高中物理选修3-1《带电粒子在匀强电场中的运动》课件(18张)(共18张PPT)

1、【学习目标学习目标】：（一）知识与技能（一）知识与技能 1、使学生理解并掌握带电粒子在匀强电场中、使学生理解并掌握带电粒子在匀强电场中运动的特点和规律；运动的特点和规律； 2、能够正确分析和解答带电粒子在匀强电场、能够正确分析和解答带电粒子在匀强电场中的加速和偏转等方面的问题。中的加速和偏转等方面的问题。（二）过程与方法（二）过程与方法 通过带电粒子在电场中加速、偏转过程分析通过带电粒子在电场中加速、偏转过程分析的复习，进一步培养学生的分析、推理能力和综的复习，进一步培养学生的分析、推理能力和综合应用物理知识对具体问题进行具体分析的能力。合应用物理知识对具体问题进行具体分析的能力。（三）情感、

2、态度与价值观（三）情感、态度与价值观 通过知识的应用，培养学生热爱科学的精神通过知识的应用，培养学生热爱科学的精神 一、知识回顾：一、知识回顾：1 1、动能定理、动能定理 =kWE合2 2、平抛运动：水平方向的匀速直线运动、平抛运动：水平方向的匀速直线运动 竖直方向自由落体运动竖直方向自由落体运动3 3、本模块所涉及研究对象的说明：、本模块所涉及研究对象的说明： 带电粒子带电粒子（即基本粒子：如电子、质子、（即基本粒子：如电子、质子、粒子、粒子、离子等除有说明或明确的暗示外，一般都不考虑重力，离子等除有说明或明确的暗示外，一般都不考虑重力，但不能忽略质量）但不能忽略质量）和带电质点和带电质点（

3、如带电液滴、油滴、（如带电液滴、油滴、尘埃颗粒、小球等，除有说明或明确的暗示以外，一般尘埃颗粒、小球等，除有说明或明确的暗示以外，一般都考虑重力）。都考虑重力）。 一、带电粒子在电场中的加速问题一、带电粒子在电场中的加速问题 如图所示，在一对带电平行金属板所形成的匀强电如图所示，在一对带电平行金属板所形成的匀强电场中，两板间的电压为场中，两板间的电压为U U，电场强度为，电场强度为E E。如果图中的带。如果图中的带正电或带负电的粒子的初速为零，就会在电场力的作用正电或带负电的粒子的初速为零，就会在电场力的作用下做匀加速直线运动。下做匀加速直线运动。+EU+_【思考与讨论思考与讨论】从以下两个方

4、面思考处理带电粒子在匀强从以下两个方面思考处理带电粒子在匀强电场中的加速问题并求出加速后的速度：电场中的加速问题并求出加速后的速度：1.1.匀变速直线运动的公式：匀变速直线运动的公式： 2.2.利用动能定理：利用动能定理： 222FEqUqaUqvmmdmmvad2102qUmv2Uqvm【例题解析例题解析】：例例1 1：如图所示，在：如图所示，在P P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Q Q板运动，板运动，则关于电子到达则关于电子到达Q Q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.A.两板间距离越大，加速时间就越长，则获得的速率就越大两板间距离越大

5、，加速时间就越长，则获得的速率就越大. .B.B.两板间距离越小，加速时间就越长，则获得的速率就越大两板间距离越小，加速时间就越长，则获得的速率就越大C.C.与两板间的距离无关，仅与加速电压有关与两板间的距离无关，仅与加速电压有关D.D.以上解释都不对以上解释都不对. . + +- -PQC二、带电粒子在匀强电场中的偏转问题二、带电粒子在匀强电场中的偏转问题如图所示，质量为如图所示，质量为m m电荷量为电荷量为q q的带电粒子以平行于极板的的带电粒子以平行于极板的初速度初速度v v0 0射入长射入长L L板间距离为板间距离为d d的平行板电容器间，两板间的平行板电容器间，两板间电压为电压为U

6、U。UqV0V0VmLd+ +- -v【思考并讨论思考并讨论】、带电粒子在平行于极板方向做、带电粒子在平行于极板方向做 运动；运动； 垂直于极板方向做垂直于极板方向做 运动；运动； 总体来看带电粒子做总体来看带电粒子做 运动。运动。匀速直线初速度为零的匀加速直线类平抛、带电粒子在极板间运动的时间为、带电粒子在极板间运动的时间为、两极板之间的电场强度为、两极板之间的电场强度为、带电粒子在极板间运动的加速度为、带电粒子在极板间运动的加速度为、带电粒子射出电场时的侧移量为、带电粒子射出电场时的侧移量为0LtvUEdFEqUqammmd合2220122UqLyatmdv、带电粒子射出电场时沿垂直于极板

7、方向的速度为、带电粒子射出电场时沿垂直于极板方向的速度为0UqLvatmdv、带电粒子射出电场时速度的偏转角、带电粒子射出电场时速度的偏转角满足：满足： 200tanvUqLvmdv例例2 2：水平放置的两块平行金属板板长为：水平放置的两块平行金属板板长为L L，两板间距为，两板间距为d d，两，两板间电压为板间电压为U U，且上板为正，一个质子沿水平方向以速度，且上板为正，一个质子沿水平方向以速度v v0 0从从两板中间射入，如图所示，求：两板中间射入，如图所示，求：（1 1）质子偏离金属板时侧位移是多少？）质子偏离金属板时侧位移是多少？（2 2）质子飞出电场时的速度是多少？）质子飞出电场时

8、的速度是多少？qUV0V0VmLd+-解析解析: : 质子射出电场时垂直于极板方质子射出电场时垂直于极板方向偏移的距离向偏移的距离22201122Uq Lyatdm v质子射出电场时垂直于极板方向的速度为质子射出电场时垂直于极板方向的速度为0qULvatmdv质子飞出电场时的速度质子飞出电场时的速度222222002220q U Lvvvvm d v【探究拓展探究拓展】：水平放置的两块平行金属板板长为水平放置的两块平行金属板板长为L L，两板间距为，两板间距为d d，两板间，两板间电压为电压为U U，且上板为正，一个质子沿水平方向以速度，且上板为正，一个质子沿水平方向以速度v v0 0从两板从

9、两板中间射入，如图所示，试讨论：中间射入，如图所示，试讨论：当两极板间电压满足怎样关系时质子不能从两极板间飞出当两极板间电压满足怎样关系时质子不能从两极板间飞出（即质子打在极板上）（即质子打在极板上）质子从射入两板到打在极板上经历的时间质子从射入两板到打在极板上经历的时间t tv0【解析解析】由前面的推导可知质子射由前面的推导可知质子射出电场时的侧移量为：出电场时的侧移量为： 2202UqLymdv当质子的侧移量大于两极板间距离的一半时，即表明质当质子的侧移量大于两极板间距离的一半时，即表明质子在穿出极板之前就已经打在了极板上，即子在穿出极板之前就已经打在了极板上，即 22022UqLdymd

10、v由此式可得：由此式可得： 2202md vUqL因此，当当两极板间电压满足因此，当当两极板间电压满足 2202md vUqL时质子不能从两极板间飞出时质子不能从两极板间飞出 由由 212yat可得可得 2122dUqtdm即即 2d mtUq例例3 3：水平放置的两块平行金属板板长：水平放置的两块平行金属板板长L L，两板间距，两板间距d d，两板间电，两板间电压为压为U U，且上板为正，一个质子沿水平方向以速度，且上板为正，一个质子沿水平方向以速度v v0 0从两板中间从两板中间射入，如图所示，质子离开电场后，打在屏上的射入，如图所示，质子离开电场后，打在屏上的P P点，若屏与金点，若屏与

11、金属板的右端距离为属板的右端距离为s s，求，求OPOP的长的长qUV0V0VmLd+-OMPS质子离开金属板后做匀速直线运动该匀速直线运动质子离开金属板后做匀速直线运动该匀速直线运动的平行于金属板的分速度为的平行于金属板的分速度为 v0垂直于金属板的分速度为垂直于金属板的分速度为0UqLvatmdv2222001222OMUqLUqLyatmdvmdv解：质子离开金属板时的侧移量为解：质子离开金属板时的侧移量为质子离开金属板到打到屏上的时间为质子离开金属板到打到屏上的时间为 10stv质子离开金属板到打到屏上过程沿垂直于金属板方向的位移为质子离开金属板到打到屏上过程沿垂直于金属板方向的位移为

12、12000MPUqLsUqLsyv tmdvvmdvOPOP的长度为的长度为 222002OPOMMPUqLUqLsyyymdvmdv【辨析讨论辨析讨论】：一束质量为一束质量为m m、电荷量为、电荷量为q q的带电粒子以平行于两极板的速度的带电粒子以平行于两极板的速度v v0 0从两极板中央射入匀强电场，如图所示，如果两极板间的电压从两极板中央射入匀强电场，如图所示，如果两极板间的电压为为U U，两极板间距为，两极板间距为d d，板长为，板长为L L，设粒子束不会击中极板，则，设粒子束不会击中极板，则粒子进入电场到飞出极板时电势能的变化量为粒子进入电场到飞出极板时电势能的变化量为_（不计粒（不

13、计粒子重力）。子重力）。 下面是某同学对该题的一种解法：下面是某同学对该题的一种解法：解：根据功能原理，电势能的变化量等于电场力做功的大小：解：根据功能原理，电势能的变化量等于电场力做功的大小：2qUEW你认为这个结果正确吗？请对该解法作出评价并说明你认为这个结果正确吗？请对该解法作出评价并说明理由。理由。解析：带电粒子在电场中的侧移量为解析：带电粒子在电场中的侧移量为2222001222UqLUqLyatmdvmdv电场力做功为电场力做功为 22222220022UUqLU q LWEqyqdmdvmd v电势能的减少量为电势能的减少量为 2222202pU q LEWmd v【热身训练热身

14、训练】：三个三个粒子在同一地点沿同一方向垂直飞入偏转电场，出现粒子在同一地点沿同一方向垂直飞入偏转电场，出现了如图所示的运动轨迹，了如图所示的运动轨迹，b b恰好从下板边缘飞出，由此可判断恰好从下板边缘飞出，由此可判断 （ ）A A在在b b飞离电场的同时，飞离电场的同时，a a刚好打在负极板上刚好打在负极板上B Bb b和和c c同时飞离电场同时飞离电场C C进入电场时，进入电场时，c c的速度最大，的速度最大，a a的速度最小的速度最小D D动能的增加值动能的增加值c c最小，最小，a a和和b b一样大一样大ACDACDabc+ +_ _【例题解析例题解析】：例例4 4：有一电子：有一电

15、子( (电量为电量为e)e)经电压经电压U U0 0加速后进入两块间距为加速后进入两块间距为d d、电压为电压为U U的平行金属板间若电子从两板正中间垂直电场方向的平行金属板间若电子从两板正中间垂直电场方向射入，且正好能穿过电场求：射入，且正好能穿过电场求： (1)(1)金属板金属板ABAB的长度的长度 (2)(2)电子穿出电场时的动能电子穿出电场时的动能 ABe eU0d解析：粒子进入偏转场时的速度为解析：粒子进入偏转场时的速度为 002eUvm设粒子在设粒子在ABAB间运动的时间为间运动的时间为t t，则，则 2122deUytmd解得解得 2mdteU金属板金属板ABAB的长度的长度 2200022eUU dmdLv tmeUU电子穿出电场时的动能电子穿出电场时的动能 00()22kUdUEeUee Ud【课堂小