高中物理靜電場帶電粒子在電場中的運(yùn)動(dòng)1 新人教版選修PPT課件

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1、1.1.掌握帶電粒子在電場中加速和偏轉(zhuǎn)所遵循的規(guī)律掌握帶電粒子在電場中加速和偏轉(zhuǎn)所遵循的規(guī)律2 2知道示波器的主要構(gòu)造和工作原理知道示波器的主要構(gòu)造和工作原理3 3學(xué)習(xí)運(yùn)用靜電力做功，電勢、電勢差，等勢面等概念學(xué)習(xí)運(yùn)用靜電力做功，電勢、電勢差，等勢面等概念研究帶電粒子在電場中運(yùn)動(dòng)時(shí)的能量轉(zhuǎn)化研究帶電粒子在電場中運(yùn)動(dòng)時(shí)的能量轉(zhuǎn)化. .學(xué)習(xí)目標(biāo)學(xué)習(xí)目標(biāo)第1頁/共20頁二、二、帶電粒子的帶電粒子的偏轉(zhuǎn)偏轉(zhuǎn)_+U1-qmv v0 0一、一、帶電粒子的帶電粒子的加速加速v v0 0+-U2 d lv v-qmv v0 0yv vy y20121mvqU0vlt 垂直電場方向:mFa mqEmdqU平行電

2、場方向:2221aty 偏移距離dmvql U202220tanvvy偏轉(zhuǎn)角dmvqlU202類平拋運(yùn)動(dòng)類平拋運(yùn)動(dòng)第2頁/共20頁第3頁/共20頁 一個(gè)電荷量為一個(gè)電荷量為- -q質(zhì)量為質(zhì)量為m的帶電粒子，由靜止進(jìn)入一個(gè)電壓為的帶電粒子，由靜止進(jìn)入一個(gè)電壓為U1的加速的加速電場加速后，又垂直進(jìn)入一個(gè)電壓為電場加速后，又垂直進(jìn)入一個(gè)電壓為U2的偏轉(zhuǎn)電場，經(jīng)偏轉(zhuǎn)電場偏轉(zhuǎn)后的偏轉(zhuǎn)電場，經(jīng)偏轉(zhuǎn)電場偏轉(zhuǎn)后打在熒光屏上打在熒光屏上,整個(gè)裝置如圖示整個(gè)裝置如圖示.試分析帶電粒子的運(yùn)動(dòng)情況試分析帶電粒子的運(yùn)動(dòng)情況(不計(jì)粒子的重力不計(jì)粒子的重力).v v0 0+- U2 d lv vyv vy y_+U1-qm

3、v v0 0OYL加速偏轉(zhuǎn)勻速瞬時(shí)速度是聯(lián)系兩個(gè)過程的橋梁瞬時(shí)速度是聯(lián)系兩個(gè)過程的橋梁三、三、帶電粒子的帶電粒子的加速偏轉(zhuǎn)加速偏轉(zhuǎn)第4頁/共20頁v v0 0+- U2 d lv vyv vy y_+U1-qmv v0 0OYL 一個(gè)電荷量為一個(gè)電荷量為- -q質(zhì)量為質(zhì)量為m的帶電粒子，由靜止進(jìn)入一個(gè)電壓為的帶電粒子，由靜止進(jìn)入一個(gè)電壓為U1的加的加速電場加速后，又垂直進(jìn)入一個(gè)電壓為速電場加速后，又垂直進(jìn)入一個(gè)電壓為U2的偏轉(zhuǎn)電場，經(jīng)偏轉(zhuǎn)電場偏轉(zhuǎn)的偏轉(zhuǎn)電場，經(jīng)偏轉(zhuǎn)電場偏轉(zhuǎn)后打在熒光屏上后打在熒光屏上,整個(gè)裝置如圖示整個(gè)裝置如圖示.求求:(1)出偏轉(zhuǎn)電場時(shí)的偏移距離出偏轉(zhuǎn)電場時(shí)的偏移距離y；(2

4、)出偏轉(zhuǎn)電場時(shí)的偏轉(zhuǎn)角；出偏轉(zhuǎn)電場時(shí)的偏轉(zhuǎn)角；(3)打在熒光屏上時(shí)的偏移距離打在熒光屏上時(shí)的偏移距離Y.三、三、帶電粒子的帶電粒子的加速偏轉(zhuǎn)加速偏轉(zhuǎn)第5頁/共20頁20121mvqU經(jīng)加速電場經(jīng)加速電場U1加速后加速后:經(jīng)偏轉(zhuǎn)電場經(jīng)偏轉(zhuǎn)電場U2偏轉(zhuǎn)后偏轉(zhuǎn)后:(1)偏移距離偏移距離y:dmvql U20222y(2)偏轉(zhuǎn)角偏轉(zhuǎn)角:dmvqlU202tan (3)偏移距離偏移距離Y: tan)L2(lY+d Ul U122d Ul U1224三、三、帶帶電電粒粒子子的的加加速速偏偏轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)v v0 0+- U2 d lv vyv vy y_+U1-qmv v0 0OYL第6頁/共20頁YYXX-+-+

5、-若金屬板水平放置電子將豎直偏轉(zhuǎn)若金屬板豎直放置 電子將水平偏轉(zhuǎn)偏轉(zhuǎn)電極的放置方式偏轉(zhuǎn)電極的放置方式第7頁/共20頁 例例1、如圖，電子在電勢差為如圖，電子在電勢差為U1的加速電場中由靜止開始加速，的加速電場中由靜止開始加速，然后射入電勢差為然后射入電勢差為U2的兩塊平行的兩塊平行極板間的電場中，入射方向跟極極板間的電場中，入射方向跟極板平行。整個(gè)裝置處在真空中，板平行。整個(gè)裝置處在真空中，重力可忽略。在滿足電子能射出重力可忽略。在滿足電子能射出平行板區(qū)的條件下，下述四種情平行板區(qū)的條件下，下述四種情況中，一定能使電子的偏轉(zhuǎn)角況中，一定能使電子的偏轉(zhuǎn)角變變大的是大的是 A.U1變大、變大、U2

6、變大變大 B.U1變小、變小、U2變大變大C.U1變大、變大、U2變小變小 D.U1變小、變小、U2變小變小對加速過程由動(dòng)能定理：對加速過程由動(dòng)能定理：21012qUmv對偏轉(zhuǎn)過程由偏轉(zhuǎn)角正切公式對偏轉(zhuǎn)過程由偏轉(zhuǎn)角正切公式220taneU lm vddUl U122dUlUy1224電學(xué)搭臺(tái)電學(xué)搭臺(tái)力學(xué)唱戲力學(xué)唱戲B第8頁/共20頁 例例2、如圖所示，二價(jià)氦離子和質(zhì)子、如圖所示，二價(jià)氦離子和質(zhì)子的混合體，經(jīng)同一加速電場加速后，的混合體，經(jīng)同一加速電場加速后，垂直射入同一偏轉(zhuǎn)電場中，偏轉(zhuǎn)后，垂直射入同一偏轉(zhuǎn)電場中，偏轉(zhuǎn)后，打在同一熒光屏上，則它打在同一熒光屏上，則它( ) A.側(cè)移距離相同側(cè)移距

7、離相同 B.偏轉(zhuǎn)角相同偏轉(zhuǎn)角相同 C.到達(dá)屏上同一點(diǎn)到達(dá)屏上同一點(diǎn) D.到達(dá)屏上不同點(diǎn)到達(dá)屏上不同點(diǎn)dUlUy1224dmvleU202tandUl U122帶電粒子的帶電粒子的偏移量和偏轉(zhuǎn)角由系統(tǒng)偏移量和偏轉(zhuǎn)角由系統(tǒng)決定決定，而與粒子的質(zhì)量、電量無關(guān)，而與粒子的質(zhì)量、電量無關(guān). .只要只要電性相同電性相同的帶電粒子的帶電粒子, ,在電場在電場中留下的中留下的軌跡相同軌跡相同, ,所以無法將電所以無法將電性相同的粒子分開性相同的粒子分開. .ABC第9頁/共20頁例例3、如圖所示，有一電子、如圖所示，有一電子(電量為電量為e、質(zhì)量為質(zhì)量為m)經(jīng)電壓經(jīng)電壓U1加速后，沿平行金加速后，沿平行金屬板

8、屬板A、B中心線進(jìn)入兩板，中心線進(jìn)入兩板，A、B板板間距為間距為d、長度為、長度為l， A、B板間電壓為板間電壓為U2，屏，屏CD足夠大，距離足夠大，距離A、B板右邊板右邊緣緣2l，AB板的中心線過屏板的中心線過屏CD的中心且的中心且與屏與屏CD垂直。試求電子束打在屏上的垂直。試求電子束打在屏上的位置到屏中心間的距離。位置到屏中心間的距離。 對加速過程由動(dòng)能定理：對加速過程由動(dòng)能定理：解析解析21012qUmv220taneU lm vdd Ul U122電子離開電場，就好象從中電子離開電場，就好象從中點(diǎn)沿直線離開的：點(diǎn)沿直線離開的：tan)22(llY+d UlU12245Y第10頁/共20

9、頁四、四、示波管的示波管的原理原理1 1、示波器的作用：、示波器的作用： 觀察電信號(hào)隨時(shí)間變化的情況觀察電信號(hào)隨時(shí)間變化的情況2 2、示波管的結(jié)構(gòu)：、示波管的結(jié)構(gòu)： 由電子槍、偏轉(zhuǎn)電極和熒光屏組成由電子槍、偏轉(zhuǎn)電極和熒光屏組成第11頁/共20頁3 3、示波管的原理、示波管的原理產(chǎn)生產(chǎn)生高速高速 飛行的飛行的電子束電子束待顯示待顯示的信號(hào)的信號(hào)電壓電壓鋸齒形鋸齒形 掃描掃描電壓電壓使電子沿使電子沿 Y Y方向方向偏移偏移使電子沿使電子沿 x x方向方向偏移偏移第12頁/共20頁例例4、初速度為、初速度為2107m/s的電子沿平行的電子沿平行金屬板間的中心線射入板中，板長為金屬板間的中心線射入板中

10、，板長為30cm，相距為，相距為4cm，在兩板間加上如圖，在兩板間加上如圖所示的正弦交變電壓。已知電子的質(zhì)量所示的正弦交變電壓。已知電子的質(zhì)量為為910-31kg，電量為，電量為1.610-19C，不，不計(jì)電子重力，求：要使所有的電子都能計(jì)電子重力，求：要使所有的電子都能離開電場，圖中電壓的最大值離開電場，圖中電壓的最大值U0需滿足需滿足什么條件？什么條件？設(shè)電子在兩板間的運(yùn)動(dòng)時(shí)間為設(shè)電子在兩板間的運(yùn)動(dòng)時(shí)間為t801.510ltsv0.02ts設(shè)電子在偏轉(zhuǎn)電壓為設(shè)電子在偏轉(zhuǎn)電壓為U0時(shí)進(jìn)時(shí)進(jìn)入板間入板間202022eU ldym v d22002m v dUel40V第13頁/共20頁 1如圖

11、所示，邊長為L的正方形區(qū)域abcd內(nèi)存在著勻強(qiáng)電場。電量為q、動(dòng)能為Ek的帶電粒子從a點(diǎn)沿ab方向進(jìn)入電場，不計(jì)重力。（1）若粒子從c點(diǎn)離開電場，求電場強(qiáng)度的大小和粒子離開電場時(shí)的動(dòng)能；（2）若粒子離開電場時(shí)動(dòng)能為Ek ，則電場強(qiáng)度為多大？ abcdE解:（1） Lv0t，2220122qEqELLtmmv所以4kEEqLktkqELEE所以5ktkkEqELEE+第14頁/共20頁（2）若粒子由bc邊離開電場，Lv0t，0yqEtqELvmmv2222222201224kkykq E Lq E LEEmvmvE 所以2()kkkEEEEqL kkqELEE所以kkEEEqL 1如圖所示，邊長

12、為L的正方形區(qū)域abcd內(nèi)存在著勻強(qiáng)電場。電量為q、動(dòng)能為Ek的帶電粒子從a點(diǎn)沿ab方向進(jìn)入電場，不計(jì)重力。（1）若粒子從c點(diǎn)離開電場，求電場強(qiáng)度的大小和粒子離開電場時(shí)的動(dòng)能；（2）若粒子離開電場時(shí)動(dòng)能為Ek ，則電場強(qiáng)度為多大？ abcdE第15頁/共20頁2如圖所示，豎直平行直線為勻強(qiáng)電場的電場線，電場方向未知，A，B是電場中的兩點(diǎn)，AB兩點(diǎn)的連線長為l且與電場線所夾的銳角為一個(gè)質(zhì)量為m，電荷量為q的帶電粒子以初速度v0。從A點(diǎn)垂直進(jìn)入電場，該帶電粒子恰好能經(jīng)過B點(diǎn)不考慮帶電粒子的重力大小(1)根據(jù)你學(xué)過的物理學(xué)規(guī)律和題中所給的信息，對反映電場本身性質(zhì)的物理量(例如電場方向)，你能作出哪些

13、定性判斷或求得哪些定量結(jié)果?ABv0（1）因粒子帶負(fù)電且向下偏轉(zhuǎn)，故電場力方向向下，所以電場方向豎直向上。水平方向勻速運(yùn)動(dòng)，有： l sin =v0t 豎直方向做初速度為零的勻加速運(yùn)動(dòng)，有21cos2lat解得加速度：2022cossinval由qE=ma，得電場強(qiáng)度大小2022cossinmvmaEqql第16頁/共20頁2如圖所示，豎直平行直線為勻強(qiáng)電場的電場線，電場方向未知，A，B是電場中的兩點(diǎn)，AB兩點(diǎn)的連線長為l且與電場線所夾的銳角為一個(gè)質(zhì)量為m，電荷量為q的帶電粒子以初速度v0。從A點(diǎn)垂直進(jìn)入電場，該帶電粒子恰好能經(jīng)過B點(diǎn)不考慮帶電粒子的重力大小(1)根據(jù)你學(xué)過的物理學(xué)規(guī)律和題中所

14、給的信息，對反映電場本身性質(zhì)的物理量(例如電場方向)，你能作出哪些定性判斷或求得哪些定量結(jié)果?ABv0B B點(diǎn)的電勢高于點(diǎn)的電勢高于A A點(diǎn)的電勢點(diǎn)的電勢, ,有有A A、B B兩點(diǎn)間的電勢差為：兩點(diǎn)間的電勢差為：22022202coscossin2cotABmvUElqmvq 第17頁/共20頁2如圖所示，豎直平行直線為勻強(qiáng)電場的電場線，電場方向未知，A，B是電場中的兩點(diǎn)，AB兩點(diǎn)的連線長為l且與電場線所夾的銳角為一個(gè)質(zhì)量為m，電荷量為q的帶電粒子以初速度v0。從A點(diǎn)垂直進(jìn)入電場，該帶電粒子恰好能經(jīng)過B點(diǎn)不考慮帶電粒子的重力大小(2)若僅知道帶電小球的電荷量q、初動(dòng)能k0以及AB兩點(diǎn)的連線與

15、電場線所夾的銳角三個(gè)量，對反映電場本身性質(zhì)的物理量，你能求得哪些定量結(jié)果?ABv0（2）設(shè)初速度大小為v0，小球過B點(diǎn)豎直分速度為vy，瞬時(shí)速度為vB，水平和豎直位移分別為x和y，則有：y=vyt/2 x= v0t 而 y/x=cot 02cotyvv由動(dòng)能定理得：2222200021111()222212ABByyqUmvmvm vvmvmv+所以A、B間的電勢差 024cotkABEUq 第18頁/共20頁3平行板間加如圖4（a）所示周期變化的電壓，重力不計(jì)的帶電粒子靜止在平行板中央，從t=0時(shí)刻開始將其釋放，運(yùn)動(dòng)過程無碰板情況。圖4（b）中，能定性描述粒子運(yùn)動(dòng)的速度圖象正確的是 ( )T/23T/2UU0-U0圖4(a)T2Tt0圖4（b)vt0vt0vt0vt0ABCDA第19頁/共20頁感謝您的觀看！第20頁/共20頁