新教材高中物理静电场中的能量带电粒子在电场中的运动课件新人教版必修31

新教材高中物理静电场中的能量带电粒子在电场中的运动课件新人教版必修3目录静电场基本概念与性质带电粒子在匀强电场中运动带电粒子在交变电场中运动静电场能量问题探讨实验：研究带电粒子在电场中运动规律总结回顾与拓展延伸01静电场基本概念与性质Chapter描述电场中某点电场的强弱和方向的物理量，用E表示。电场强度是矢量，其方向与正电荷在该点所受电场力方向相同。电场中两点间电势的差值，用U表示。电势差是标量，其大小等于单位正电荷从一点移动到另一点时电场力所做的功。电场强度电势差电场强度与电势差电场中电势相等的各个点构成的面，用等势线表示。等势面与电场线垂直，且等势面上移动电荷时电场力不做功。等势面电荷在电场中具有的势能，用Ep表示。电势能的大小与电荷的电量和电势有关，其变化量等于电场力所做的功。电势能等势面与电势能在静电场中，导体内部存在自由电荷，当导体处于静电平衡状态时，导体内部电场强度为零，电荷只分布在导体的外表面。在静电场中，绝缘体内部不存在自由电荷，因此绝缘体不会被静电感应所影响。绝缘体可以用来隔离带电体和保护电路中的电子元件。静电场中的导体和绝缘体绝缘体导体静电感应当一个带电体靠近一个导体时，由于静电力的作用，导体会发生电荷重新分布的现象。靠近带电体的一端会带上与带电体相反的电荷，远离带电体的一端则带上与带电体相同的电荷。接地导体将导体与大地相连，使导体的电位与大地电位相等的过程称为接地。接地导体可以有效地消除静电感应产生的电荷积累，保护电路和设备免受静电干扰和损坏。静电感应与接地导体02带电粒子在匀强电场中运动Chapter

带电粒子受力分析电场力带电粒子在电场中受到的电场力$F=qE$，其中$q$为粒子所带电荷量，$E$为电场强度。电场力方向与电场强度方向相同（正电荷）或相反（负电荷）。重力对于微观粒子，如电子、质子等，重力通常可以忽略不计。但对于宏观带电物体，重力是一个重要的力。其他力根据具体情况，还可能存在其他力，如摩擦力、空气阻力等。$F=ma$，其中$F$为合外力，$m$为粒子质量，$a$为加速度。在匀强电场中，带电粒子受到的电场力是恒力，因此粒子做匀变速直线运动。牛顿第二定律根据匀变速直线运动的规律，可以得到速度、位移与时间的关系式，如$v=v_0+at$，$x=v_0t+frac{1}{2}at^2$等。运动学公式匀变速直线运动规律曲线运动条件当带电粒子受到的合外力与速度方向不在同一直线上时，粒子做曲线运动。在匀强电场中，如果电场力与速度方向不在同一直线上，则粒子做曲线运动。轨迹方程根据带电粒子在电场中的受力情况和初始条件，可以建立粒子的运动方程，进而求解其轨迹方程。曲线运动轨迹及条件能量转化与守恒定律动能定理合外力对物体所做的功等于物体动能的变化量。在匀强电场中，电场力对带电粒子所做的功等于粒子动能的变化量。能量守恒定律在只有电场力做功的情况下，带电粒子和电场组成的系统机械能守恒。如果除电场力外还有其他力做功，则需要考虑其他力做功对应的能量转化。03带电粒子在交变电场中运动Chapter通过交流电源产生的电场，其电场强度和方向随时间周期性变化。交变电场产生交变电场的频率、振幅和波形等特性可以通过调整交流电源的参数来改变。特点交变电场产生及特点洛伦兹力带电粒子在交变电场中受到洛伦兹力的作用，其大小与粒子电荷量、电场强度以及粒子速度有关。周期性变化由于交变电场的周期性变化，带电粒子所受的洛伦兹力也随之周期性变化。带电粒子在交变电场中受力分析VS带电粒子在交变电场中的运动轨迹、速度和加速度等物理量均呈现周期性变化。能量转化过程在交变电场中，带电粒子的动能和势能之间不断发生转化，总能量保持不变。周期性变化规律周期性变化规律及能量转化过程利用交变电场对带电粒子进行加速，使其获得高能量，用于研究物质结构和性质。粒子加速器显示器原理质谱仪液晶显示器中的像素点通过控制交变电场的强度和方向来实现对光线的调制，从而显示出图像。利用交变电场对带电粒子进行分离和检测，实现对物质成分和结构的分析。030201实际应用举例04静电场能量问题探讨Chapter电荷在电场中具有的势能，与电荷的电量和电场中的位置有关。电势能电场中两点的电势之差，等于将单位正电荷从一点移动到另一点时电场力所做的功。电势差电场中电势相等的各个点构成的面，等势面上移动电荷时电场力不做功。等势面电势能、电势差和等势面关系单位体积内的静电场能量，与电场强度的平方成正比。静电场能量在空间中的分布情况，可以通过电场线或等势面的疏密程度来描述。静电场能量密度静电场能量分布静电场能量密度和能量分布静电场能量传递和转化过程通过电场的作用，将能量从一个物体传递到另一个物体，例如电容器充电和放电过程。静电场能量传递电场能与其他形式的能量之间的转化，如电场能转化为机械能、热能等。静电场能量转化能量守恒定律在一个孤立系统中，总能量保持不变，即能量不能被创造或消灭，只能从一种形式转化为另一种形式。在静电场中的应用在静电场中，电荷的移动和分布遵循能量守恒定律。例如，在电容器充放电过程中，电场能的增加或减少等于电源做功或电荷移动所做的功。能量守恒定律在静电场中应用05实验：研究带电粒子在电场中运动规律Chapter研究带电粒子在电场中的运动规律。通过实验验证库仑定律和洛伦兹力公式。探究电场对带电粒子的作用，了解电场中能量的转化和传递。实验目的和原理器材准备：静电发生器、平行板电容器、带电粒子源、荧光屏、显微镜、测量尺、电源等。实验器材准备和操作步骤操作步骤1.将平行板电容器与静电发生器连接，并调整电容器两极板间的距离。2.将带电粒子源放置在电容器一侧，并调整粒子源的位置和发射粒子的速度。实验器材准备和操作步骤3.打开静电发生器，使电容器充电，形成静电场。4.观察并记录荧光屏上带电粒子的运动轨迹。5.改变粒子源的位置、发射速度和电容器两极板间的距离，重复实验并记录数据。实验器材准备和操作步骤数据处理方法通过测量尺测量荧光屏上带电粒子运动轨迹的长度和宽度，计算粒子的偏转角度和偏转半径。根据库仑定律和洛伦兹力公式，计算电场强度和粒子所受的力。要点一要点二结果分析根据实验数据，可以得出带电粒子在电场中的运动规律，验证库仑定律和洛伦兹力公式的正确性。同时，可以探究电场对带电粒子的作用，了解电场中能量的转化和传递过程。数据处理方法和结果分析误差来源实验误差主要来源于测量误差、仪器误差和环境因素等。例如，测量尺的精度、荧光屏的分辨率、静电场的稳定性等都会对实验结果产生影响。改进措施为了减小实验误差，可以采取以下措施：提高测量尺的精度、使用高分辨率的荧光屏、优化静电发生器的性能以提高电场的稳定性等。同时，还可以通过改进实验方法、增加实验次数等方式来提高实验的准确性和可靠性。实验误差来源及改进措施06总结回顾与拓展延伸Chapter包括电荷间的相互作用、电场强度、电势、电势能等概念。静电场的基本性质根据库仑定律和电场强度的定义，分析带电粒子在电场中所受的静电力。带电粒子在电场中的受力情况结合牛顿第二定律和运动学公式，研究带电粒子在电场中的匀变速直线运动或类平抛运动。带电粒子在电场中的运动规律涉及电势能、电势差、等势面等概念，以及电场力做功与电势能变化的关系。静电场中的能量问题关键知识点总结回顾误区一认为电场强度和电势没有联系。实际上，电场强度和电势都是描述电场性质的物理量，它们之间存在密切关系。在匀强电场中，电场强度与电势差的关系为E=U/d。误区二忽视带电粒子的初速度。在处理带电粒子在电场中的运动时，需要考虑粒子的初速度对运动轨迹的影响。易错点一混淆电场力做功与电势能变化的关系。电场力做功等于电势能的减少量，即WAB=EpA−EpB。在处理问题时，需要注意功和能的正负号。常见误区及易错点提示静电场与恒定电流的结合探讨静电场对电流的影响，如电阻、电容等电路元件在静电场中的特性。静电场的应用介绍静电场在科技、生活和工业生产中的应用，如静电除尘、静电喷涂等。复杂电场中的带电粒子运动研究带电粒子在复合场（如重力场、磁场）中的运动规律，以及粒子在交变电场