高中物理带电粒子在电场中的运动

1、整理ppt,1,复习： 1。基本规律和定律： 1） 匀变速运动规律匀变速直线运动的所有公式； 2）牛顿运动定律牛顿三大定律； 3）曲线运动的处理方法运动的合成和分解； 4）动能定理； 5）能量守恒定律;,整理ppt,2,第八节 带电粒子 在电场中的运动,整理ppt,3,一、带电粒子在电场中的加速,+,-,例题：在加上电压U并处于真空中的金属板间有一正电荷q，质量为m，只在电场力作用下从静止释放，电荷将做什么运动？ 求电荷到达负极板时的速度？,A,B,+,+,+,+,-,-,-,-,U,+,+,+,+,+,+,+,+,+,-,+,+,+,+,-,-,+,+,+,+,-,-,-,+,+,+,+,-

2、,-,-,-,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,-,+,+,+,+,-,-,+,+,+,+,-,-,-,+,+,+,+,d,整理ppt,4,1。运用运动学和动力学方法求解，设板间 距为d,因电场力为恒力，所以有,2。运用能量观点求解,注：该方法不仅适用于匀强电场也适用于非匀强电场。,整理ppt,5,例题1：实验表明，炽热的金属丝可以发射电子。在炽热金属丝和金属板间加以电压U=2500V，从炽热金属丝发射出的电子在真空中被加速后，从金属板的小孔穿出。电子射出后的速度有多大？设电子刚从金属丝射出时的速度为零。,- U +,金属丝 金属板,V,E,电子的质量为0.9110-30 k

3、g，电子的电荷量e=1.610-19 C,整理ppt,6,解：金属丝和金属板间的电场虽然不是 匀强电场，但仍可用 可得 代入数据得：v=3.0107 m/s,整理ppt,7,如图一带电粒子以垂直匀强电场的场强方向以初速度v0射入电场，若不计粒子的重力，带电粒子将做什么运动？,d,+q,F,整理ppt,8,二、带电粒子在匀强电场中的偏转,+q,y,垂直电场方向：匀速直线运动,沿电场方向：初速为零的匀加速直线运动,L,F,Y,整理ppt,9,垂直电 场方向:,沿电场 方向:,ay=F/m=qE/m=qU/md,运动分析,Vt2=V02+Vy2,=?,做类似平抛运动,Vx=V0,X =V0t,整理p

4、pt,10,例题2： 如图所示一电子以初速度V0=3.0X107m/s沿垂直电场方向射入的电场，两极板的长度为L=6.0cm，相距d=2cm，极板间电压U=200V.求1）电子射出电场所用时间？,v0,-q,m,U,L,整理ppt,11,解： 1）电子在水平方向做匀速运动，由 L=v0t 可求得电子在电场中的运动时间t=L/v0，,整理ppt,12,例题2： 一电子水平射入如图所示的电场中，射入时的速度V0=3.0X107m/s.两极板的长度为L=6.0cm，相距d=2cm，极板间电压U=200V.求2）电子射出电场时沿垂直板面方向偏移的距离y。,-q,y,m,U,L,整理ppt,13,解：

5、1）电子在垂直电场方向做匀速运动，由 L=v0t 可求得电子在电场中的运动时间t=L/v0， 2）电子在沿电场方向做匀加速运动， 加速度a=F/m=qE/m=eU/md. 电子射出电场时竖直偏移的距离y=at2 /2， （其中t为电子在电场中运动时间）， 根据y=at2 /2中，得到 代入数值得y=0.36cm,整理ppt,14,例题2： 一电子水平射入如图所示的电场中，射入时的速度V0=3.0X107m/s.两极板的长度为L=6.0cm，相距d=2cm，极板间电压U=200V.求3)电子离开电场时偏转的角度。,v0,-q,y,m,U2,L,整理ppt,15,y,3）电子离开电场时沿电场方向的

6、分速度为Vy， 离开电场时的偏转角度为 角度为6.8度,Vy,V0,Vt,整理ppt,16,例题2： 一电子水平射入如图所示的电场中，射入时的速度V0=3.0X107m/s.两极板的长度为L=6.0cm，相距d=2cm，极板间电压U=200V.4)如何求电子离开电场时的速度？,y,Vy,Vt,V0,整理ppt,17,二。带电粒子(微粒)在电场中的偏转问题,处理电偏转问题的基本思路: 1.运动的合成与分解; 2.能量观点(动能定理）.,对于匀强电场则常用,整理ppt,18,例题： 在加上电压U并处于真空中的金属板间有一正电荷q，质量为m，只在电场力作用下从静止释放，电荷将做什么运动？,例题1：

7、实验表明，炽热的金属丝可以发射电子。在炽热金属丝和金属板间加以电压U=2500V，从炽热金属丝发射出的电子在真空中被加速后，从金属板的小孔穿出。电子射出后的速度有多大？,例题2： 如图所示一电子以初速度V0=3.0X107m/s沿垂直电场方向射入的电场，两极板的长度为L=6.0cm，相距d=2cm，极板间电压U=200V.求1）电子射出电场所用时间？,整理ppt,19,1、带电粒子：,（1）一般微观粒子（如电子、质子等），在电场中运动时重力远小于电场力，所以一般不计重力。但质量不可忽略。 （2）带电体（如液滴、尘埃、小球等），一般重力不能忽略。 一般情况下，带电粒子指微观粒子，但有时粒子的含义

8、不明确，需根据题目所给条件加以分析。 如重力与电场力大小相近时，重力不可忽略；若电场力远大于重力，可忽略；也可根据物体的运动性质来判断。,注意：,整理ppt,20,（1）匀强电场：如在带等量异种电荷的平行金属板之间的电场 （2）非匀强电场：如单个的正电荷形成的电场、单个的负电荷形成的电场、等量异种电荷形成的电场、等量同种电荷形成的电场、点电荷与带电平板所形成的电场等。,2、电场：,3 、分析受力时要多一项电场力，讨论功能问题时要正确计算电场力做功及电势能的变化。,整理ppt,21,直线加速器,粒子在每个加速电场中的运动时间相等，因为交变电压的变化周期相同,整理ppt,22,练习1：一个初速度为

9、零的电子，在场强为4.0103 V/m的匀强电场中被加速，求经过2.010-8 s后，电子的速度和动能。,解：电子在匀强电场中的加速度: a=F/m = eE/m 速度:v=at= eEt/m = 1.410-7 m/s 动能Ek= =8.910-17 J,整理ppt,23,练习2。一动能为1000eV的电子，沿着与电场垂直的方向进入匀强偏转电场，已知偏转电极长6.0cm，相距离1cm，偏转电压4.0V，求电子离开偏转电场时的偏转角度。,整理ppt,24,解：由偏转角度公式 及1eV=1.610-19J, 有 = =0.012, 得：=0.69,整理ppt,25,练习3。两块平行的金属板A、B

10、之间的电压是80V，一个电子以6.0106 m/s的速度从小孔C垂直A板进入电场，该电子能打在B板上吗？如果能打在B板上，它到达B板时的速度有多大？如果电源电压变为120V，情况又会怎样？,整理ppt,26,解: 电子射入电场时具有的初动能: Ek= = 1.610-17 J, 电子从A板到达B板需克服电场力做功: W=qU= 1.310-17J Ek W,可见电子能打在B板， 到达B板时的速度为v= 如果电源电压变为120V，则电子从A板到达B板需克服电场力做功： W=qU= 1.9 10-17 J， 这时EkW,电子不能打在B板。,整理ppt,27,三、带电粒子先加速后偏转在电子技术中的应

11、用示波管。,构造,电子枪,偏转电极,荧 光 屏,整理ppt,28,原理图,+,+,+,-,-,-,V0,L,P,Y,Y,整理ppt,29,1、如图所示，在真空室中有两个水平金属板，板间距为d，有一质量为m的带电液滴，电荷量为q，自上极板的上表面处由静止开始自由下落，当它运动到两极板间距离的中点时，给两极板加电压U，使电荷受到向上的力，当电压等于多大时，才能使小液滴在刚好接近下极板时开始向上运动？,课堂练习,m q,d,整理ppt,30,解析：方法一、液滴自由落体至两板间中点时速度大小由V2=2gh 得V=加上电压后所受合力 F=qU/d-mg液滴向上的加速度大小 a=F/m=qU/md-g 再经d/2的距离速度减为零，即V2=2a*d/2=(qU/md-g)d由解得 U=2mgd/q,整理ppt,31,方法二、对整个过程进行研究，初速、末速均为零，Ek=0 由动能定理有： mgd-qU/2=0 解得： U=2mgd/q,整理ppt,32,2、如图