带电粒子在电场中的运动》精品课件(新人教版选修3-1)

1、1.9 1.9 带电粒子在电场带电粒子在电场中的运动中的运动1.构造：构造：在两个相距很近的平行金属板中间夹在两个相距很近的平行金属板中间夹上一层绝缘物质上一层绝缘物质电介质电介质, ,就组成一个最简单的就组成一个最简单的电容器电容器, ,叫做平行板叫做平行板电容器。电容器。2.电路图符号：电路图符号：一一. .电容器电容器2.电容器的充电：电容器的充电： QQ正极板正极板负极板负极板有短暂的电流有短暂的电流两极间有电压两极间有电压E3.电容器的放电：电容器的放电： QQ有短暂的电流有短暂的电流E=01.定义：定义：电容器所带的电荷量电容器所带的电荷量Q与电容器两极板间的与电容器两极板间的电势

2、差电势差U的比值。的比值。2.定义式：定义式： UQC 3.物理意义：物理意义：表示电容器容纳电荷本领的物理量表示电容器容纳电荷本领的物理量 4.单位：单位： 在国际单位制中单位是法拉在国际单位制中单位是法拉（F） 1F=1C/V 常用单位：常用单位：微法微法 F 皮法皮法 pF 1F=10-6F 1F=10-12F二二. .电容电容电容的大小由电容器本身决定，与哪些因素有关？电容的大小由电容器本身决定，与哪些因素有关？极板面积极板面积极板距离极板距离电介质电介质方法：控制变量法方法：控制变量法实验探究：影响平行板电容器电容的因素实验探究：影响平行板电容器电容的因素 三三. .平行板电容器的电

3、容平行板电容器的电容SC dC1两极板间距离两极板间距离kdSCr4两极板正对面积两极板正对面积静电力常量静电力常量rC相对介电常数相对介电常数电容器的两类问题电容器的两类问题3 3、某些带电体是否考虑重力，要根据题、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 1、带电的、带电的基本粒子基本粒子：如电子，质子，：如电子，质子，粒粒子，正负离子等。这些粒子所受重力和电场子，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暗示以力相比小得多，除非有说明或明确的暗示以外，一般都不考虑

4、重力。（但并不能忽略质外，一般都不考虑重力。（但并不能忽略质量）。量）。2 2、带电微粒带电微粒：如带电小球、液滴、尘埃等。：如带电小球、液滴、尘埃等。除非有说明或明确的暗示以外，一般都考虑除非有说明或明确的暗示以外，一般都考虑重力。重力。+ +_E+q.mV0=0一、带电粒子的加速一、带电粒子的加速V=?d方法方法1 1：运用运动学和动力学方法求解：运用运动学和动力学方法求解方法方法2 2：运用能量观点求解：运用能量观点求解( (一般用动能定理一般用动能定理) )mqUv2带电粒子在匀强电场中带电粒子在匀强电场中运动情况：运动情况：受到恒定的电场力受到恒定的电场力受力情况：受力情况： 做匀变

5、速运动做匀变速运动一一. 带电粒子在电场中的加速带电粒子在电场中的加速用牛顿运动定律分析用牛顿运动定律分析用动能定理分析用动能定理分析00v?tvUE1（加速电压）（加速电压）qUm+_带电粒子的加速带电粒子的加速 d d1 1、受力分析、受力分析: : 水平向右的电场力水平向右的电场力 F FqE=qU/dqE=qU/dF F2 2、运动分析、运动分析: :初速度为零，加速度初速度为零，加速度为为a=qU/md的向右的向右匀匀加速直线运动加速直线运动。解法一运用运动学知识求解解法一运用运动学知识求解mqUdmdqUadv2222mqUv2解法二运用动能定理知识求解解法二运用动能定理知识求解m

6、qUvmvqU2212粒子加速后的速度只与加速电压有关粒子加速后的速度只与加速电压有关思考题思考题 如两极板间不是匀强电场该如两极板间不是匀强电场该用何种方法求解？为什么？用何种方法求解？为什么？ 由于电场力做功与场强是由于电场力做功与场强是否匀强无关，与运动路径也否匀强无关，与运动路径也无关，第二种方法仍适用！无关，第二种方法仍适用！ 结论：结论：由于电场力做功与场强是否由于电场力做功与场强是否匀强无关，与运动路径也无关，所匀强无关，与运动路径也无关，所以在处理电场对带电粒子的以在处理电场对带电粒子的加速加速问问题时，一般都是利用题时，一般都是利用动能定理动能定理进行进行处理。处理。 ld+

7、- - - - - - - - - - - - - + + + + + + + + + + + + Uv0q、m二二. 带电粒子在电场中的偏转带电粒子在电场中的偏转 ld+- - - - - - - - - - - - - + + + + + + + + + + + +Uv0q、mF+vv0vyy偏转角偏转角侧移侧移二二. 带电粒子在电场中的偏转带电粒子在电场中的偏转试根据类平抛运动的知识，推导偏移量试根据类平抛运动的知识，推导偏移量 y和偏转角和偏转角1. 1.受力分析：粒子受到竖直向受力分析：粒子受到竖直向下的静电力下的静电力F F qE qE = = qU/dqU/d。2 2. .运动规

8、律分析运动规律分析: :作作类平抛类平抛运动运动。x x方向：方向：匀速直线运动匀速直线运动Y Y方向：方向：加速度为加速度为 的的匀匀加速直线加速直线运动运动。mdqUa v v v v0 0vy 3. 3. x方向方向 L4. 4. y方向方向 xvyvy5 5、离开电场时的偏转角的、离开电场时的偏转角的正切：正切：tv020221vLmdqU0v0vLmdqU200mdvqULvvytan v v0 0v v+ y yvy F F- -v0Y dUY Y q L L结论：带电粒子初速度垂直于电场方向飞入结论：带电粒子初速度垂直于电场方向飞入匀强电场的问题就是一个匀强电场的问题就是一个类平

9、抛类平抛的问题。的问题。粒子在与电场垂直的方向上做粒子在与电场垂直的方向上做匀速直线运动匀速直线运动粒子在与电场平行的方向上做粒子在与电场平行的方向上做初速为零的匀初速为零的匀加速运动加速运动 L LmqUv102122202242dULUvLmdqUy22201tan2qU LLUmdvdU三、三、 加速和偏转一体加速和偏转一体+-v vv v0 0v vy y+_U1U2v v0 0-qmyO一、利用电场使带电粒子加速一、利用电场使带电粒子加速二、利用电场使带电粒子偏转二、利用电场使带电粒子偏转mqUvmvqU2212y20221vLmdqU200mdvqULvvytan三、加速与偏转一体

10、三、加速与偏转一体mqUv102122202242dULUvLmdqUy22201tan2qU LLUmdvdU四四、示波器的原理、示波器的原理1.示波器作用：是一种用来观察电信号随时间变示波器作用：是一种用来观察电信号随时间变化的电子仪器。化的电子仪器。2.它的核心部件是示波管：由电子枪、偏转电极它的核心部件是示波管：由电子枪、偏转电极和荧光屏组成，管内抽成真空。和荧光屏组成，管内抽成真空。产生产生高速高速飞飞行的行的电子束电子束使电子沿使电子沿x x方向方向偏移偏移四、示波器的原理四、示波器的原理使电子沿使电子沿y方向方向偏移偏移已知：已知：U1、l、YY?偏转电极的电压偏转电极的电压U2

11、、板间距、板间距d 、 板端到荧光屏的距离板端到荧光屏的距离L。求：电子射出偏转电场时的偏向角正切值求：电子射出偏转电场时的偏向角正切值tan及打及打到屏上电子的偏移量到屏上电子的偏移量y?。122tandUlULly2tanLlydUlU 2212221)2(2kUULldUly偏移量与偏移量与YY?偏偏转电极的电压转电极的电压U2成正比成正比3.原理原理1 1）、如果在电极）、如果在电极XXXX之间不加电压，而在之间不加电压，而在YYYY之间加之间加不变电压不变电压，使，使Y Y的电势比的电势比YY高，高，电子将打在荧光屏的什么位置？电子将打在荧光屏的什么位置？电子沿电子沿Y Y方方向向向

12、上向上偏移偏移四、示波器的原理四、示波器的原理yyUKy xxUKx 2 2）、如果在电极）、如果在电极XXXX之间不加电压，而在之间不加电压，而在YYYY之间加之间加不变电压不变电压，使，使YY的电势比的电势比Y Y高，高，电子将打在荧光屏的什么位置？电子将打在荧光屏的什么位置？电子沿电子沿Y Y方方向向向下向下偏移偏移四、示波器的原理四、示波器的原理yyUKy 3 3）、）、如果在电极如果在电极 YY之间不加电压，但在之间不加电压，但在XX之间加之间加不变电压不变电压，使，使X的电势比的电势比X高，电高，电子将打在荧光屏的什么位置？子将打在荧光屏的什么位置？电子沿电子沿X X方方向向向里向

13、里偏移偏移四、示波器的原理四、示波器的原理xxUKx 4 4）、）、如果在电极如果在电极 YY之间不加电压，但在之间不加电压，但在XX之间加之间加不变电压不变电压，使，使X的电势比的电势比X高，电高，电子将打在荧光屏的什么位置？子将打在荧光屏的什么位置？电子沿电子沿X X方方向向向外向外偏移偏移四、示波器的原理四、示波器的原理xxUKx 5 5）、如果在电极）、如果在电极XXXX之间不加电压，但在之间不加电压，但在YYYY之间加如图所示的之间加如图所示的交变电压交变电压，在荧光屏，在荧光屏上会看到什么图形？上会看到什么图形？0tt0tt1 1电子沿电子沿Y Y方向方向向上向上偏移偏移四、示波器

14、的原理四、示波器的原理yyUKy 6 6）、如果在电极）、如果在电极XXXX之间不加电压，但在之间不加电压，但在YYYY之间加如图所示的之间加如图所示的交变电压交变电压，在荧光屏，在荧光屏上会看到什么图形？上会看到什么图形？t t1 1tttt2 2电子沿电子沿Y Y方向方向向下向下偏移偏移四、示波器的原理四、示波器的原理yyUKy 7 7）、如果在）、如果在YYYY之间加如图所示的之间加如图所示的交变电交变电压压，同时在，同时在XXXX之间加之间加不变电压不变电压，使，使X X的电的电势比势比XX高高，在荧光屏上会看到什么图形？在荧光屏上会看到什么图形？0tt0tt1 1电子沿电子沿Y Y方

15、向方向向上向上偏，沿偏，沿X X方向方向向里向里偏偏四、示波器的原理四、示波器的原理yyUKy xxUKx 8 8）、如果在）、如果在YYYY之间加如图所示的之间加如图所示的交变电交变电压压，同时在，同时在XXXX之间加之间加不变电压不变电压，使，使X X的电的电势比势比XX高，在荧光屏上会看到什么图形？高，在荧光屏上会看到什么图形？t t1 1tttt2 2电子沿电子沿Y Y方向方向向下向下偏，沿偏，沿X X方向方向向里向里偏偏四、示波器的原理四、示波器的原理xxUKx yyUKy 8 8）、如果在）、如果在YYYY之间加如图所示的之间加如图所示的交变电交变电压压，同时在，同时在XXXX之间加之间加不变电压不变电压，使，使XX的的电势比电势比X X高，在荧光屏上会看到什么图形？高，在荧光屏