带电粒子在场中运动ppt课件

1-8 带电粒子在电场中的运动研究运动前的热身研究运动前的热身”1 1、带电粒子在电场中要受到哪些力的作用？、带电粒子在电场中要受到哪些力的作用？带电粒子在电场中通常要受到重力和电场力带电粒子在电场中通常要受到重力和电场力2 2、何时考虑带电粒子的重力？、何时考虑带电粒子的重力？（1 1）、基本粒子）、基本粒子物质微观结构中的基本粒子。物质微观结构中的基本粒子。常见：质子、电子、常见：质子、电子、粒子、离子等除有说明或粒子、离子等除有说明或明确的暗示以外，常常忽略其重力。明确的暗示以外，常常忽略其重力。（2带电颗粒带电颗粒 常见：带电油滴、带电尘埃、带电小球等常见：带电油滴、带电尘埃、带电小球等 除有说除有说 明或明确的暗示以外，其重力一般不能忽略。明或明确的暗示以外，其重力一般不能忽略。3 3、带电粒子在电场中运动时，电场力对粒子的、带电粒子在电场中运动时，电场力对粒子的运动有什么效果？运动有什么效果？带电粒子在电场中运动时，所受电场力对粒子产生带电粒子在电场中运动时，所受电场力对粒子产生加速度，改变粒子的速度。电场力合外力对粒子做加速度，改变粒子的速度。电场力合外力对粒子做功，改变粒子的动能。功，改变粒子的动能。4 4、带电粒子在匀强电场中运动时，运动有什么、带电粒子在匀强电场中运动时，运动有什么特点特点?带电粒子在均强电场中运动时，所受电场力是恒带电粒子在均强电场中运动时，所受电场力是恒力力,产生恒定的加速度，所以带电粒子在均强电场中产生恒定的加速度，所以带电粒子在均强电场中的运动跟物体在重力场中的自由落体和抛体运动相似的运动跟物体在重力场中的自由落体和抛体运动相似.研究带电粒子运动的主要工具：研究带电粒子运动的主要工具：电场力电场力 加速度加速度 电场力的功电场力的功 动能定理动能定理 202t2121mvmvqUW F=qEa=F/mW=qU方法方法1：从动力学和运动学角度分析粒子被加速从动力学和运动学角度分析粒子被加速动力学：动力学：F=qEa=F/m运动学：运动学：mdqU 2021attvxxvvt2a202U+-0vtvm qm qddqU 一、带电粒子的加速：一、带电粒子的加速：方法：方法：从做功和能量的角度分析粒子被加速从做功和能量的角度分析粒子被加速)粒子只受到电场力做功粒子只受到电场力做功0v0221tmvqUW 0v2022121mvmvqUWt 思索：如果不是匀强电场，上面公式是否适用？思索：如果不是匀强电场，上面公式是否适用？U+-d0vtvq 0显然，用功能关系解题简便！显然，用功能关系解题简便！221tmvqU 电荷量为电荷量为e e的电子从金属丝移动到金属板。两处的的电子从金属丝移动到金属板。两处的电势差为电势差为U U，电势能变化减少为，电势能变化减少为e U.e U.电势能的变化电势能的变化全部转化为电子的动能。全部转化为电子的动能。解：解：所以所以m/s100.3m/s109.0106.122730192500 meUVt求解带电体在电场中运动的二条思路求解带电体在电场中运动的二条思路:1.从动力学的角度从动力学的角度:可利用牛顿运动定律和运动学的知识可利用牛顿运动定律和运动学的知识2.从能量的角度从能量的角度:可利用动能定理和能量守恒定律可利用动能定理和能量守恒定律 结论：由于电场力做功与场强是否结论：由于电场力做功与场强是否匀强无关，与运动路径也无关，所匀强无关，与运动路径也无关，所以在处理电场对带电粒子的加速问以在处理电场对带电粒子的加速问题时，一般都是利用动能定理进行题时，一般都是利用动能定理进行处理。处理。练习：练习：带负电的小球静止在水平放置的平行板电容器带负电的小球静止在水平放置的平行板电容器两板间，距下板两板间，距下板h=0.8cm,两板间的电势差为两板间的电势差为300V,如果两板间电势差减小到如果两板间电势差减小到60V,求带电小球求带电小球运动到极板上时的速度运动到极板上时的速度?+_dh讨论讨论:求带电小球运动到极板上的时间求带电小球运动到极板上的时间?二、带电粒子的偏转二、带电粒子的偏转沿初速度方向：速度为沿初速度方向：速度为v0的匀速直线运动的匀速直线运动沿电场力方向：初速为零的匀加速直线运动沿电场力方向：初速为零的匀加速直线运动1、运动状态：、运动状态：带电粒子以初速度带电粒子以初速度v0垂直于电场线方向飞入垂直于电场线方向飞入两带电平行板产生的匀强电场两带电平行板产生的匀强电场,受到恒定的与初速受到恒定的与初速度方向垂直的电场力的作用而做匀变速曲线运动，度方向垂直的电场力的作用而做匀变速曲线运动，轨迹为抛物线。轨迹为抛物线。2、研究方法：、研究方法：运动的合成和分解类平抛运动）运动的合成和分解类平抛运动）不计重力，初速度垂直于电场方向飞入匀强电场不计重力，初速度垂直于电场方向飞入匀强电场粒子在与电场垂直的方向上做粒子在与电场垂直的方向上做匀速直线运动匀速直线运动粒子在与电场平行的方向上做粒子在与电场平行的方向上做初速度为零的匀加速运动初速度为零的匀加速运动类平抛运动的分析方法类平抛运动的分析方法 l+-q-qv vv0v0vyvyyd dX=v v0 0t tt=0vx=0vlvyvy=ataty=y=221at0mdvqUl 2022mdvqUl 0vvy20mdvqUl v0v0F FmdqUt mFt mqEt =tan s ss s22yx 离开电场时偏移量离开电场时偏移量:离开电场时偏转角离开电场时偏转角:在电场中飞行时间在电场中飞行时间:t=0vx0vl=vyvy0mdveUl mdeUt mFt meEt=at=aty=2022mdveUl 221at0vvy20mdveUl=tan 解：解：代入数据得代入数据得y=0.36代入数据得代入数据得=6.80结论：带电粒子初速度垂直于电场方向飞入匀结论：带电粒子初速度垂直于电场方向飞入匀强电场的问题就是一个类平抛的问题。强电场的问题就是一个类平抛的问题。粒子在与电场垂直的方向上做匀速直线运动粒子在与电场垂直的方向上做匀速直线运动粒子在与电场平行的方向上做初速为零的匀粒子在与电场平行的方向上做初速为零的匀加速运动加速运动下面看看加速和偏转一体的问题下面看看加速和偏转一体的问题例例:离子发生器发射出一束质量为离子发生器发射出一束质量为m m，电荷量为，电荷量为q q的负的负离子，从静止离子，从静止 经加速电压经加速电压U 1 U 1 加速后，获得速度加速后，获得速度 ，并沿垂直于电场线方向射入两平行板中央，受偏转电并沿垂直于电场线方向射入两平行板中央，受偏转电压压U2U2作用后，以速度离开场，已知平行板长为，作用后，以速度离开场，已知平行板长为，两板间距离为两板间距离为d d，求：，求：0v1 1离子在偏转电场中运动离子在偏转电场中运动的时间、加速度、速度的时间、加速度、速度的大小；的大小；2 2离子在离开偏转电场的离子在离开偏转电场的横向偏移量和偏转角横向偏移量和偏转角的正切值。的正切值。l+-u1u1dv0v0解：解：由动能定理得到由动能定理得到20121mvqU 即即=v0v0mqU12t=0vL=12qUmLa=mFmdqU2 vyvy=atmdqU2 12qumL122mUqdLU v v220yvv 1222221224UmdUqLUqd vyvy l+-q-qv v0 0F Fu u1 1v v0 0 l+-q-qyv0v0F F u1u1vyvyv0v0221aty mdqU2 a12qUmLt=122.qUmL1224dUUL mdqU2 速度偏转角的正切值：速度偏转角的正切值：tan 0vvy=122mUqdLU 12qUm122dUUL v0v0m2qu1=vyvy122muqdLu偏转量和带电粒子偏转量和带电粒子q、m无关，只取决于加速场和偏转场无关，只取决于加速场和偏转场偏转角和带电粒子偏转角和带电粒子q、m无关，只取决于加速场和偏转场无关，只取决于加速场和偏转场思考题：让一价氢离子、一价氦离子和二价氦离子的混思考题：让一价氢离子、一价氦离子和二价氦离子的混合物经过同一加速电场由静止开始加速，然后在同一偏合物经过同一加速电场由静止开始加速，然后在同一偏转电场里偏转，在通过加速电场时获得的动能是否相同？转电场里偏转，在通过加速电场时获得的动能是否相同？通过偏转电场时，它们是否会分为三股？请说明理由。通过偏转电场时，它们是否会分为三股？请说明理由。答案：通过加速电场时获得的动能答案：通过加速电场时获得的动能Ek=qU,加速电加速电压相同，二价氦离子电荷量最大，所以二价氦离子压相同，二价氦离子电荷量最大，所以二价氦离子获得动能最大。粒子的偏转量和偏转角由加速电场获得动能最大。粒子的偏转量和偏转角由加速电场和偏转电场决定，所以三种粒子不可能分开为三股。和偏转电场决定，所以三种粒子不可能分开为三股。三、示波管的原理三、示波管的原理构造构造:由电子枪、偏转电极和荧光屏组成。管内抽成真空。由电子枪、偏转电极和荧光屏组成。管内抽成真空。稳定稳定:推出偏移推出偏移y的表达式的表达式2tan220lLUlLdmvqlyyyLl/2t/sU0U0锯齿形电压锯齿形电压:u/v课堂小结：课堂小结：一、利用电场使带电粒子加速一、利用电场使带电粒子加速二、利用电场使带电粒子偏转二、利用电场使带电粒子偏转从动力学和运动学角度分析从动力学和运动学角度分析从做功和能量的角度分析从做功和能量的角度分析类似平抛运动的分析方法类似平抛运动的分析方法粒子在与电场垂直的方向上做粒子在与电场垂直的方向上做匀速直线运动匀速直线运动粒子在与电场平行的方向上做粒子在与电场平行的方向上做初速度为零的匀加速运动初速度为零的匀加速运动巩固练习巩固练习1、如下图，有三个质量相同、如下图，有三个质量相同,分别带有正电、负分别带有正电、负电和不带电的微粒电和不带电的微粒,从极板的左侧中央以相同的从极板的左侧中央以相同的初速度先后垂直射入初速度先后垂直射入,分别落在正极板的分别落在正极板的A、B、C三处。那么三处。那么:A.微粒微粒A带正电带正电,B不带电不带电,C带负电带负电B.三个微粒在电场中的运动时间相等三个微粒在电场中的运动时间相等C.三个微粒在电场中加速度三个微粒在电场中加速度aAaBEKBEKCC B Avo_+2、一束电子流在经、一束电子流在经U=500V的加速电压加速后的加速电压加速后,在距两在距两极板等距处垂直进入平行板间的匀强电场极板等距处垂直进入平行板间的匀强电场.如下图如下图,若两若两板间距板间距d,板长板长L,那么要使电子能从平行板间飞出那么要使电子能从平行板间飞出,两个两个极板上最多能加多大的电压极板上最多能加多大的电压?dv0uL