高中物理靜電場帶電粒子在電場中的運(yùn)動2 新人教版選修PPT課件

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1、帶電粒子在電場中要受到哪些力的作用？帶電粒子在電場中要受到哪些力的作用？對于象質(zhì)子、電子、離子等帶電微粒在電場中運(yùn)對于象質(zhì)子、電子、離子等帶電微粒在電場中運(yùn) 動時(shí)，動時(shí)，我們怎樣處理它們的受力？我們怎樣處理它們的受力？帶電粒子在電場中通常要受到重力和電場力帶電粒子在電場中通常要受到重力和電場力質(zhì)子、電子、離子等帶電微粒所受重力一般遠(yuǎn)小于電場力，重力可以忽質(zhì)子、電子、離子等帶電微粒所受重力一般遠(yuǎn)小于電場力，重力可以忽略。重力勢能就可以不考慮。略。重力勢能就可以不考慮。研究運(yùn)動前的研究運(yùn)動前的”熱身熱身”第1頁/共29頁帶電粒子在電場中運(yùn)動時(shí)，所受電場力對粒子產(chǎn)生加速度，改變帶電粒子在電場中運(yùn)動時(shí)

2、，所受電場力對粒子產(chǎn)生加速度，改變粒子的速度。電場力（合外力）對粒子做功，改變粒子的動能。粒子的速度。電場力（合外力）對粒子做功，改變粒子的動能。 帶電粒子在均強(qiáng)電場中運(yùn)動時(shí)，運(yùn)動有什么特點(diǎn)帶電粒子在均強(qiáng)電場中運(yùn)動時(shí)，運(yùn)動有什么特點(diǎn)? ?帶電粒子在均強(qiáng)電場中運(yùn)動時(shí)，所受電場力是恒力帶電粒子在均強(qiáng)電場中運(yùn)動時(shí)，所受電場力是恒力, ,產(chǎn)生恒定產(chǎn)生恒定的加速度，所以帶電粒子在均強(qiáng)電場中的運(yùn)動跟物體在重力場中的加速度，所以帶電粒子在均強(qiáng)電場中的運(yùn)動跟物體在重力場中的自由落體和拋體運(yùn)動相似的自由落體和拋體運(yùn)動相似. .帶電粒子在電場中運(yùn)動時(shí)，電場力對粒子的運(yùn)動有什么效果？帶電粒子在電場中運(yùn)動時(shí)，電場力對

3、粒子的運(yùn)動有什么效果？第2頁/共29頁研究帶電粒子運(yùn)動的主要工具：研究帶電粒子運(yùn)動的主要工具： 電場力電場力 加速度加速度 電場力的功電場力的功 動能定理動能定理 F=qEa=F/mW=qU2022121mvmvqUWt第3頁/共29頁粒子的運(yùn)動象重力場中的什么運(yùn)動？E+q不計(jì)粒子重力F=qEV0 =0自由落體，你答對了第4頁/共29頁粒子的運(yùn)動象重力場中的什么運(yùn)動？V0 F=qE不計(jì)粒子重力-q上拋運(yùn)動，你答對了E第5頁/共29頁粒子的運(yùn)動象重力場中的什么運(yùn)動？EF=qE+qV0不不計(jì)計(jì)粒粒子子重重力力平拋運(yùn)動，你答對了第6頁/共29頁下下 面面 我我 們們 來來 研研 究究電電 場場 對對

4、 帶帶 電電 粒粒 子子 的的加加 速速 問問 題題第7頁/共29頁方法方法1 1：從動力學(xué)和運(yùn)動學(xué)角度分析粒子被加速從動力學(xué)和運(yùn)動學(xué)角度分析粒子被加速動力學(xué)：動力學(xué)：F=qEa=F/m運(yùn)動學(xué)：運(yùn)動學(xué)：2012Sv tat220-2tvvaSqUmdqUdU+-m m qd0vtv第8頁/共29頁方法：方法：從做功和能量的角度分析粒子被加速從做功和能量的角度分析粒子被加速粒子只受到電場力做功粒子只受到電場力做功還有問題：如果不是勻強(qiáng)電場，上面公式是否適用？還有問題：如果不是勻強(qiáng)電場，上面公式是否適用？由于電場力做功與場強(qiáng)是否勻強(qiáng)無關(guān)，與運(yùn)動路徑也無關(guān)，上面公由于電場力做功與場強(qiáng)是否勻強(qiáng)無關(guān)，與

5、運(yùn)動路徑也無關(guān)，上面公式仍適用！式仍適用！顯然，用功能關(guān)系解題簡便！顯然，用功能關(guān)系解題簡便！212tWqUmv2012212tWqUmvmv00v 00v U+-m m qd0vtv第9頁/共29頁 電荷量為電荷量為e e的電子從金屬絲移動的電子從金屬絲移動到金屬板。兩處的電勢差為到金屬板。兩處的電勢差為U U，電勢，電勢能變化（減少）為能變化（減少）為e Ue U. .電勢能的變電勢能的變化全部轉(zhuǎn)化為電子的動能化全部轉(zhuǎn)化為電子的動能。解：解：所以212tqUmv1922 1.6 102500m/s300.9 1073.0 10 m/steUVm 例例1 1：實(shí)驗(yàn)表明，熾熱的金屬絲可以：實(shí)驗(yàn)

6、表明，熾熱的金屬絲可以發(fā)射電子。在熾熱金屬絲和金屬板間加發(fā)射電子。在熾熱金屬絲和金屬板間加以電壓以電壓U=2500VU=2500V，從熾熱金屬絲發(fā)射出，從熾熱金屬絲發(fā)射出的電子在真空中被加速后，從金屬板的的電子在真空中被加速后，從金屬板的小孔穿出。電子射出后的速度有多大？小孔穿出。電子射出后的速度有多大？設(shè)電子剛從金屬絲射出時(shí)的速度為零。設(shè)電子剛從金屬絲射出時(shí)的速度為零。第10頁/共29頁 結(jié)論：由于電場力做功與場強(qiáng)是否勻強(qiáng)結(jié)論：由于電場力做功與場強(qiáng)是否勻強(qiáng)無關(guān)，與運(yùn)動路徑也無關(guān)，所以在處理無關(guān)，與運(yùn)動路徑也無關(guān)，所以在處理電場對帶電粒子的加速問題時(shí)，一般都電場對帶電粒子的加速問題時(shí)，一般都是

7、利用動能定理進(jìn)行處理。是利用動能定理進(jìn)行處理。第11頁/共29頁下面我們來研究下面我們來研究電場對帶電粒子的電場對帶電粒子的偏轉(zhuǎn)問題偏轉(zhuǎn)問題第12頁/共29頁、不計(jì)重力，初速度垂直于電場方向飛入勻強(qiáng)電場、不計(jì)重力，初速度垂直于電場方向飛入勻強(qiáng)電場處理方法：處理方法：）粒子在與電場垂直的方向上做勻速直線運(yùn)動）粒子在與電場平行的方向上做初速度為零的勻加速運(yùn)動類似平拋運(yùn)動的分析方法類似平拋運(yùn)動的分析方法 l+- - - - - - -q qv vv v0 0v vy yyd dv vx xv v0 0X=v v0 0t tt=0 xv=0vlv vy y=ataty y= =221at0mdvqUl

8、 2022mdvqUl 0vvy20mdvqUl v v0 0F F= =mdqUt mFt mqEt = =tan s ss s22yx 離開電場時(shí)偏移量離開電場時(shí)偏移量: :離開電場時(shí)偏轉(zhuǎn)角離開電場時(shí)偏轉(zhuǎn)角: :在電場中飛行時(shí)間在電場中飛行時(shí)間: :第13頁/共29頁例題例題2： 一電子水平射入如圖所示的電場中，射入時(shí)的速度一電子水平射入如圖所示的電場中，射入時(shí)的速度V0=3.0X107m/s.兩極板的長度為兩極板的長度為L=6.0cm，相距，相距d=2cm，極板間電壓，極板間電壓U=200V.求電子離開電求電子離開電場時(shí)偏轉(zhuǎn)的角度場時(shí)偏轉(zhuǎn)的角度。v v0 0-qmU2+-dLFv vt

9、tv v0 0v vy yy電子離開電場時(shí)沿電電子離開電場時(shí)沿電場方向的分速度為場方向的分速度為Vy，0yeUlvatmdv 離開電場時(shí)的偏轉(zhuǎn)角度為離開電場時(shí)的偏轉(zhuǎn)角度為200tanyveUlvmdv角度為角度為6.8度度第14頁/共29頁結(jié)論：帶電粒子初速度垂直于電場方向飛入勻強(qiáng)電場的問題就結(jié)論：帶電粒子初速度垂直于電場方向飛入勻強(qiáng)電場的問題就是一個(gè)類平拋的問題。是一個(gè)類平拋的問題。粒子在與電場垂直的方向上做勻速直線運(yùn)動粒子在與電場垂直的方向上做勻速直線運(yùn)動粒子在與電場平行的方向上做初速為零的勻加速運(yùn)動粒子在與電場平行的方向上做初速為零的勻加速運(yùn)動下面看看加速和偏轉(zhuǎn)一體的問題下面看看加速和偏

10、轉(zhuǎn)一體的問題第15頁/共29頁例例3、離子發(fā)生器發(fā)射出一束質(zhì)量為、離子發(fā)生器發(fā)射出一束質(zhì)量為m，電荷量為，電荷量為q的負(fù)離子，從靜止經(jīng)的負(fù)離子，從靜止經(jīng)加速電壓加速電壓U 1 加速后，獲得速度加速后，獲得速度 v0，并沿垂直于電場線方向射入兩平行，并沿垂直于電場線方向射入兩平行板中央，受偏轉(zhuǎn)電壓板中央，受偏轉(zhuǎn)電壓U2作用后，以速度作用后，以速度離開電場，已知平行板長為離開電場，已知平行板長為，兩板間距離為兩板間距離為d，求：，求：1 1）離子在偏轉(zhuǎn)電場中運(yùn)動的時(shí)間、）離子在偏轉(zhuǎn)電場中運(yùn)動的時(shí)間、加速度、速度的大?。患铀俣?、速度的大??；2 2）離子在離開偏轉(zhuǎn)電場時(shí)的橫向）離子在離開偏轉(zhuǎn)電場時(shí)的橫

11、向偏移量和偏轉(zhuǎn)角的正切值。偏移量和偏轉(zhuǎn)角的正切值。第16頁/共29頁解：解： l+- - - - - - -q qv v0 0F Fu u1 1v vy yv v0 0由動能定理得到由動能定理得到20121mvqU 即即=v v0 0mqU121 1）離子在偏轉(zhuǎn)電場中運(yùn)動的時(shí)間、加速）離子在偏轉(zhuǎn)電場中運(yùn)動的時(shí)間、加速度、速度的大小度、速度的大小t=0vL=12mLqU加速度加速度a=mF速度速度的大小的大小v vy y=atmdqU2 12qumL122mUqdLU v v220yvv 1222221224UmdUqLUqd 時(shí)間時(shí)間2qUm d第17頁/共29頁2 2）離子在離開偏轉(zhuǎn)電場時(shí)的

12、橫向偏移量和偏轉(zhuǎn)角的正切值。）離子在離開偏轉(zhuǎn)電場時(shí)的橫向偏移量和偏轉(zhuǎn)角的正切值。 l+- - - - - - -q qyv v0 0F F u u1 1v vy yv v0 0橫向偏移量橫向偏移量解：解：221aty mdqU2 a12qUmLt = 122.qUmL2214L UdUmdqU2 速度偏轉(zhuǎn)角的正切值：速度偏轉(zhuǎn)角的正切值：tan 0vvy=122mUqdLU 12qUm122dUUL v v0 0m2qu1=v vy y122muqdLu偏轉(zhuǎn)量和帶電粒子偏轉(zhuǎn)量和帶電粒子q、m無關(guān)，無關(guān)，只取決于加速電場和偏轉(zhuǎn)電場只取決于加速電場和偏轉(zhuǎn)電場和帶電粒子和帶電粒子q、m無關(guān)，只取無關(guān)，

13、只取決于加速電場和偏轉(zhuǎn)電場決于加速電場和偏轉(zhuǎn)電場第18頁/共29頁思考題：讓一價(jià)氫離子、一價(jià)氦離子和二價(jià)氦離子的混合物經(jīng)過思考題：讓一價(jià)氫離子、一價(jià)氦離子和二價(jià)氦離子的混合物經(jīng)過同一加速電場由靜止開始加速，然后在同一偏轉(zhuǎn)電場里同一加速電場由靜止開始加速，然后在同一偏轉(zhuǎn)電場里偏轉(zhuǎn)，在通過加速電場時(shí)獲得的動能是否相同？通過偏偏轉(zhuǎn)，在通過加速電場時(shí)獲得的動能是否相同？通過偏 轉(zhuǎn)電場時(shí)，它們是否會分為三股？請說明理由。轉(zhuǎn)電場時(shí)，它們是否會分為三股？請說明理由。答案：通過加速電場時(shí)獲得的動能答案：通過加速電場時(shí)獲得的動能Ek=qU,加速電壓相同，二價(jià)氦離加速電壓相同，二價(jià)氦離子電荷量最大，所以二價(jià)氦離子

14、獲得動能最大。粒子的偏轉(zhuǎn)量和偏子電荷量最大，所以二價(jià)氦離子獲得動能最大。粒子的偏轉(zhuǎn)量和偏轉(zhuǎn)角由加速電場和偏轉(zhuǎn)電場決定，所以三種粒子不可能分開為三股。轉(zhuǎn)角由加速電場和偏轉(zhuǎn)電場決定，所以三種粒子不可能分開為三股。你答對了嗎？你答對了嗎？第19頁/共29頁3 3 示波管的原理示波器第20頁/共29頁第21頁/共29頁課堂小結(jié)：課堂小結(jié)：一、利用電場使帶電粒子加一、利用電場使帶電粒子加速速二、利用電場使帶電粒子偏轉(zhuǎn)二、利用電場使帶電粒子偏轉(zhuǎn)從動力學(xué)和運(yùn)動學(xué)角度分析從動力學(xué)和運(yùn)動學(xué)角度分析從做功和能量的角度分析從做功和能量的角度分析類似平拋運(yùn)動的分析方法類似平拋運(yùn)動的分析方法粒子在與電場垂直的方向上做粒

15、子在與電場垂直的方向上做勻速直線運(yùn)動勻速直線運(yùn)動粒子在與電場平行的方向上做粒子在與電場平行的方向上做初速度為零的勻加速運(yùn)動初速度為零的勻加速運(yùn)動第22頁/共29頁 1如圖所示，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)的動能；（2）若粒子離開電場時(shí)動能為Ek ，則電場強(qiáng)度為多大？ abcdE解:（1） Lv0t，2220122qEqELLtmmv所以4kEEqLktkqELEE所以5ktkkEqELEE第23頁/共29頁（2）若粒子由bc邊離開電場，Lv0t，0yq

16、EtqELvmmv2222222201224kkykq E Lq E LEEmvmvE 所以2()kkkEEEEqL kkqELEE所以kkEEEqL 1如圖所示，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)的動能；（2）若粒子離開電場時(shí)動能為Ek ，則電場強(qiáng)度為多大？ abcdE第24頁/共29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

17、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，有： l sin =v0t 豎直方向做初速度為零的勻加速運(yùn)動，有21cos2lat解得加速度：2022cossinval由qE=ma，得電場強(qiáng)度大小2022cossinmvmaEqql第25頁/共29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

18、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26頁/共29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

19、，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、初動能k0以及AB兩點(diǎn)的連線與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由動能定理得：2222200021111()222212ABByyqUmvmvm vvmvmv所以A、B間的電勢差 024cotkABEUq 第27頁/共29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)動過程無碰板情況。圖4（b）中，能定性描述粒子運(yùn)動的速度圖象正確的是 ( )T/23T/2UU0-U0圖4(a)T2Tt0圖4（b)vt0vt0vt0vt0ABCDA第28頁/共29頁感謝您的觀看！第29頁/共29頁