高考物理 核心要点突破系列 第13章 第九十节《带电粒子在匀强电场中的运动》ppt课件 新人教版选修

第九节带电粒子在匀强电场中的运动第九节带电粒子在匀强电场中的运动第十节静电的利用和防止第十节静电的利用和防止(略略)1第九节带电粒子在匀强电场中的运动1目目标概概览学习目标：学习目标：1.理解带电粒子在电场中的运动规律，并理解带电粒子在电场中的运动规律，并能分析解决加速和偏转的问题能分析解决加速和偏转的问题2知道示波管的基本原理知道示波管的基本原理重点难点：重点难点：1.重点：带电粒子在匀强电场中的运动规重点：带电粒子在匀强电场中的运动规律律2难点：综合应用力学和电学知识处理偏转问题难点：综合应用力学和电学知识处理偏转问题学法指导：尝试用运动和能量两种方法解决带电粒学法指导：尝试用运动和能量两种方法解决带电粒子的运动，体会两种方法的各自的优点子的运动，体会两种方法的各自的优点2目标概览2 核心要点突破核心要点突破课堂互动讲练课堂互动讲练随堂达标自测随堂达标自测第第九九节节带电带电粒子粒子在匀在匀强电强电场中场中的运的运动动基础知识梳理基础知识梳理课时活页训练课时活页训练3核心要点突破课堂互动讲练随堂达标自测第基础知识梳理课时活页基础知识梳理基础知识梳理qU4基础知识梳理qU4二、带电粒子的偏转二、带电粒子的偏转如如图图1391所所示示，质质量量为为m，电电荷荷量量为为q的的带带电电粒粒子子以以速速度度v0沿沿带带电电平平行行板板电电容容器器的的中中线线进进入入电电场场，设设板板长长l，板板间间相相距距d，两两极极板板间间电电压压为为U，不不计计粒粒子子的的重重力力，忽忽略略电电容容器器的的边边缘缘效效应应，认认为为带带电电粒粒子子从从进进入入到到离离开开电电容容器器一一直直在在匀强电场中运动匀强电场中运动图图13915二、带电粒子的偏转如图1391所示，质量为m，电荷量为1偏偏转的距离的距离y沿沿电场线方向做方向做_直直线运运动，加速度，加速度aF/m_qU/md.射出射出电场时沿沿电场线方向方向偏偏转的距离的距离yat2/2，其中，其中t为飞行行时间垂直于垂直于电场线方向做方向做_运运动，由，由_可可求得求得tl/v0，将，将a和和t代入代入yat2/2得得y _.匀加速匀加速匀速匀速lv0t61偏转的距离y匀加速匀速lv0t6思考思考(1)在在处处理理带电带电粒子在粒子在电场电场中的运中的运动时动时，什么情，什么情况下，用运况下，用运动动学学观观点和能量点和能量观观点都能点都能处处理？什理？什么情况下，不能用运么情况下，不能用运动动学学观观点求解点求解？(2)在处理带电粒子在匀强电场中偏转问题时，在处理带电粒子在匀强电场中偏转问题时，与处理物体的平抛运动有哪些相似之处？与处理物体的平抛运动有哪些相似之处？7思考7【思考思考提示提示】(1)若在匀强电场中加速，可根据运动学观点或若在匀强电场中加速，可根据运动学观点或能量观点来处理能量观点来处理若在非匀强电场中加速，则只能根据能量观点若在非匀强电场中加速，则只能根据能量观点.(2)都利用运动分解处理都利用运动分解处理8【思考提示】8三、示波管的工作原理三、示波管的工作原理1示波管的结构示波管的结构示波管的核心部件是示波管的核心部件是_，示波管，示波管由由_、_和和_组成，组成，管内抽成管内抽成_示波管示波管电子枪电子枪偏转电极偏转电极荧光屏荧光屏真空真空9三、示波管的工作原理示波管电子枪偏转电极荧光屏真空9电子子图图139210电子图139210(2)示波管的原理图示波管的原理图图图1393图图139411(2)示波管的原理图图1393图139411偏转电极电压偏转方向亮斑坐标XX不加电压YY不加电压不偏转，直线传播x0y0XX不加电压YY加电压Uyx方向不偏转y轴方向偏转 XX加电压Ux YY不加电压x方向偏转y方向不偏转 12偏转电极电压偏转方向亮斑坐标XX不加电压不偏转，x0X偏转电极电压偏转方向亮斑坐标XX、YY都加电压两方向都偏转亮斑坐标(x，y)XX或YY加随时间变化的原电压偏转位移随时间变化亮斑变为亮线13偏转电极电压偏转方向亮斑坐标XX、YY都加电压两方向核心要点突破核心要点突破一、带电粒子的重力是否考虑？一、带电粒子的重力是否考虑？在带电粒子的加速或偏转问题的讨论中，在带电粒子的加速或偏转问题的讨论中，经常会遇到是否考虑重力的困惑经常会遇到是否考虑重力的困惑14核心要点突破一、带电粒子的重力是否考虑？14若若所所讨论的的问题中中，带电粒粒子子受受到到的的重重力力远远小小于于电场力力，即即mgqE，则可可忽忽略略重重力力的的影影响响譬譬如如，一一电子子在在电场强强度度为4.0103 V/m的的电场中中，它它所所受受的的电场力力FeE6.41016 N，它它所所受受的的重重力力Gmg9.01030 N，F/G7.11013.可可见，重重力力在在此此问题中中的的影影响响微微不不足足道道，完完全全应该略略去去不不计此此时若若考考虑了了重重力力，反反而而会会给问题的的解解决决带来来不不必必要要的的麻麻烦，要要指指出出的的是是，忽忽略略粒粒子子的的重重力力并不是忽略粒子的并不是忽略粒子的质量量15若所讨论的问题中，带电粒子受到的重力远远小于电场力，即mg反之，若带电粒子所受的重力跟电场力可以比反之，若带电粒子所受的重力跟电场力可以比拟，譬如，在密立根油滴实验中，带电油滴在拟，譬如，在密立根油滴实验中，带电油滴在电场中平衡，显然这时就必须考虑重力了若电场中平衡，显然这时就必须考虑重力了若再忽略重力，油滴平衡的依据就不存在了再忽略重力，油滴平衡的依据就不存在了总之，是否考虑带电粒子的重力要根据具体情总之，是否考虑带电粒子的重力要根据具体情况而定况而定16反之，若带电粒子所受的重力跟电场力可以比拟，譬如，在密立根油一般说来：一般说来：(1)基本粒子：如电子、质子、基本粒子：如电子、质子、粒子、离子粒子、离子等除有说明或有明确的暗示以外，一般都不等除有说明或有明确的暗示以外，一般都不考虑重力考虑重力(但并不忽略质量但并不忽略质量)(2)带电颗粒：如液滴、油滴、尘埃、小球等，带电颗粒：如液滴、油滴、尘埃、小球等，除有说明或有明确的暗示以外，一般都不能除有说明或有明确的暗示以外，一般都不能忽略重力忽略重力17一般说来：17二、两个重要的结论二、两个重要的结论图图139518二、两个重要的结论图1395181919由由式式可可知知，粒粒子子的的偏偏角角与与粒粒子子q、m无无关关，仅仅决决定定于于加加速速电电场场和和偏偏转转电电场场即即不不同同的的带带电电粒粒子子从从静静止止经经过过同同一一电电场场加加速速后后进进入入同同一一偏偏转转电电场场后后，它它们们在在电电场场中中的的偏偏转转角角度度总总是是相同的，它们的运动轨迹一定重合相同的，它们的运动轨迹一定重合20由式可知，粒子的偏角与粒子q、m无关，仅决定于加速电场和偏2121即时训练即时训练(2011年南京模拟年南京模拟)一束一价正离子流垂直于电场一束一价正离子流垂直于电场方向进入匀强电场，若它们飞出电场的偏转角方向进入匀强电场，若它们飞出电场的偏转角相同，如图相同，如图1396所示，则可以判断它们进所示，则可以判断它们进入电场时入电场时()A一定具有相同的质量一定具有相同的质量B一定具有相同的速度一定具有相同的速度C一定具有相同的动能一定具有相同的动能D一定具有相同的动量一定具有相同的动量图图139622即时训练图1396222323三、带电粒子在复合场中的运动问题三、带电粒子在复合场中的运动问题带电粒子在复合场带电粒子在复合场(电场、重力场电场、重力场)中，除受中，除受电场力外，还要考虑所受重力，即两个场力，电场力外，还要考虑所受重力，即两个场力，此外是否还有弹力、摩擦力，再根据条件确此外是否还有弹力、摩擦力，再根据条件确定，解决此类问题一般先要对粒子进行受力定，解决此类问题一般先要对粒子进行受力分析，利用牛顿运动定律结合运动学公式或分析，利用牛顿运动定律结合运动学公式或动能定理解决动能定理解决24三、带电粒子在复合场中的运动问题24特别提醒特别提醒粒子的运动情况取决于粒子的受力和初状态：粒子的运动情况取决于粒子的受力和初状态：1直线运动：不受力直线运动：不受力(或受平衡力或受平衡力)或合力与或合力与初速度在一条直线上初速度在一条直线上2曲线运动：合力与速度不平行曲线运动：合力与速度不平行3圆周运动：合外力提供向心力圆周运动：合外力提供向心力25特别提醒25四、用两种观点解决带电体在电场中运动问题四、用两种观点解决带电体在电场中运动问题1运动学观点运动学观点(1)运动学观点：是指用匀变速运动的公式来解运动学观点：是指用匀变速运动的公式来解决实际问题，一般有两种情况决实际问题，一般有两种情况带电粒子的初速度方向与电场线共线，则粒子带电粒子的初速度方向与电场线共线，则粒子做匀变速直线运动做匀变速直线运动带电粒子的初速度方向垂直电场线，则粒子做带电粒子的初速度方向垂直电场线，则粒子做匀变速曲线运动匀变速曲线运动(类似于平抛运动类似于平抛运动)26四、用两种观点解决带电体在电场中运动问题26(2)当粒子在电场中做匀变速曲线运动时，当粒子在电场中做匀变速曲线运动时，一定要采取平抛运动的解决方法：一定要采取平抛运动的解决方法：两个方向分别研究，即采用分解的方两个方向分别研究，即采用分解的方法，要分解位移还是分解速度要视具体法，要分解位移还是分解速度要视具体情况而定情况而定两个方向上的运动是同步的两个方向上的运动是同步的27(2)当粒子在电场中做匀变速曲线运动时，一定要采取平抛运动的2能量观点能量观点首先对带电体受力分析，再分析运动形式，首先对带电体受力分析，再分析运动形式，然后再根据具体情况选用公式计算然后再根据具体情况选用公式计算(1)若选用动能定理，则要分清有多少个力若选用动能定理，则要分清有多少个力做功，是恒力做功还是变力做功，同时要做功，是恒力做功还是变力做功，同时要明确初末状态及运动过程中动能的增量明确初末状态及运动过程中动能的增量282能量观点28(2)若选用能量守恒定律，则分清带电体在运动若选用能量守恒定律，则分清带电体在运动中共有多少种能参与转化，哪些能量是增加的，中共有多少种能参与转化，哪些能量是增加的，哪些能量是减少的，表达式有几种哪些能量是减少的，表达式有几种初状态和末状态的能量相等，即初状态和末状态的能量相等，即E初初E末末增加能量的总和等于减少能量的总和，即增加能量的总和等于减少能量的总和，即E增增E减减这种方法不仅适用于匀变速运动，对非匀变速这种方法不仅适用于匀变速运动，对非匀变速运动运动(非匀强电场中非匀强电场中)也同样适用也同样适用29(2)若选用能量守恒定律，则分清带电体在运动中共有多少种能参特别提醒特别提醒运运动动学学公公式式只只适适用用于于处处理理匀匀强强电电场场中中的的运运动动问问题题，而而能能量量观观点点更更普普遍遍适适用用于于各各种种电电场场中中的的运运动动，所所以以应应随随时时想想到到应应用用能能量量观观点点处处理理带带电电粒粒子子的的运运动动问问题题，可可能能对对解解题题带来方便带来方便30特别提醒30课堂互动讲练课堂互动讲练带电粒子的加速问题带电粒子的加速问题例例例例1 1图图139731课堂互动讲练带电粒子的加速问题例1图139731A电子到达电子到达B板时动能为板时动能为eUB电子从电子从B到到C动能变化为零动能变化为零C电子到电子到D板时动能为板时动能为3eUD电子在电子在A板与板与D板间往复运动板间往复运动【解析解析】电子在电子在A、B间加速，加速电压为间加速，加速电压为U，故选项，故选项A对；对；B、C板间电压为零，故板间电压为零，故B也对；也对；电子在电子在C、D板间做减速运动，且电压为板间做减速运动，且电压为2U，故，故到不了到不了D板，所以选项板，所以选项C错而错而D对对32A电子到达B板时动能为eU32【答案答案】C【思维升华思维升华】(1)若在匀强电场中加速，若在匀强电场中加速，可根据运动学观点或能量观点来处理可根据运动学观点或能量观点来处理(2)若在非匀强电场中加速，则只能根据若在非匀强电场中加速，则只能根据能量观点能量观点33【答案】C33带电粒子的偏转带电粒子的偏转例例例例2 2 一一个个质质量量为为m，带带电电荷荷量量为为q的的粒粒子子，以以初初速速度度为为零零进进入入一一个个电电压压为为U1的的加加速速电电场场加加速速后后，又又垂垂直直进进入入一一个个电电压压为为U2的的偏偏转转电电场场，经经偏偏转转电电场场偏偏转转后后打打在在荧荧光光屏屏上上，整整个个装装置置的的其他参量如图其他参量如图1398所示试求：所示试求：34带电粒子的偏转例2 一个质量为m，带电图图1398(1)射出偏转电场时的偏转距离；射出偏转电场时的偏转距离；(2)射出偏转电场时的偏转角的射出偏转电场时的偏转角的正切值；正切值；(3)打在荧光屏上的位置到中心打在荧光屏上的位置到中心点点O的距离的距离35图1398(1)射出偏转电场时的偏转距离；35363637373838【思思维维升升华华】这这是是一一个个先先加加速速又又偏偏转转的的综综合合题题粒粒子子先先在在U1的的电电场场中中加加速速后后获获得得一一定定速速度度，进进入入U2的的电电场场中中做做类类平平抛抛运运动动，射射出出偏偏转转电电场场后后不不受受任任何何力力，做做匀匀速速直直线线运动直至打在荧光屏上运动直至打在荧光屏上39【思维升华】这是一个先加速又偏转的综合题粒子先在U1的电带电粒子在复合场中的运动带电粒子在复合场中的运动 如图如图1399所示，要使一质量为所示，要使一质量为m，电，电荷量为荷量为q的小球能水平沿直线加速，需要外加一的小球能水平沿直线加速，需要外加一匀强电场已知平行金属板间距离为匀强电场已知平行金属板间距离为d，与水平面，与水平面夹角为夹角为，要使此小球从，要使此小球从A板左端沿直线从静止沿板左端沿直线从静止沿水平方向被加速，恰从水平方向被加速，恰从B板的右端板的右端射出，求两金属板间所加电压射出，求两金属板间所加电压U是多少？小球从是多少？小球从B板右端射出时板右端射出时的速度是多大？的速度是多大？(重力加速度为重力加速度为g)例例例例3 3图图139940带电粒子在复合场中的运动 如图13图图1391041图13910414242【思思维维升升华华】解解决决此此类类问问题题要要根根据据物物体体的的运运动动情情况况，首首先先明明确确受受力力分分析析，然然后后列列平平衡衡方方程程或或牛牛顿顿第第二二定定律律的的方方程程，或或用用功功和和能能的的关关系系列列方方程程求求解解其其基基本本的的解解题题思思路路、方方法法和和所用的规律都跟力学问题相一致所用的规律都跟力学问题相一致43【思维升华】解决此类问题要根据物体的运动情况，首先明确受