带电粒子在电场中的应用

1、带电粒子在电场中的应用 第1页，共50页，2022年，5月20日，5点7分，星期三教学目标 1了解带电粒子在电场中的运动只受电场力，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子在电场中的运动(类平抛运动)。3知道示波管的主要构造和工作原理。4渗透物理学方法的教育：运用理想化方法，突出主要因素，忽略次要因素，不计粒子重力。5培养综合分析问题的能力，体会物理知识的实际应用。第2页，共50页，2022年，5月20日，5点7分，星期三重点难点重点: 带电粒子在电场中的加速和偏转规律 难点: 带电粒子在电场中的偏转问题及应用。第3页，共50页，2022年，5月20日，5点7分，星期三1

2、带电粒子在电场中的运动情况（平衡、加速和减速） 若带电粒子在电场中所受合力为零时，即F0时，粒子将保持静止状态或匀速直线运动状态。第4页，共50页，2022年，5月20日，5点7分，星期三例 ：带电粒子在电场中处于静止状态，该粒子带正电还是负电?+ + + + + + +- - - - - - -Eqmg分析：带电粒子处于静止状态，F0，Eq=mg，因为所受重力竖直向下，所以所受电场力必为竖直向上。又因为场强方向竖直向下，所以带电体带负电。第5页，共50页，2022年，5月20日，5点7分，星期三1带电粒子在电场中的运动情况（平衡、加速和减速） 若带电粒子在电场中所受合力为零时，即F0时，粒子

3、将保持静止状态或匀速直线运动状态。若F0（只受电场力）且与初速度方向在同一直线上，带电粒子将做加速或减速直线运动。(变速直线运动)第6页，共50页，2022年，5月20日，5点7分，星期三打入正电荷(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,则：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) 若初速为v0，则上列各式又应怎么样？若打入的是负电荷(初速为v0),将做匀减速直线运动,其运动情况可能如何,请同学们讨论。+ + + + + +l

4、 l l l l lvo第7页，共50页，2022年，5月20日，5点7分，星期三1带电粒子在电场中的运动情况（平衡、加速和减速） 若带电粒子在电场中所受合力为零时，即F0时，粒子将保持静止状态或匀速直线运动状态。若F0（只受电场力）且与初速度方向在同一直线上，带电粒子将做加速或减速直线运动。(变速直线运动)第8页，共50页，2022年，5月20日，5点7分，星期三第9页，共50页，2022年，5月20日，5点7分，星期三关于重力是否考虑的问题1 、题目明确了重力不计或不能忽略重力的情况2 、题目未明确的情况下:a)基本粒子(如电子、质子、离子等)重力一般忽略.b)带电颗粒(如液滴、尘埃、小球

5、等)重力一般不能忽略.讨论:第10页，共50页，2022年，5月20日，5点7分，星期三 例题1：如图所示，水平放置的A、B两平行板相距h，上板A带正电。现有质量为m，带电量为+q的小球在B板下方距离为H处，以初速度V0竖直向上从B板小孔进入板间电场，欲使小球刚好打到A板，A、B间电势差UAB应为多少？hABV0H解：将动能定理用于运动全过程，由W=Ek得 -mg(H+h)-qUAB=0- mV2012整理可得UAB=mV2-2g(H+h)2q第11页，共50页，2022年，5月20日，5点7分，星期三例1、下列粒子从初速度为零的状态经加速电压为U的电场后，哪种粒子速度最大 （ ）A、质子 B

6、、氘核 C、氦核 D、钠离子A哪种粒子动能最大（ ）C第12页，共50页，2022年，5月20日，5点7分，星期三第13页，共50页，2022年，5月20日，5点7分，星期三BCD第14页，共50页，2022年，5月20日，5点7分，星期三练习：如图 从F处释放一个无初速度电子向B板方向运动,指出下列对电子运动描述中,正确的是(设电源电动势均为U) ( )FADCBA.电子到达B板时的动能是UeB.电子从B板到达C板时动能的变化量为零 C.电子到达D板时动能为Ue .电子在板与板间作往返运动第15页，共50页，2022年，5月20日，5点7分，星期三2带电粒子在电场中的偏转（不计重力，且初速度

7、voE，则带电粒子将在电场中做类平抛运动）物体在只受重力的作用下，被水平抛出，在水平方向上不受力，将做匀速直线运动，在竖直方向上只受重力，做初速度为零的自由落体运动。物体的实际运动为这两种运动的合运动。【思考与讨论】若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)，则带电粒子将做什么运动？曲线运动第16页，共50页，2022年，5月20日，5点7分，星期三详细分析讲解例题2。vovv第17页，共50页，2022年，5月20日，5点7分，星期三 d+-2、 带电粒子在电场中的偏转 lv0d-qvv0vyl/2第18页，共50页，2022年，5月20日，5点7分，星期三解：

8、粒子vo在电场中做类平抛运动沿电场方向匀速运动所以有： L=vot 电子射出电场时，在垂直于电场方向偏移的距离为： y=at2/2 粒子在垂直于电场方向的加速度： a=F/m=eE/m=eU/md 由得： 代入数据得： y=0.36m即电子射出时沿垂直于板面方向偏离0.36m电子射出电场时沿电场方向的速度不变仍为vo，而垂直于电场方向的速度： 故电子离开电场时的偏转角为： 代入数据得： =6.8第19页，共50页，2022年，5月20日，5点7分，星期三【讨论】第20页，共50页，2022年，5月20日，5点7分，星期三例1、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，要使它离开

9、偏转电场时偏转角增大，可采用的办法有：（ ）A、增加带电粒子的电量B、降低加速电压；C、提高偏转电压；D、减小两平行板间的距离。BCD第21页，共50页，2022年，5月20日，5点7分，星期三ACD第22页，共50页，2022年，5月20日，5点7分，星期三练习一：质子和粒子由静止经相同加速电场加速后，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中经过时间之比分别为（ ）A.2:1和 ：1 B.1：1和 1： C.1：2和2：1 D.1：4和1：222B第23页，共50页，2022年，5月20日，5点7分，星期三V0P-+ABC 练习二：如图所示，有三个质量相等分别带正电

10、、负电和不带电的小球，从平行板电场中的P点以相同的初速度垂直于E进入电场，它们分别落到A、B、C三点，则可判断（ ）A.三个小球在电场中运动加速度关系是aAaBaCD.落到A点的小球带正电，落到B点的小球不带电C.三个小球在电场中运动时间相等B.三个小球到达正极时的动能关系是EKA EKB EKCD第24页，共50页，2022年，5月20日，5点7分，星期三3示波管的原理（1）示波器：用来观察电信号随时间变化的电子仪器。其核心部分是示波管（2）示波管的构造：由电子枪、偏转电极和荧光屏组成（如图）。（3）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图线。第25页，

11、共50页，2022年，5月20日，5点7分，星期三第26页，共50页，2022年，5月20日，5点7分，星期三小结：1、研究带电粒子在电场中运动的两条主要线索（1）力和运动的关系牛顿第二定律（2）功和能的关系动能定理2、研究带电粒子在电场中运动的两类重要的思维技巧（1）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力作用下的运动类比 （2）整体法(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，与路径无关它们分别引起电荷电势能的变化和重力势能的变化，从电荷运动的全过程中功能关系出发(尤其从静止出发末速度为零的问题)往往能迅速找到解题入口或简化计算第27页，共50页，2022

12、年，5月20日，5点7分，星期三第28页，共50页，2022年，5月20日，5点7分，星期三第29页，共50页，2022年，5月20日，5点7分，星期三dl/2yv0-qvv0v+-lYXU第30页，共50页，2022年，5月20日，5点7分，星期三教学目标 完成了吗1了解带电粒子在电场中的运动只受电场力，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子在电场中的运动(类平抛运动)。3知道示波管的主要构造和工作原理。第31页，共50页，2022年，5月20日，5点7分，星期三第32页，共50页，2022年，5月20日，5点7分，星期三例题2:一个电子以初速V0=3.0106m/s

13、沿着垂直于场强方向射入两带电平行金属板，金属板长L=6.010-2m，两板之间可以看成是匀强电场，场强大小为E=2103N/C，电子的电量e=1.610-19C，质量m=9.1 10-31kg ，求:（1）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距离。第33页，共50页，2022年，5月20日，5点7分，星期三解析法一：电子射入电场以后，受恒定的电场力作用，由于V0F电，电子做类平抛运动。将电子的运动看成是沿X轴方向、速度为V0的匀速直线运动和沿电场力y方向、初速度为零的匀加速直线运动的合成。yV0XO如图所示:第34页，共50页，2022年，5月20日，5点7分，星期三 从

14、电子射入电场到飞出电场，两个方向的位移和加速度为L=V0ty= at212a=eEm电子飞离电场时的速度为Vx=V0Vy=atVt=V2+(at)20代入数据y=7.010-2(m)代入数据Vt=7.62 106(m/s)tan=VyV0代入数据tan=2.33=arctg2.33第35页，共50页，2022年，5月20日，5点7分，星期三 法二：由F=eE=ma 求出a， 由L= V0t 求出t， 总结本题为典型的带电粒子在电场中的偏转问题，一般的处理方法是应用运动合成的方法，它是运动学知识在电场中的运用，运用动能定理解题，可以简化解题过程。12y= at2然后根据 求出y=7.010-2(

15、m)，eEy= mV2- mV2tO1212再由动能定理：求出Vt=7.62 106(m/s)第36页，共50页，2022年，5月20日，5点7分，星期三5.如图所示,相距为d的两块平行板M,N与电源相连,电键k闭合后,M,N间有匀强电场,一带电粒子垂直于电场方向从M板边缘射入电场,恰好打在N板的中央,不计重力.打开电键,粒子仍以原来速度由原位置射入,为了使粒子能刚好飞出电场而不碰到N板,N板应如何移动?移动多少距离?MNKLv第37页，共50页，2022年，5月20日，5点7分，星期三3.质量为m=510-5kg的带电粒子以v0=2m/s的速度从水平放置的平行金属板A,B的中央飞入板间,如图

16、所示,已知板长l=10cm,板间距离d=2cm,当UAB=103v时,带电粒子恰好沿中央直线穿过板间,则AB间所加电压在什么范围内带电粒子能从板间飞出.v0AB+-第38页，共50页，2022年，5月20日，5点7分，星期三4.如图，A、B为两块足够大的平行金属板，间距为d，接在电压为U的电源上。在A板的中央点放置一个电子放射源，可以向各个方向释放电子。设电子的质量为m 、电量为e，射出的初速度为v。求电子打在板上的区域面积？（不计电子的重力）BA+_P第39页，共50页，2022年，5月20日，5点7分，星期三 例3：如图所示，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

17、下情况中，粒子应具备什么条件，才能得到相同的偏转距离y和偏转角，（U、d、L保持不变）（1）进入偏转电场的速度相同；（2）进入偏转电场的动能相同；（3）进入偏转电场的动量相同；（4）先由同一加速电场加速后，再进入偏转电场。LdUV0y第40页，共50页，2022年，5月20日，5点7分，星期三LdUV0y带电粒子在电场力作用下做类平抛运动根据Y= at212=UqL22mdV20tg=VyVx=UqLmdV20(1)因为V0相同，当q/m相同，y、tg 也相同（2)因为 相同，当q相同，则y、 也相同mV2012tg（3)因为mV0相同，当m、q相同，或q/V0相同，tg则y、 也相同第41页

18、，共50页，2022年，5月20日，5点7分，星期三(4)设加速电场的电压为U,由q U= mV2012可得y=UL24d Utg=UL2d U可见，在（4）的条件下，y、与m、q无关，因此偏转距离y和偏转角都是相同的。LdUV0yY= at212=UqL22mdV20tg=VyVx=UqLmdV20第42页，共50页，2022年，5月20日，5点7分，星期三END第43页，共50页，2022年，5月20日，5点7分，星期三二、带电粒子在电场中的偏转当带电粒子以初速度、V0垂直进入匀强电场时:1 、受力及运动状态仅受电场力且与V0垂直,故作类平抛运动.2 、处理方法:类比平抛运动3 、基本公式

19、:第44页，共50页，2022年，5月20日，5点7分，星期三因为初速度为0,AB间为匀强电场,粒子在AB间做匀加速直线运动- - - - 练习:如图所示AB、CD为平行金属板,A、B两板间电势差为500V,C、D始终和电源相接,测的其间的场强为104V/m,一质量为2.510-24,电荷量为810-16C的带电粒子(重力不计)由静止开始,经A、B加速后穿过CD发生偏转,最后打在荧光屏上,已知C、D极板长均为4cm,荧光屏距CD右端的距离为3cm,问: (1) 粒子带正电还是带负电?+ + + + DABSLOC分析:(2) 在竖直电场中因为有水平初速度,粒子做类平抛运动(3) 出电场后,因为合外力为0粒子做匀速直线运动.(1) 粒子带正电第45页，共50页，2022年，5月20日，5点7分，星期三(2) 粒子打在荧光屏上距O点下方多远处?- - -