专题19带电粒子在电场中的运动（课件）

1、中物理第一章第一章 静电场静电场人教版人教版 物理物理（高中）（高中）第九节第九节 带电粒子在电场中的运动带电粒子在电场中的运动 学易同步精品课堂学易同步精品课堂）注意：某些带电体是否考虑重力，要根据题目暗示或运动状态来判定电场中的带电粒子一般可分为两类：电场中的带电粒子一般可分为两类：1.带电的基本粒子：如电子，质子，带电的基本粒子：如电子，质子，粒子，正负离子等。这粒子，正负离子等。这些粒子所受重力和电场力相比小得多，除非有说明或明确的些粒子所受重力和电场力相比小得多，除非有说明或明确的暗示以外，一般都不考虑重力。（但并不能忽略质量）暗示以外，一般都不考虑重力。（但并不能忽略质量）2.2.

2、带电微粒：如带电小球、液滴、尘埃等。除非有带电微粒：如带电小球、液滴、尘埃等。除非有说明或明确的暗示以外，一般都考虑重力。说明或明确的暗示以外，一般都考虑重力。知识点总结U+q m+_=?F一：带电粒子的加速运动一：带电粒子的加速运动【情景情景】一个质量为一个质量为m、带正电荷带正电荷q的粒子，在的粒子，在静电力的作用下由静止静电力的作用下由静止开始从正极板向负极板开始从正极板向负极板运动。运动。试计算粒子试计算粒子到达负极板到达负极板时的速度？时的速度？课堂活动方法一：动力学观点：方法一：动力学观点： 主要利用牛顿运动定律和匀变速直线运动的规律主要利用牛顿运动定律和匀变速直线运动的规律qUm

3、+_带电粒子的加速带电粒子的加速 d由得mdqUmEqmFaadv22mqUv2221mvqU由由得：得：mqUv2方法二：能量观点方法二：能量观点 利用动能定理利用动能定理【规律总结规律总结】对比两种方法对比两种方法1.1.利用牛顿第二定律和匀变速直线运动规律，利用牛顿第二定律和匀变速直线运动规律，仅仅适用于匀强电场中适用于匀强电场中，物体做匀变速直线运动，即物体做匀变速直线运动，即物体必须沿着电场线进入匀强电场。物体必须沿着电场线进入匀强电场。2.2.利用动能定理，利用动能定理，不仅适用于匀强电场，也适用不仅适用于匀强电场，也适用于非匀强电场，于非匀强电场，因为公式因为公式W=qU适用于任

4、何电场。适用于任何电场。例题例题1 炽热的金属丝可以发射电子。在金属丝和金属板之间加以电炽热的金属丝可以发射电子。在金属丝和金属板之间加以电压压U=2500V，发射出的电子在真空中加速后，从金属板的小孔穿出，发射出的电子在真空中加速后，从金属板的小孔穿出。电子穿出时的速度有多大？设电子刚离开金属丝时的速度为零。电子穿出时的速度有多大？设电子刚离开金属丝时的速度为零。解：解：由动能定理由动能定理221mveU meUv2代入数据得：代入数据得：m/s7100 . 3v例题例题2 如图所示，在点电荷如图所示，在点电荷+Q 的电场中有的电场中有A、B两点，将质子和两点，将质子和 粒子分别从粒子分别从

5、A点释放，到达点释放，到达B点时，求它们的速度大小之比？点时，求它们的速度大小之比？+AB解：解：质子质子 粒子粒子 H11He42对质子：对质子：U211121vmUq对对 粒子：粒子：222221vmUq21vv1221mqmq142112e=1.610-19Cm=0.910-30kg【典例【典例3】.如图所示，在如图所示，在A板附近有一电子由静止开始向板附近有一电子由静止开始向B板运动，则关于电板运动，则关于电子到达子到达B板时的速率，下列解释正确的是板时的速率，下列解释正确的是()A两板间距越大，运动时间就越长，两板间距越大，运动时间就越长，则获得的速率越大则获得的速率越大B两板间距越

6、小，加速度就越大，两板间距越小，加速度就越大，则获得的速率越大则获得的速率越大C与两板间的距离无关，仅与加速电压与两板间的距离无关，仅与加速电压U有关有关D以上解释都不正确以上解释都不正确Ctvd2adv22mdqUa 221mvqU + + + + + + + + + - - - - - - - - - v0+q.md lF+二：带电粒子的偏转规律二：带电粒子的偏转规律课堂活动问题：问题：不计带电微粒重力，不计带电微粒重力，你能画出带电微你能画出带电微粒的运动轨迹吗？粒的运动轨迹吗？1.1.运动状态分析：运动状态分析： 带电粒子以速度带电粒子以速度v0 0垂直于电场线方向飞垂直于电场线方向飞

7、入两带电平行板产生的匀强电场时，若只受入两带电平行板产生的匀强电场时，若只受电场力作用，则带电粒子做电场力作用，则带电粒子做匀变速曲线运动。匀变速曲线运动。2.2.偏转问题的分析处理方法：（类似平抛运动分析方法）偏转问题的分析处理方法：（类似平抛运动分析方法）（1 1）沿初速度方向是速度为）沿初速度方向是速度为v0 0的匀速直线运动；的匀速直线运动；（2 2）沿电场力方向是初速度为零的匀加速直线运动。）沿电场力方向是初速度为零的匀加速直线运动。FamqEmqUmd0ltv212yat2202qUlmv d类平抛运动与粒子比荷 成正比与粒子初速度v0的平方成反比与电场的属性U、l、d有关qm已知

8、已知平行金属板板间距离平行金属板板间距离d，板长为，板长为l，板，板间电压间电压U，带电粒子带电粒子q、m以初速度以初速度v0垂直垂直电场线进入匀强电场，求带电粒子离开极电场线进入匀强电场，求带电粒子离开极板时在垂直板面方向偏移的距离板时在垂直板面方向偏移的距离y和速度和速度v。atvy0mdvqUl220yvvvv与入射方向的夹角为200tanmdvqUlvvy dmvqUly2022dmvqUl20tantanyx dmvqUldmvqUl2020222lx自主训练自主训练U1+_电场中加速电场中偏转+_U2三：带电粒子先加速再偏转的运动规律三：带电粒子先加速再偏转的运动规律2课堂活动v0

9、U0d Ul例题例题4 有一质量为有一质量为m 带电荷带电荷+q 的粒子经电压的粒子经电压U0加速后，进入两加速后，进入两块间距为块间距为d，长度为，长度为l 的平行金属板，板间电压为的平行金属板，板间电压为U，求电荷的，求电荷的偏移量偏移量y和和偏转角偏转角 。v0U0ld U解：解：设电荷进入偏转电场时速度大小为设电荷进入偏转电场时速度大小为V0 ，则，则20021mvqU 电荷在偏转电场中加速度为电荷在偏转电场中加速度为amFa mqEmdqU电荷在偏转电场中运动时间为电荷在偏转电场中运动时间为ttvl0偏移量：偏移量：221aty dmvqUly2022dqUqUl024dUUl024

10、xyvvtandmvqUl20dUUl02注注: 不同的带电粒子被同一电场加速后进入偏转电场不同的带电粒子被同一电场加速后进入偏转电场, 运动情运动情景一样！景一样！ 如图所示，有一电子如图所示，有一电子( (电量为电量为e e、质量为、质量为m)m)经电压经电压U U0 0加速加速后，沿平行金属板后，沿平行金属板A A、B B中心线进入两板，中心线进入两板，A A、B B板间距为板间距为d d、长度为长度为l1 1， A A、B B板间电压为板间电压为U U，屏，屏CDCD足够大，距离足够大，距离A A、B B板右边缘板右边缘l2 2，ABAB板的中心线过屏板的中心线过屏CDCD的中心且与屏

11、的中心且与屏CDCD垂直。垂直。试求电子束打在屏上的位置到屏中心间的距离。试求电子束打在屏上的位置到屏中心间的距离。 自主训练自主训练电子离开电场，就好象从中点沿直线离开的：电子离开电场，就好象从中点沿直线离开的：tan)2(21llydUUlll01212)2( y对加速过程由动能定理：对加速过程由动能定理：20021mveU 0202eUmvdUUl012tan分析与解答分析与解答示波器是一种用来观察电信号随时间变化的电子仪器。示波器是一种用来观察电信号随时间变化的电子仪器。核心部件：核心部件：由电子枪、偏转电极和荧光屏组成，管内抽成真空。由电子枪、偏转电极和荧光屏组成，管内抽成真空。示波

12、管示波管电子枪部分：电子枪部分：偏转电极部分：偏转电极部分：荧光屏部分：荧光屏部分：发射出电子发射出电子使电子沿两方向偏转使电子沿两方向偏转电子使电子使荧光物质荧光物质受激而发光受激而发光四、示波器的原理四、示波器的原理YYXX-+-+-若金属平行板水平放若金属平行板水平放置置,电子将在竖直方向电子将在竖直方向发生偏转发生偏转若金属平行板竖直放若金属平行板竖直放置置,电子将在水平方向电子将在水平方向发生偏转发生偏转偏转电极的不同放置方式偏转电极的不同放置方式每一个电子每个电子在电场中运动时间很短不同时刻进入电场的电子可认为在电压不变的匀强电场中偏转偏转电压不同.若只在YY 间加持续变化的信号电

13、压呢?屏上亮斑位置不同.YYX YY随信号电压同步变化，但由于视觉暂留和荧光物质的残光特性，只能看到一条竖直的亮线。X示波器图像如果在如果在XXXX之间不加电压之间不加电压, ,而在而在YYYY之间所加的电之间所加的电压按图所示的规律随时间变化，在荧光屏上会看压按图所示的规律随时间变化，在荧光屏上会看到什么图形？到什么图形？UytO1t2t如果如果 之间的电压如图所示，而在电极之间的电压如图所示，而在电极 之间加不变的之间加不变的电压，在荧光屏上会看到什么图形？试着画出来。电压，在荧光屏上会看到什么图形？试着画出来。YY XX OtUxXXYYUXt扫描电压示波器图像YYXX打在屏上的电子的位

14、置如何移动？打在屏上的电子的位置如何移动？如果在YY之间加如图所示的交变电压，同时在XX之间加锯齿形扫描电压，在荧光屏上会看到什么图形？XYOA B CD E FA B CD E FABOCt1DEFt2UyUx如果信号电压是周期性的，并且扫描电压与信号如果信号电压是周期性的，并且扫描电压与信号电压的周期相同，就可以在荧光屏上得到待测信电压的周期相同，就可以在荧光屏上得到待测信号在一个周期内随时间变化的稳定图像。号在一个周期内随时间变化的稳定图像。XYYXUXt示波器图像O如图所示的示波管，如果在如图所示的示波管，如果在YYYY之间加如图所之间加如图所示的示的交变电压交变电压，同时在，同时在XXXX之间加如图所示的之间加如图所示的锯锯齿形电压齿形电压，使，使X X的电势比的电势比XX高，在荧光屏上会看高，在荧光屏上会看到什么图形？到什么图形？UxtOt1t2XYO0tt0tt1 1t t1 1tttt2 2自主训练自主训练带电粒子在匀强电场中运动状态：带电粒子在匀强电场中运动状态：匀变速直线运动加速、减速匀变速曲线运动偏转平衡（F合=0