化解題過程。12y= at2然后根據(jù)然后根據(jù) 求出y=7.010-2(m)，eEy= mV2- mV2tO1212再由動能定理再由動能定理：求出Vt=7.62 106(m/s)BA+_P 例例3：如圖所示，一束帶電粒子（不計(jì)重：如圖所示，一束帶電粒子（不計(jì)重力），垂直電場線方向進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場，試討論在力），垂直電場線方向進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場，試討論在以下情況中，粒子應(yīng)具備什么條件，才能得到相以

18、下情況中，粒子應(yīng)具備什么條件，才能得到相同的偏轉(zhuǎn)距離同的偏轉(zhuǎn)距離y和偏轉(zhuǎn)角和偏轉(zhuǎn)角，（，（U、d、L保持不變）保持不變）（1）進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場的速度相同；）進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場的速度相同；（2）進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場的動能相同；）進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場的動能相同；（3）進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場的動量相同；）進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場的動量相同；（4）先由同一加速電場加速后，）先由同一加速電場加速后，再進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場。再進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場。LdUV0yLdUV0y帶電粒子在電場力作用下做帶電粒子在電場力作用下做類平拋運(yùn)動類平拋運(yùn)動根據(jù)根據(jù)Y= at212=UqL22mdV20tg =VyVx=UqLmdV20(1)因?yàn)橐驗(yàn)閂0相同，當(dāng)相同，當(dāng)q/m相同，相同，

19、y、tg 也相同也相同（2)因?yàn)橐驗(yàn)?相同，當(dāng)相同，當(dāng)q相同，則相同，則y、 也相同也相同mV2012tg（3)因?yàn)橐驗(yàn)閙V0相同，當(dāng)相同，當(dāng)m、q相同，或相同，或q/V0相同，相同，tg則則y、 也相同也相同(4)設(shè)加速電場的電壓為設(shè)加速電場的電壓為U,由由q U= mV2012可得可得y=UL24d Utg=UL2d U可見，在（可見，在（4）的條件下，）的條件下，y、與與m、q無關(guān)，因無關(guān)，因此偏轉(zhuǎn)距離此偏轉(zhuǎn)距離y和偏轉(zhuǎn)角和偏轉(zhuǎn)角都是相同的。都是相同的。LdUV0yY= at212=UqL22mdV20tg =VyVx=UqLmdV20二、帶電粒子在電場中的偏轉(zhuǎn)、帶電粒子在電場中的偏轉(zhuǎn)當(dāng)

20、帶電粒子以初速度、當(dāng)帶電粒子以初速度、V V0 0垂直進(jìn)入勻強(qiáng)電場時(shí)垂直進(jìn)入勻強(qiáng)電場時(shí): :1 1 、受力及運(yùn)動狀態(tài)、受力及運(yùn)動狀態(tài)僅受電場力且與僅受電場力且與V V0 0垂直垂直, ,故作類平拋運(yùn)動故作類平拋運(yùn)動. .2 2 、處理方法、處理方法: :類比平拋運(yùn)動類比平拋運(yùn)動3 3 、基本公式、基本公式: :因?yàn)槌跛俣葹橐驗(yàn)槌跛俣葹?,AB間為勻強(qiáng)電場間為勻強(qiáng)電場,粒子在粒子在AB間做勻加速直線運(yùn)動間做勻加速直線運(yùn)動- - - - 練習(xí)練習(xí):如圖所示如圖所示AB、CD為平行金屬板為平行金屬板,A A、B B兩板間電勢差兩板間電勢差為為500V,C、D始終和電源相接始終和電源相接,測的其間的場

21、強(qiáng)為測的其間的場強(qiáng)為104V/m,一質(zhì)量為一質(zhì)量為2.510-24,電荷量為電荷量為810-16C的帶電粒子的帶電粒子(重力重力不計(jì)不計(jì))由靜止開始由靜止開始,經(jīng)經(jīng)A、B加速后穿過加速后穿過CD發(fā)生偏轉(zhuǎn)發(fā)生偏轉(zhuǎn),最后打最后打在熒光屏上在熒光屏上,已知已知C、D極板長均為極板長均為4cm,熒光屏距熒光屏距CD右端右端的距離為的距離為3cm,問問: (1) 粒子帶正電還是帶負(fù)電粒子帶正電還是帶負(fù)電?+ + + + DABSLOC分析分析:(2) 在豎直電場中因?yàn)橛兴匠踉谪Q直電場中因?yàn)橛兴匠跛俣人俣?粒子做類平拋運(yùn)動粒子做類平拋運(yùn)動(3) 出電場后出電場后,因?yàn)楹贤饬橐驗(yàn)楹贤饬?粒粒子做勻速

22、直線運(yùn)動子做勻速直線運(yùn)動.(1) 粒子帶正電粒子帶正電(2) (2) 粒子打在熒光屏上距粒子打在熒光屏上距O O點(diǎn)下方多遠(yuǎn)處點(diǎn)下方多遠(yuǎn)處? ?- - - - + + + + DABSLOC解答解答:出出ABAB電場時(shí)速度電場時(shí)速度mqUV2水平方向水平方向: :VVx svtx豎直方向豎直方向: :atVy 221aty 其中其中mqEa vst 由此得到由此得到UEsVxVy2tanUEsy42UEsLsyy2)2(tan1代入數(shù)據(jù)可得代入數(shù)據(jù)可得my21021(3)粒子打在熒光屏上時(shí)的動能為多大粒子打在熒光屏上時(shí)的動能為多大?- - - - + + + + DABSLOC由剛剛的推導(dǎo)知道由剛剛的推導(dǎo)知道: :mUqEsvy2所以粒子打在熒光屏上動能所以粒子打在熒光屏上動能: :222121yxmvmvEUSqEqU222USEUq4)4(222代入數(shù)據(jù)可得代入數(shù)據(jù)可得JE131064. 4帶電粒子在各類電場中運(yùn)動性質(zhì)取決于帶電粒子在各類電場中運(yùn)動性質(zhì)取決于:(1) (1) 受力情況受力情況(2) (2) 初始狀態(tài)初始狀態(tài)再由運(yùn)動的有關(guān)規(guī)律或動量再由運(yùn)動的有關(guān)規(guī)律或動量, ,能量的有關(guān)規(guī)律來求解能量的有關(guān)規(guī)律來求解V