高中物理《帶電粒子在電場中運(yùn)動》課件二（50張PPT）

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歡迎進(jìn)入物理課堂 9帶電粒子在電場中的運(yùn)動 教學(xué)目標(biāo) 1 了解帶電粒子在電場中的運(yùn)動 只受電場力 帶電粒子做勻變速運(yùn)動 2 重點(diǎn)掌握初速度與場強(qiáng)方向垂直的帶電粒子在電場中的運(yùn)動 類平拋運(yùn)動 3 知道示波管的主要構(gòu)造和工作原理 4 滲透物理學(xué)方法的教育 運(yùn)用理想化方法 突出主要因素 忽略次要因素 不計(jì)粒子重力 5 培養(yǎng)綜合分析問題的能力 體會物理知識的實(shí)際應(yīng)用 重點(diǎn)難點(diǎn) 重點(diǎn) 帶電粒子在電場中的加速和偏轉(zhuǎn)規(guī)律難點(diǎn) 帶電粒子在電場中的偏轉(zhuǎn)問題及應(yīng)用 1 帶電粒子在電場中的運(yùn)動情況 平衡 加速和減速 若帶電粒子在電場中所受合力為零時(shí) 即 F 0時(shí) 粒子將保持靜止?fàn)顟B(tài)或勻速直線運(yùn)動狀態(tài) 分析 帶電粒子處于靜止?fàn)顟B(tài) F 0 Eq mg 因?yàn)樗苤亓ωQ直向下 所以所受電場力必為豎直向上 又因?yàn)閳鰪?qiáng)方向豎直向下 所以帶電體帶負(fù)電 1 帶電粒子在電場中的運(yùn)動情況 平衡 加速和減速 若帶電粒子在電場中所受合力為零時(shí) 即 F 0時(shí) 粒子將保持靜止?fàn)顟B(tài)或勻速直線運(yùn)動狀態(tài) 若 F 0 只受電場力 且與初速度方向在同一直線上 帶電粒子將做加速或減速直線運(yùn)動 變速直線運(yùn)動 打入正電荷 如圖 將做勻加速直線運(yùn)動 設(shè)電荷所帶的電量為q 板間場強(qiáng)為E 電勢差為U 板距為d 電荷到達(dá)另一極板的速度為v 則 電場力所做的功為W EqL Uq粒子到達(dá)另一極板的動能為Ek mv2 2由動能定理有Uq mv2 2 或EqL mv2 2對恒力 若初速為v0 則上列各式又應(yīng)怎么樣 若打入的是負(fù)電荷 初速為v0 將做勻減速直線運(yùn)動 其運(yùn)動情況可能如何 請同學(xué)們討論 llllll vo 1 帶電粒子在電場中的運(yùn)動情況 平衡 加速和減速 若帶電粒子在電場中所受合力為零時(shí) 即 F 0時(shí) 粒子將保持靜止?fàn)顟B(tài)或勻速直線運(yùn)動狀態(tài) 若 F 0 只受電場力 且與初速度方向在同一直線上 帶電粒子將做加速或減速直線運(yùn)動 變速直線運(yùn)動 關(guān)于重力是否考慮的問題 1 題目明確了重力不計(jì)或不能忽略重力的情況 2 題目未明確的情況下 a 基本粒子 如電子 質(zhì)子 離子等 重力一般忽略 b 帶電顆粒 如液滴 塵埃 小球等 重力一般不能忽略 討論 例題1 如圖所示 水平放置的A B兩平行板相距h 上板A帶正電 現(xiàn)有質(zhì)量為m 帶電量為 q的小球在B板下方距離為H處 以初速度V0豎直向上從B板小孔進(jìn)入板間電場 欲使小球剛好打到A板 A B間電勢差UAB應(yīng)為多少 解 將動能定理用于運(yùn)動全過程 由W Ek得 例1 下列粒子從初速度為零的狀態(tài)經(jīng)加速電壓為U的電場后 哪種粒子速度最大 A 質(zhì)子B 氘核C 氦核D 鈉離子 A 哪種粒子動能最大 C BCD 練習(xí) 如圖從F處釋放一個(gè)無初速度電子向B板方向運(yùn)動 指出下列對電子運(yùn)動描述中 正確的是 設(shè)電源電動勢均為U A 電子到達(dá)B板時(shí)的動能是Ue B 電子從B板到達(dá)C板時(shí)動能的變化量為零 C 電子到達(dá)D板時(shí)動能為Ue 電子在 板與 板間作往返運(yùn)動 2 帶電粒子在電場中的偏轉(zhuǎn) 不計(jì)重力 且初速度vo E 則帶電粒子將在電場中做類平拋運(yùn)動 物體在只受重力的作用下 被水平拋出 在水平方向上不受力 將做勻速直線運(yùn)動 在豎直方向上只受重力 做初速度為零的自由落體運(yùn)動 物體的實(shí)際運(yùn)動為這兩種運(yùn)動的合運(yùn)動 思考與討論 若帶電粒子在電場中所受合力 F 0 且與初速度方向有夾角 不等于0 180 則帶電粒子將做什么運(yùn)動 曲線運(yùn)動 詳細(xì)分析講解例題2 2 帶電粒子在電場中的偏轉(zhuǎn) d q l 2 解 粒子vo在電場中做類平拋運(yùn)動沿電場方向勻速運(yùn)動所以有 L vot 電子射出電場時(shí) 在垂直于電場方向偏移的距離為 y at2 2 粒子在垂直于電場方向的加速度 a F m eE m eU md 由 得 代入數(shù)據(jù)得 y 0 36m即電子射出時(shí)沿垂直于板面方向偏離0 36m電子射出電場時(shí)沿電場方向的速度不變?nèi)詾関o 而垂直于電場方向的速度 故電子離開電場時(shí)的偏轉(zhuǎn) 角為 代入數(shù)據(jù)得 6 8 討論 例1 帶電粒子經(jīng)加速電場加速后垂直進(jìn)入兩平行金屬板間的偏轉(zhuǎn)電場 要使它離開偏轉(zhuǎn)電場時(shí)偏轉(zhuǎn)角增大 可采用的辦法有 A 增加帶電粒子的電量B 降低加速電壓 C 提高偏轉(zhuǎn)電壓 D 減小兩平行板間的距離 BCD ACD B 練習(xí)二 如圖所示 有三個(gè)質(zhì)量相等分別帶正電 負(fù)電和不帶電的小球 從平行板電場中的P點(diǎn)以相同的初速度垂直于E進(jìn)入電場 它們分別落到A B C三點(diǎn) 則可判斷 A 三個(gè)小球在電場中運(yùn)動加速度關(guān)系是aA aB aC D 落到A點(diǎn)的小球帶正電 落到B點(diǎn)的小球不帶電 C 三個(gè)小球在電場中運(yùn)動時(shí)間相等 B 三個(gè)小球到達(dá)正極時(shí)的動能關(guān)系是EKA EKB EKC D 3 示波管的原理 1 示波器 用來觀察電信號隨時(shí)間變化的電子儀器 其核心部分是示波管 2 示波管的構(gòu)造 由電子槍 偏轉(zhuǎn)電極和熒光屏組成 如圖 3 原理 利用了帶電粒子在電場中偏轉(zhuǎn)的規(guī)律 靈敏 直觀地顯示出電信號隨時(shí)間變化的圖線 小結(jié) 1 研究帶電粒子在電場中運(yùn)動的兩條主要線索 1 力和運(yùn)動的關(guān)系 牛頓第二定律 2 功和能的關(guān)系 動能定理2 研究帶電粒子在電場中運(yùn)動的兩類重要的思維技巧 1 類比與等效電場力和重力都是恒力 在電場力作用下的運(yùn)動可與重力作用下的運(yùn)動類比 2 整體法 全過程法 電場力的功與重力的功一樣 都只與始末位置有關(guān) 與路徑無關(guān) 它們分別引起電荷電勢能的變化和重力勢能的變化 從電荷運(yùn)動的全過程中功能關(guān)系出發(fā) 尤其從靜止出發(fā)末速度為零的問題 往往能迅速找到解題入口或簡化計(jì)算 U 教學(xué)目標(biāo)完成了嗎 1 了解帶電粒子在電場中的運(yùn)動 只受電場力 帶電粒子做勻變速運(yùn)動 2 重點(diǎn)掌握初速度與場強(qiáng)方向垂直的帶電粒子在電場中的運(yùn)動 類平拋運(yùn)動 3 知道示波管的主要構(gòu)造和工作原理 例題2 一個(gè)電子以初速V0 3 0 106m s沿著垂直于場強(qiáng)方向射入兩帶電平行金屬板 金屬板長L 6 0 10 2m 兩板之間可以看成是勻強(qiáng)電場 場強(qiáng)大小為E 2 103N C 電子的電量e 1 6 10 19C 質(zhì)量m 9 1 10 31kg 求 1 電子射離電場時(shí)的速度 2 出射點(diǎn)與入射點(diǎn)沿場強(qiáng)方向的側(cè)移距離 解析 法一 電子射入電場以后 受恒定的電場力作用 由于V0 F電 電子做類平拋運(yùn)動 將電子的運(yùn)動看成是沿X軸方向 速度為V0的勻速直線運(yùn)動和沿電場力y方向 初速度為零的勻加速直線運(yùn)動的合成 如圖所示 從電子射入電場到飛出電場 兩個(gè)方向的位移和加速度為 電子飛離電場時(shí)的速度為 arctg2 33 法二 由F eE ma求出a 由L V0t求出t 總結(jié) 本題為典型的帶電粒子在電場中的偏轉(zhuǎn)問題 一般的處理方法是應(yīng)用運(yùn)動合成的方法 它是運(yùn)動學(xué)知識在電場中的運(yùn)用 運(yùn)用動能定理解題 可以簡化解題過程 求出Vt 7 62 106 m s 5 如圖所示 相距為d的兩塊平行板M N與電源相連 電鍵k閉合后 M N間有勻強(qiáng)電場 一帶電粒子垂直于電場方向從M板邊緣射入電場 恰好打在N板的中央 不計(jì)重力 打開電鍵 粒子仍以原來速度由原位置射入 為了使粒子能剛好飛出電場而不碰到N板 N板應(yīng)如何移動 移動多少距離 3 質(zhì)量為m 5 10 5kg的帶電粒子以v0 2m s的速度從水平放置的平行金屬板A B的中央飛入板間 如圖所示 已知板長l 10cm 板間距離d 2cm 當(dāng)UAB 103v時(shí) 帶電粒子恰好沿中央直線穿過板間 則AB間所加電壓在什么范圍內(nèi)帶電粒子能從板間飛出 4 如圖 A B為兩塊足夠大的平行金屬板 間距為d 接在電壓為U的電源上 在A板的中央點(diǎn)放置一個(gè)電子放射源 可以向各個(gè)方向釋放電子 設(shè)電子的質(zhì)量為m 電量為e 射出的初速度為v 求電子打在板上的區(qū)域面積 不計(jì)電子的重力 例3 如圖所示 一束帶電粒子 不計(jì)重力 垂直電場線方向進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場 試討論在以下情況中 粒子應(yīng)具備什么條件 才能得到相同的偏轉(zhuǎn)距離y和偏轉(zhuǎn)角 U d L保持不變 1 進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場的速度相同 2 進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場的動能相同 3 進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場的動量相同 4 先由同一加速電場加速后 再進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場 帶電粒子在電場力作用下做類平拋運(yùn)動 根據(jù) 4 設(shè)加速電場的電壓為U 由 可得 可見 在 4 的條件下 y 與m q無關(guān) 因此偏轉(zhuǎn)距離y和偏轉(zhuǎn)角 都是相同的 END 二 帶電粒子在電場中的偏轉(zhuǎn) 當(dāng)帶電粒子以初速度 V0垂直進(jìn)入勻強(qiáng)電場時(shí) 1 受力及運(yùn)動狀態(tài) 僅受電場力且與V0垂直 故作類平拋運(yùn)動 2 處理方法 類比平拋運(yùn)動 3 基本公式 因?yàn)槌跛俣葹? AB間為勻強(qiáng)電場 粒子在AB間做勻加速直線運(yùn)動 練習(xí) 如圖所示AB CD為平行金屬板 A B兩板間電勢差為500V C D始終和電源相接 測的其間的場強(qiáng)為104V m 一質(zhì)量為2 5 10 24 電荷量為8 10 16C的帶電粒子 重力不計(jì) 由靜止開始 經(jīng)A B加速后穿過CD發(fā)生偏轉(zhuǎn) 最后打在熒光屏上 已知C D極板長均為4cm 熒光屏距CD右端的距離為3cm 問 1 粒子帶正電還是帶負(fù)電 D A B S O C 分析 2 在豎直電場中因?yàn)橛兴匠跛俣?粒子做類平拋運(yùn)動 3 出電場后 因?yàn)楹贤饬?粒子做勻速直線運(yùn)動 1 粒子帶正電 2 粒子打在熒光屏上距O點(diǎn)下方多遠(yuǎn)處 D A B S O C 解答 出AB電場時(shí)速度 水平方向 豎直方向 其中 由此得到 代入數(shù)據(jù)可得 3 粒子打在熒光屏上時(shí)的動能為多大 D A B S O C 由剛剛的推導(dǎo)知道 所以粒子打在熒光屏上動能 代入數(shù)據(jù)可得 帶電粒子在各類電場中運(yùn)動性質(zhì)取決于 2 初始狀態(tài) 再由運(yùn)動的有關(guān)規(guī)律或動量 能量的有關(guān)規(guī)律來求解 小結(jié) 例3 如圖 設(shè)質(zhì)量為m 電量為q的帶電粒子以初速度V0沿垂直于電場的方向進(jìn)入長為L 間距為d 電勢差為U的平行金屬板間的勻強(qiáng)電場中 若不計(jì)粒子的重力 1 粒子穿越電場的時(shí)間t 粒子在垂直電場方向以V0做勻速直線運(yùn)動 L V0t 2 粒子離開電場時(shí)的速度V 粒子沿電場方向做勻加速直線運(yùn)動 加速度 粒子離開電場時(shí)平行電場方向的分速度 所以 L 得 例3 如圖 設(shè)質(zhì)量為m 電量為q的帶電粒子以初速度V0沿垂直于電場的方向進(jìn)入長為L 間距為d 電勢差為U的平行金屬板間的勻強(qiáng)電場中 若不計(jì)粒子的重力 L 3 粒子離開電場時(shí)的側(cè)移距離y 4 粒子離開電場時(shí)的速度偏角 所以 同學(xué)們 來學(xué)校和回家的路上要注意安全 同學(xué)們 來學(xué)校和回家的路上要注意安全