带电粒子在电场中的运动张课件

,第一章,静电场,9,带电粒子在电场中的运动,第一章9带电粒子在电场中的运动,学习目标,1.,会从力和能量角度分析计算带电粒子在电场中的加速问题,.,2,.,能够用类平抛运动分析方法研究带电粒子在电场中的偏转问题,.,3,.,知道示波管的主要构造和工作原理,.,学习目标,带电体在电场中的平衡问题,带电体,1,带电粒子：,质子、电子、正负离子、,粒子,一般不考虑带电粒子的重力,带电微,粒,小球、尘埃、液滴,通常要考虑带电微粒的重力,一般视为质点,带电体在电场中的平衡问题带电体1 带电粒子：质子、电子、正,内容索引,知识探究,题型探究,达标检测,内容索引,知识探究,1,知识探究1,带电体在电场中的加速问题,带电粒子在匀强电场中的加速,1,+,-,匀速,加速,匀速,末速度？,v,t,v,o,已知,m,、,q,、,U,、,v,0,带电体在电场中的加速问题带电粒子在匀强电场中的加速1+-匀速,方法,1,：,牛顿定律,+,运动学公式,受力分析：,不计重力，只受电场力,加速度,a,:,a,=,F,m,F,=,qE,d,U,E=,a,=,qU,md,速度位移公式,:,v,t,2,v,0,2,=2,ad,末速度度,v,t,=,v,0,2,+,2,qU,m,方法1：牛顿定律+运动学公式受力分析：不计重力，只受电场,方法,2,：,动能定理,做功分析：,只受电场力，电场力做正功,电场力的功：,W,=,qU,动能定理：,W,=,1,2,_,m v,t,2,1,2,m v,0,2,qU,=,1,2,_,m v,t,2,1,2,m v,0,2,末速度度,v,t,=,v,0,2,+,2,qU,m,方法2：动能定理做功分析：只受电场力，电场力做正功电场力的功,归纳与总结：,带电体在电场中加速运动问题的基本思路,1.,在匀强电场中,(1),牛顿第二定律与运动规律综合处理,(2),动能定理,2.,在非匀强电场中,应用能量观点分析,注意：,是否考虑重力的要根据具体情况确定,归纳与总结：带电体在电场中加速运动问题的基本思路1.在匀强,带电粒子在电场中的偏转,偏转装置结构模型,1,l,参量：,极板长,l,d,极板间距,d,充电后：,极板间匀强电场,E,极板间电势差,U,U,-,+,E,带电粒子在电场中的偏转偏转装置结构模型1 l参量：极,v,0,带电粒子进入偏转装置方式及其受力分析,2,-,+,E,进入方式：,以初速度,v,0,垂直电场方向进入偏转电场,受力分析：,不计重力,正电荷：,负电荷：,qE,qE,v0带电粒子进入偏转装置方式及其受力分析2-,偏转粒子的运动性质,3,初速度,v,0,电场力（恒力）,垂直,类平抛运动,匀变速曲线运动,轨迹：,抛物线,加速度：,a,=,qE,m,qU,md,=,动画,模拟,偏转粒子的运动性质3初速度 v0 垂直类平抛运动匀变速曲线运,v,0,-,+,E,qE,l,y,偏转距离,v,偏转方向,几个特征参量,4,偏转时间,t,垂直电场方向做,_,匀速直线运动,l,=,v,0,t,则：,t=,l,v,0,v0-+,偏转距离,y,初速度为零的匀加速直线运动,平行于电场方向做,_,y,=,1,2,at,2,a,=,qU,md,t=,l,v,0,y,=,1,2,qUl,2,mdv,0,2,偏转距离 y 初速度为零的匀加速直线运动平行于电场方向做,偏转方向,v,0,-,+,E,v,偏转方向,v,0,v,y,tan,=,v,y,v,0,v,y,=,at,a,=,qU,md,tan,=,qUl,mdv,0,2,t=l,/,v,0,偏转方向 v0-,例,14,试证明下图中，带电粒子垂直进,入偏转电场，离开电场时，,粒子,好象是从入射线中点直接射出来,的。,v,0,-,+,E,v,l,2,例14 试证明下图中，带电粒子垂直进v0-,带电粒子在匀强电场中的偏转,(1),运动性质,沿初速度方向：速度,为,的,运动,.,垂直,v,0,的方向：初速度,为,，,加速度为,a,的,匀加速直线运动,.,(2),运动规律,偏移距离：因为,t,_,，,a,_,，所以偏移距离,y,_.,偏转角度：因为,v,y,at,_,，,所以,知识梳理,v,0,匀速直线,零,带电粒子在匀强电场中的偏转知识梳理v0 匀速直线零,加速,偏转,5,U,1,加速,偏转,U,2,(1),出射时偏距离,y,(2),出射时偏转方向,(3),出射时速度大小,加速 偏转5U1加速偏转U2(1)出射时偏距离 y(2,2,题型探究,2题型探究,一、带电粒子在电场中的加速运动,分析带电粒子在电场中的加速运动，可以从动力学和功能关系两个角度进行分析，其比较如下：,内容,两个角度,动力学角度,功能关系角度,涉及知识,应用牛顿第二定律结合匀变速直线运动公式,功的公式及动能定理,选择条件,匀强电场，静电力是恒力,可以是匀强电场，也可以是非匀强电场，电场力可以是恒力，也可以是变力,一、带电粒子在电场中的加速运动内容动力学角度功能关系角度涉及,例,1,如图,4,所示，在点电荷,Q,激发的电场中有,A,、,B,两点，将质子和,粒子分别从,A,点由静止释放到达,B,点时，它们的速度大小之比为多少？,答案,解析,图,4,例1如图4所示，在点电荷Q激发的电场中有A、B两点，将质,质子和,粒子都带正电，从,A,点释放都将受电场力作用加速运动到,B,点，设,A,、,B,两点间的电势差为,U,，由动能定理可知,，,质子和粒子都带正电，从A点释放都将受电场力作用加速运动到B,针对训练,1,如图,5,所示，,P,和,Q,为两平行金属板，两极板间电压为,U,，在,P,板附近有一电子由静止开始向,Q,板运动，关于电子到达,Q,板时的速率，下列说法正确的,是,A.,两极板间距离越大，加速时间越长，获得的速率就越大,B.,两极板间距离越小，加速度越大，获得的速率就越大,C.,与两极板间距离无关，仅与加速电压,U,有关,D.,以上说法都不,正确,图,5,答案,针对训练1如图5所示，P和Q为两平行金属板，两极板间电压为,二、带电粒子在电场中的偏转,1.,带电粒子垂直进入匀强电场的运动类似于物体的平抛运动，可以利用运动的合成与分解知识分析,.,规律,：,2.,分析粒子的偏转问题也可以利用动能定理，即,qE,y,E,k,.,二、带电粒子在电场中的偏转2.分析粒子的偏转问题也可以利用动,3.,两个特殊推论：,(1),粒子从偏转电场中射出时，其速度方向的反向延长线与初速度方向的延长线交于一点，此点为初速度方向位移的中点，如图,6,所示,.,图,6,3.两个特殊推论：图6,例,2,一束电子流在经,U,5 000 V,的加速电压加速后，在距两极板等距离处垂直进入平行板间的匀强电场，如图,7,所示,.,若两板间距离,d,1.0 cm,，板长,l,5.0 cm,，那么，要使电子能从平行板间飞出，两个极板上最大能加多大电压？,答案,解析,图,7,400 V,例2一束电子流在经U5 000 V的加速电压加速后，在距,在加速电压一定时，偏转电压,U,越大，电子在极板间的偏转距离就越大，当偏转电压大到使电子刚好擦着极板的边缘飞出时，两板间的偏转电压即为题目要求的最大电压,.,加速过程中，由动能定理有：,进入偏转电场，电子在平行于板面的方向上做匀速直线运动,l,v,0,t,在垂直于板面的方向做匀加速直线运动，,在加速电压一定时，偏转电压U越大，电子在极板间的偏转距离就,即要使电子能飞出，所加电压最大为,400 V.,即要使电子能飞出，所加电压最大为400 V.,针对训练,2,如图,8,所示，两个板长均为,L,的平板电极，平行正对放置，两极板相距为,d,，极板之间的电势差为,U,，板间电场可以认为是匀强电场,.,一个带电粒子,(,质量为,m,，电荷量为,q,),从正极板边缘以某一初速度垂直于电场方向射入两极板之间，到达负极板时恰好落在极板边缘,.,忽略重力和空气阻力的影响,.,求,：,(1),极板间的电场强度,E,的大小,.,答案,解析,图,8,两极板间的电压为,U,，两极板的距离为,d,，所以电场强度大小为,针对训练2如图8所示，两个板长均为L的平板电极，平行正对放,(2),该粒子的初速度,v,0,的大小,.,答案,解析,带电粒子在极板间做类平抛运动，在水平方向上有,L,v,0,t,(2)该粒子的初速度v0的大小.答案解析带电粒子在极板间做类,(3),该粒子落到下极板时的末动能,E,k,的大小,.,答案,解析,(3)该粒子落到下极板时的末动能Ek的大小.答案解析,达标检测,3,达标检测3,1.,两平行金属板相距为,d,，电势差为,U,，一电子质量为,m,，电荷量为,e,，从,O,点沿垂直于极板的方向射出，最远到达,A,点，然后返回，如图,9,所示，,OA,h,，则此电子具有的初动能,是,1,2,3,4,答案,解析,图,9,1.两平行金属板相距为d，电势差为U，一电子质量为m，电荷量,1,2,3,4,电子从,O,点运动到,A,点，因受电场力作用，速度逐渐减小,.,根据题意和题图判断，电子仅受电场力，不计重力,.,根据能量守恒定律得,1234电子从O点运动到A点，因受电场力作用，速度逐渐减小.,1,2,3,4,2.,如图,10,所示，两极板与电源相连，电子从负极板边缘垂直电场方向射入匀强电场，且恰好从正极板边缘飞出,.,现使电子射入速度变为原来的,2,倍，电子仍从原位置射入，且仍从正极板边缘飞出，则两极板长度应变为原来,的,答案,解析,图,10,12342.如图10所示，两极板与电源相连，电子从负极板边缘,(1),带电粒子在,_,区域是加速的，在,_,区域是偏转的,.,(2),若,U,YY,0,，,U,XX,0,，则粒子向,_,极板偏移，若,U,YY,0,，,U,XX,0,，则粒子向,_,极板偏移,.,3.,如图,11,是示波管的原理图,.,它由电子枪、偏转电极,(,XX,和,YY,),、荧光屏组成，管内抽成真空,.,给电子枪通电后，如果在偏转电极,XX,和,YY,上都没有加电压，电子束将打在荧光屏的中心,O,点,.,1,2,3,4,图,11,答案,Y,X,答案,(1)带电粒子在_区域是加速的，在_区域是偏转的,4.,水平放置的两块平行金属板长,L,5.0 cm,，两板间距,d,1.0 cm,，两板间电压为,90 V,且上板为正,.,一电子沿水平方向以速度,v,0,2.0,10,7,m/s,从两板中间射入，如图,12,所示，求：,(,电子电荷量,q,1.6,10,19,C,，电子质量,m,e,9.1,10,31,kg)(,计算结果在小数点后保留两位有效数字,),(1),电子偏离金属板时的侧位移,；,1,2,3,4,答案,解析,图,12,0.49 cm,4.水平放置的两块平行金属板长L5.0 cm，两板间距d,(2),电子飞出电场时的速度；,1,2,3,4,答案,解析,2.04,10,7,m/s,速度的方向与,v,0,的夹角,满足,tan,0.2,(2)电子飞出电场时的速度；1234答案解析2.04107,(3),电子离开电场后，打在屏上的,P,点，若,s,10 cm,，求,OP,的长,.,1,2,3,4,答案,解析,2.49 cm,电子飞出电场后做匀速直线运动，则,OP,y,s,tan,2.49 cm,.,(3)电子离开电场后，打在屏上的P点，若s10 cm，求O,