带电粒子在电场中的运动高中物理新课标版人教版选修ppt课件

1、第一章第九节教学目的教学目的 知识与才干：知识与才干：1了解带电粒子在电场中的运动了解带电粒子在电场中的运动只受电只受电场力，带电粒子做匀变速运动。场力，带电粒子做匀变速运动。2重点掌握重点掌握初速度与场强方向垂直的带电粒子在电场中的初速度与场强方向垂直的带电粒子在电场中的运动运动(类平抛运动类平抛运动)。3知道示波管的主要构知道示波管的主要构造和任务原理。造和任务原理。4浸透物理学方法的教育：浸透物理学方法的教育：运用理想化方法，突出主要要素，忽略次要要运用理想化方法，突出主要要素，忽略次要要素，不计粒子重力。素，不计粒子重力。5培育综合分析问题的才干，领会物理知识培育综合分析问题的才干，领

2、会物理知识的实践运用。的实践运用。教学重点教学重点: 带电粒子在电场中的加速和偏转规带电粒子在电场中的加速和偏转规律律 教学难点教学难点: 带电粒子在电场中的偏转问题及运带电粒子在电场中的偏转问题及运用。用。1带电粒子在电场中的运动情况带电粒子在电场中的运动情况平衡、加速和减速平衡、加速和减速 假设带电粒子在电场中所受合力为零时，即F0时，粒子将坚持静止形状或匀速直线运动形状。例 ：带电粒子在电场中处于静止形状，该粒子带正电还是负电?+ + + + + + +- - - - - - -Eqmg分析：带电粒子处于静止形状，F0，Eq=mg，由于所受重力竖直向下，所以所受电场力必为竖直向上。又由于

3、场强方向竖直向下，所以带电体带负电。1带电粒子在电场中的运动情况带电粒子在电场中的运动情况平衡、加速和减速平衡、加速和减速 假设带电粒子在电场中所受合力为零时，即F0时，粒子将坚持静止形状或匀速直线运动形状。 假设F0只受电场力且与初速度方向在同不断线上，带电粒子将做加速或减速直线运动。(变速直线运动)打入正电荷(如图),将做匀加速直线运动。设电荷所带的电量为q,板间场强为E,电势差为U,板距为d,电荷到达另一极板的速度为v,那么：电场力所做的功为W=EqL=Uq粒子到达另一极板的动能为Ek=mv2/2由动能定理有Uq=mv2/2 (或 EqL=mv2/2对恒力) 假设初速为v0，那么上列各式

4、又应怎样样？假设打入的是负电荷(初速为v0),将做匀减速直线运动,其运动情况能够如何,请同窗们讨论。+ + + + + +l l l l l lvo1带电粒子在电场中的运动情况带电粒子在电场中的运动情况平衡、加速和减速平衡、加速和减速 假设带电粒子在电场中所受合力为零时，即F0时，粒子将坚持静止形状或匀速直线运动形状。 假设F0只受电场力且与初速度方向在同不断线上，带电粒子将做加速或减速直线运动。(变速直线运动)关于重力能否思索的问题关于重力能否思索的问题1 1 、标题明确了重力不计或不能忽略重力的情况、标题明确了重力不计或不能忽略重力的情况2 2 、标题未明确的情况下、标题未明确的情况下:

5、:a) a)根本粒子根本粒子( (如电子、质子、离子等如电子、质子、离子等) )重力普通忽略重力普通忽略. .b)b)带电颗粒带电颗粒( (如液滴、尘埃、小球等如液滴、尘埃、小球等) )重力普通不能忽重力普通不能忽略略. . 例题例题1：如下图，程度放置的：如下图，程度放置的A、B两平行两平行板相距板相距h，上板，上板A带正电。现有质量为带正电。现有质量为m，带，带电量为电量为+q的小球在的小球在B板下方间隔为板下方间隔为H处，以初处，以初速度速度V0竖直向上从竖直向上从B板小孔进入板间电场，欲板小孔进入板间电场，欲使小球刚好打到使小球刚好打到A板，板，A、B间电势差间电势差UAB应应为多少？

6、为多少？hABV0H解：将动能定理用于运动全过解：将动能定理用于运动全过程，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、以下粒子从初速度为零的形状经加速电压为U的电场后，哪种粒子速度最大 A、质子 B、氘核 C、氦核 D、钠离子A哪种粒子动能最大哪种粒子动能最大 CBCD练习：如图练习：如图 从从F F处释放一个无初速度电子向处释放一个无初速度电子向B B板方板方向运动向运动, ,指出以下对电子运动描画中指出以下对电子运动描画中, ,正确的选项是正确的选项是( (设设电源电动势均为电源电动势均为U) ( U) (

7、) )FADCBA.A.电子到达电子到达B B板时的动能是板时的动能是UeUeB.B.电子从电子从B B板到达板到达C C板时动能的变板时动能的变化量为零化量为零 C.C.电子到达电子到达D D板时动能为板时动能为Ue Ue . .电子在板与板间作往返运动电子在板与板间作往返运动2带电粒子在电场中的偏转带电粒子在电场中的偏转不计重力，且初速度不计重力，且初速度voE，那，那么带电粒子将在电场中做类平抛运么带电粒子将在电场中做类平抛运动动 物体在只受重力的作用下，被程度抛出，在程度方向上不受力，将做匀速直线运动，在竖直方向上只受重力，做初速度为零的自在落体运动。物体的实践运动为这两种运动的合运动

8、。【思索与讨论】假设带电粒子在电场中所受合力F0，且与初速度方向有夹角(不等于0，180)，那么带电粒子将做什么运动？曲线运动详细分析讲解例题2。vovv d+-2 2、 带电粒子在电场中的偏转带电粒子在电场中的偏转 lv0v0d-qv vv0v0v vyl/2l/2解：粒子解：粒子vo在电场中做类平抛运动在电场中做类平抛运动沿电场方向匀速运动所以有：沿电场方向匀速运动所以有： L=vot 电子射出电场时，电子射出电场时，在垂直于电场方向偏移的间隔为：在垂直于电场方向偏移的间隔为： y=at2/2 粒子在垂直于电场方向的加速度：粒子在垂直于电场方向的加速度： a=F/m=eE/m=eU/md

9、由得：由得： 代入数据得：代入数据得： y=0.36m即电子射出时沿垂直于板面方向偏离即电子射出时沿垂直于板面方向偏离0.36m电子射出电场时沿电场方向的速度不变仍为电子射出电场时沿电场方向的速度不变仍为vo，而垂直于，而垂直于电场方向的速度：电场方向的速度： 故电子分开电场时的偏转故电子分开电场时的偏转角为：角为： 代入数据得：代入数据得： =6.82021vLmdeUy0vLmdeUatv200tanmdveULvv2021vLmdeUy200tanmdveULvv【讨论】【讨论】例例1、带电粒子经加速电场加速后垂、带电粒子经加速电场加速后垂直进入两平行金属板间的偏转电场，直进入两平行金属

10、板间的偏转电场，要使它分开偏转电场时偏转角增大，要使它分开偏转电场时偏转角增大，可采用的方法有：可采用的方法有： A、添加带电粒子的电量、添加带电粒子的电量B、降低加速电压；、降低加速电压；C、提高偏转电压；、提高偏转电压；D、减小两平行板间的间隔。、减小两平行板间的间隔。BCDACD练习一：练习一：质子和质子和粒子由静止经一样加速电场加粒子由静止经一样加速电场加速后，又垂直进入同一匀强电场，出电速后，又垂直进入同一匀强电场，出电场时，它们横向位移量之比和在偏转电场时，它们横向位移量之比和在偏转电场中经过时间之比分别为场中经过时间之比分别为 A.2:1和和 ：1 B.1：1和和 1： C.1：

11、2和和2：1 D.1：4和和1：2 2 2BV0P-+ABC 练习二：如下图，有三个质量相等分别带练习二：如下图，有三个质量相等分别带正电、负电和不带电的小球，从平行板电场中正电、负电和不带电的小球，从平行板电场中的的P点以一样的初速度垂直于点以一样的初速度垂直于E进入电场，它们进入电场，它们分别落到分别落到A、B、C三点，那么可判别三点，那么可判别 A.三个小球在电场中运动加速度关三个小球在电场中运动加速度关系是系是aAaBaCD.落到落到A点的小球带正电，落到点的小球带正电，落到B点点的小球不带电的小球不带电C.三个小球在电场中运动时间相等三个小球在电场中运动时间相等B.三个小球到达正极时

12、的动能关系是三个小球到达正极时的动能关系是EKA EKB EKCD3示波管的原理示波管的原理 1示波器：用来察看电信号随时间变化的电示波器：用来察看电信号随时间变化的电子仪器。其中心部分是示波管子仪器。其中心部分是示波管 2示波管的构造：由电子枪、偏转电极和荧示波管的构造：由电子枪、偏转电极和荧光屏组成如图。光屏组成如图。 3原理：利用了带电粒子在电场中偏转的规原理：利用了带电粒子在电场中偏转的规律，灵敏、直观地显示出电信号随时间变化的律，灵敏、直观地显示出电信号随时间变化的图线。图线。小结：小结： 1 1、研讨带电粒子在电场中运动的两条主要线索、研讨带电粒子在电场中运动的两条主要线索 1 1

13、力和运动的关系力和运动的关系牛顿第二定律牛顿第二定律 2 2功和能的关系功和能的关系动能定理动能定理 2 2、研讨带电粒子在电场中运动的两类重要的思想技巧、研讨带电粒子在电场中运动的两类重要的思想技巧 1 1类比与等效类比与等效 电场力和重力都是恒力，在电场力作用下的运动可与重电场力和重力都是恒力，在电场力作用下的运动可与重力作用下的运动类比力作用下的运动类比 2 2整体法整体法( (全过程法全过程法) ) 电场力的功与重力的功一样，都只与始末位置有关，与电场力的功与重力的功一样，都只与始末位置有关，与途径无关它们分别引起电荷电势能的变化和重力势能途径无关它们分别引起电荷电势能的变化和重力势能

14、的变化，从电荷运动的全过程中功能关系出发的变化，从电荷运动的全过程中功能关系出发( (尤其从尤其从静止出发末速度为零的问题静止出发末速度为零的问题) )往往能迅速找到解题入口往往能迅速找到解题入口或简化计算或简化计算dl/2yv0v0-qv vv0v0v v+-lYXU教学目的教学目的 完成了吗完成了吗1了解带电粒子在电场中的运动了解带电粒子在电场中的运动只受电只受电场力，带电粒子做匀变速运动。场力，带电粒子做匀变速运动。2重点掌握初速度与场强方向垂直的带电粒重点掌握初速度与场强方向垂直的带电粒子在电场中的运动子在电场中的运动(类平抛运动类平抛运动)。3知道示波管的主要构造和任务原理。知道示波

15、管的主要构造和任务原理。例题例题2:一个电子以初速一个电子以初速V0=3.0106m/s沿着沿着垂直于场强方向射入两带电平行金属板，金垂直于场强方向射入两带电平行金属板，金属板长属板长L=6.010-2m，两板之间可以看成是，两板之间可以看成是匀强电场，场强大小为匀强电场，场强大小为E=2103N/C，电子，电子的电量的电量e=1.610-19C，质量，质量m=9.1 10-31kg ，求，求:1电子射离电场时的速度；电子射离电场时的速度；2出射点与入射点沿场强方向的侧移间出射点与入射点沿场强方向的侧移间隔。隔。解析解析法一：电子射入电场以后，受恒定的电场力法一：电子射入电场以后，受恒定的电场

16、力作用，由于作用，由于V0F电，电子做类平抛运动。电，电子做类平抛运动。将电子的运动看成是沿将电子的运动看成是沿X轴方向、速度为轴方向、速度为V0的匀速直线运动和沿电场力的匀速直线运动和沿电场力y方向、初速度方向、初速度为零的匀加速直线运动的合成。为零的匀加速直线运动的合成。yV0XO如下图如下图: 从电子射入电场到飞出电场，两个方从电子射入电场到飞出电场，两个方向向的位移和加速度为的位移和加速度为L=V0ty= at212a=eEm电子飞离电场时的速度为电子飞离电场时的速度为Vx=V0Vy=atVt=V2+(at)20代入数据代入数据y=7.010-2(m)代入数据代入数据 Vt=7.62

17、106(m/s)tan=VyV0代入数据代入数据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， 总结总结此题为典型的带电粒子在电场中的偏转问题，此题为典型的带电粒子在电场中的偏转问题，普通的处置方法是运用运动合成的方法，它是运普通的处置方法是运用运动合成的方法，它是运动学知识在电场中的运用，运用动能定了解题，动学知识在电场中的运用，运用动能定了解题，可以简化解题过程。可以简化解题过程。12y= at2然后根据然后根据 求出y=7.010-2(m)，eEy= mV2- mV2tO1212再由动能定理：再由动能定理：求出Vt=7.

18、62 106(m/s)BA+_P 例例3：如下图，一束带电粒子不计重力，：如下图，一束带电粒子不计重力，垂直电场线方向进入偏转电场，试讨论在以下情垂直电场线方向进入偏转电场，试讨论在以下情况中，粒子应具备什么条件，才干得到一样的偏况中，粒子应具备什么条件，才干得到一样的偏转间隔转间隔y和偏转角和偏转角，U、d、L坚持不变坚持不变1进入偏转电场的速度一样；进入偏转电场的速度一样；2进入偏转电场的动能一样；进入偏转电场的动能一样；3进入偏转电场的动量一样；进入偏转电场的动量一样；4先由同一加速电场加速后，先由同一加速电场加速后，再进入偏转电场。再进入偏转电场。LdUV0yLdUV0y带电粒子在电场

19、力作用下做带电粒子在电场力作用下做类平抛运动类平抛运动根据根据Y= at212=UqL22mdV20tg =VyVx=UqLmdV20(1)由于由于V0一样，当一样，当q/m一样，一样，y、tg 也一样也一样2)由于由于 一样，当一样，当q一样，那么一样，那么y、 也一也一样样mV2012tg3)由于由于mV0一样，当一样，当m、q一样，或一样，或q/V0一样，一样，tg那么那么y、 也一样也一样(4)设加速电场的电压为设加速电场的电压为U,由由q U= mV2012可得可得y=UL24d Utg=UL2d U可见，在可见，在4的条件下，的条件下，y、与与m、q无关，因无关，因此偏转间隔此偏转

20、间隔y和偏转角和偏转角都是一样的。都是一样的。LdUV0yY= at212=UqL22mdV20tg =VyVx=UqLmdV20二、带电粒子在电场中的偏转当带电粒子以初速度、当带电粒子以初速度、V0V0垂直进入匀强电场时垂直进入匀强电场时: :1 1 、受力及运动形状、受力及运动形状仅受电场力且与仅受电场力且与V0V0垂直垂直, ,故作类平抛运动故作类平抛运动. .2 2 、处置方法、处置方法: :类比平抛运动类比平抛运动3 3 、根本公式、根本公式: :由于初速度为由于初速度为0,AB间为匀强电场间为匀强电场,粒子在粒子在AB间做匀加速直线运动间做匀加速直线运动- - - - 练习练习:如

21、下图如下图AB、CD为平行金属板为平行金属板,A、B两板间电势差两板间电势差为为500V,C、D一直和电源相接一直和电源相接,测的其间的场强为测的其间的场强为104V/m,一质量为一质量为2.510-24,电荷量为电荷量为810-16C的带电粒子的带电粒子(重力重力不计不计)由静止开场由静止开场,经经A、B加速后穿过加速后穿过CD发生偏转发生偏转,最后打最后打在荧光屏上在荧光屏上,知知C、D极板长均为极板长均为4cm,荧光屏距荧光屏距CD右端右端的间隔为的间隔为3cm,问问: (1) 粒子带正电还是带负电粒子带正电还是带负电?+ + + + DABSLOC分析分析:(2) 在竖直电场中由于有程

22、度初在竖直电场中由于有程度初速度速度,粒子做类平抛运动粒子做类平抛运动(3) 出电场后出电场后,由于合外力为由于合外力为0粒粒子做匀速直线运动子做匀速直线运动.(1) 粒子带正电粒子带正电(2) (2) 粒子打在荧光屏上距粒子打在荧光屏上距O O点下方多远处点下方多远处? ?- - - - + + + + DABSLOC解答解答:出出ABAB电场时速度电场时速度mqUV2程度方向程度方向: :VVx svtx竖直方向竖直方向: :atVy 221aty 其中其中mqEa vst 由此得到由此得到UEsVxVy2tanUEsy42UEsLsyy2)2(tan1代入数据可得代入数据可得my21021(3)粒子打在荧光屏上时的动能为多大粒子打在荧光屏上时的动能为多大?- - - - + + + + DABSLOC由刚刚的推导知道由刚刚的推导知道: :mUqEsvy2所以粒子打在荧光屏上动能所以粒子打在荧光屏上动能: :222121yxmvmvEUSqEqU222USEUq4)4(222代入数据可得代入数据可得JE131064. 4带电粒子在各类电场中运动性质取决于带电粒子在各类电场中运动性质取决于:(1) (1) 受力情况受力情况(2) (2) 初始形状初始形状再由运动的有关规律或动量再由运动的有关规律或动量, ,能量的有关规律来求解能