高中物理带电粒子在电场中的运动课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,仪器名称：示波器 型 号：,COS5100,系统运行时，数以,10,亿计的电子就将从这条加速管中以接近光速冲进储存环中发生碰撞,北京正负电子对撞机加速器的起点,.,仪器名称：示波器 型 号：COS5100系统运行时，数以1,1,1.8,带电粒子在电场,中的运动,(2,课时,),新课标高中物理选修,3,1,第一章,静电场,.,1.8 带电粒子在电场 新课标高中物理选修31第一章,2,3,、某些带电体是否考虑重力，要根据题目暗示或运动状态来判定,电场中的带电粒子一般可分为两类：,1,、带电的基本粒子：如电子，质子，,粒子，正负离子等。这些粒子所受重力和电场力相比小得多，除非有说明或明确的暗示以外，一般都不考虑重力。（但并不能忽略质量）。,2,、带电微粒：如带电小球、液滴、尘埃等。除非有说明或明确的暗示以外，一般都考虑重力。,第一课时,.,3、某些带电体是否考虑重力，要根据题目暗示或运动状态来判定电,3,带电粒子在匀强电场中,运动情况：,受到恒定的电场力,受力情况：,做匀变速运动,.,带电粒子在匀强电场中运动情况：受到恒定的电场力受力情况：,4,一,.,带电粒子在电场中的加速,用牛顿运动定律分析,用动能定理分析,E,1,（加速电压）,.,一.带电粒子在电场中的加速用牛顿运动定律分析用动能定理分,5,q,U,m,+,_,带电粒子的加速,d,1,、受力分析,:,水平向右的电场力,F,Eq=qU/d,F,2,、运动分析,:,初速度为零，加速度为,a=qU/md,的向右,匀加速直线运动,。,解法一运用运动学知识求解,解法二运用能量知识求解,粒子加速后的速度只与加速电压有关,.,qUm+_带电粒子的加速 d1、受力分析:水平向右的电场力,6,思考题,如两极板间不是匀强电场该用何种方法求解？为什么？,由于电场力做功与场强是否匀强无关，与运动路径也无关，第二种方法,仍,适用！,.,思考题 如两极板间不是匀强电场该用何种方法求解？为什么,7,所以,例,1,.,所以例1.,8,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,进行处理。,.,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，,9,例,2,：如图所示，在,P,板附近有一电子由静止开始向,Q,板运动，则关于电子在两板间的运动情况，下列叙述正确的是：,(),A.,两板间距越大，加速的时间越长,B.,两板间距离越小，加速度就越大，则电子到达,Q,板时的速度就越大,C.,电子到达,Q,板时的速度与板间距离无关，仅与加速电压有关,D.,电子的加速度和末速度都与板间距离无关,AC,.,例2：如图所示，在P板附近有一电子由静止开始向,10,l,d,+,-,+,U,v,0,q,、,m,二,.,带电粒子在电场中的偏转,.,ld+-,11,l,d,+,-,+,U,v,0,q,、,m,F,+,v,v,0,v,y,y,偏转角,侧移,二,.,带电粒子在电场中的偏转,试根据类平抛运动的知识，推导偏移量,y,和偏转角,.,ld+-,12,1.,受力分析：粒子受到竖直向下的静电力,F,Eq,=,qU/d,。,2,.,运动规律分析,:,粒子作,类平抛,运动,。,x,方向：,匀速直线运动,Y,方向：,加速度为 的,匀,加速直线运动,。,v,v,0,v,y,3.,x,方向,4.,y,方向,5,、离开电场时的偏转角度的正切：,y,v,0,v,y,F,v,+,+,+,+,+,+,-,-,-,-,-,-,v,0,Y,d,U,Y,q,L,.,1.受力分析：粒子受到竖直向下的静电力FEq=qU/d。2,13,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。,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,初速为零的匀加速运动,.,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,14,例,3,.,例3.,15,L,三、加速和偏转一体,+,+,+,+,+,+,-,-,-,-,-,-,v,v,0,v,y,+,_,U,1,U,2,v,0,-,q,m,y,.,L三、加速和偏转一体+-vv0v,16,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。,答案：,通过加速电场时获得的动能,E,k,=,qU,加速电压相同，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和偏转电场决定，所以三种粒子不可能分开为三股。,v,v,y,y,L,+,+,+,+,+,+,-,-,-,-,-,-,v,0,+,-,U,1,U,2,v,0,-,q,m,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,17,1,、试证明：带电粒子垂直进入偏转电场，离开电场时就好象是从初速度所在直线的,中点沿直线,离开电场的。,x,强化练习,.,1、试证明：带电粒子垂直进入偏转电场，离开电场时就好象是从初,18,作业,1,：离子发生器发射出一束质量为,m,，电荷量为,q,的负离子，从静止 经加速电压,U,1,加速后，获得速度,v,0,，并沿垂直于电场线方向射入两平行板中央，受偏转电压,U,2,作用后，以速度,离开电场，已知平行板长为,，两板间距离为,d,，,1,）离子在偏转电场中运动,的时间、加速度、速度,的大小；,2,）离子在离开偏转电场时,的沿电场方向的偏移量和偏转角的正切值。,l,+,+,+,+,+,+,-,-,-,-,-,-,u,1,d,v,0,求：,.,作业1：离子发生器发射出一束质量为m，电荷量为q的负,19,作业,2,：一束电子流经,U,=5000V,的电压加速后，在距两极板等间距处垂直进入平行板间的匀强电场中，若两板间距,d,=1.0cm,，板长,l,=5.0cm,，那么，要使电子能从平行板间飞出，两个板之间的电压最多能加多少？,.,作业2：一束电子流经 U=5000V 的电压,20,四,、示波器的原理（第二课时）,1.,示波器作用：是一种用来观察电信号随时间变化的电子仪器。,2.,它的核心部件是示波管：由电子枪、偏转电极和荧光屏组成，管内抽成真空。,.,四、示波器的原理（第二课时）1.示波器作用：是一种用来观察,21,产生,高速,飞行的,电子束,待显示,的电压信号,锯齿形,扫描电压,使电子沿,Y,方向,偏移,使电子沿,x,方向,偏移,四、示波器的原理,.,产生高速飞行的电子束待显示的电压信号锯齿形扫描电压使电子沿Y,22,已知：,U,1,、,l,、,YY,偏转电极的电压,U,2,、板间距,d,、,板端到荧光屏的距离,L,。,求：电子射出偏转电场时的偏向角正切值,tan,及打到屏上电子的偏移量,y,。,偏移量与,YY,偏转电极的电压,U,2,成正比,3.,原理,.,已知：U1、l、YY偏转电极的电压U2、板间距d、板端,23,1,）、如果在电极,XX,之间不加电压，而在,YY,之间加,不变电压,，使,Y,的电势比,Y,高，电子将打在荧光屏的什么位置？,电子沿,Y,方向,向上,偏移,四、示波器的原理,.,1）、如果在电极XX之间不加电压，而在YY之间加不变电压,24,2,）、如果在电极,XX,之间不加电压，而在,YY,之间加,不变电压,，使,Y,的电势比,Y,高，电子将打在荧光屏的什么位置？,电子沿,Y,方向,向下,偏移,四、示波器的原理,.,2）、如果在电极XX之间不加电压，而在YY之间加不变电压,25,3,）、,如果在电极,YY,之间不加电压，但在,XX,之间加,不变电压,，使,X,的电势比,X,高，电子将打在荧光屏的什么位置？,电子沿,X,方向,向里,偏移,四、示波器的原理,.,3）、如果在电极 YY之间不加电压，但在XX之间加不变电,26,4,）、,如果在电极,YY,之间不加电压，但在,XX,之间加,不变电压,，使,X,的电势比,X,高，电子将打在荧光屏的什么位置？,电子沿,X,方向,向外,偏移,四、示波器的原理,.,4）、如果在电极 YY之间不加电压，但在XX之间加不变电,27,5,）、如果在电极,XX,之间不加电压，但在,YY,之间加如图所示的,交变电压,，在荧光屏上会看到什么图形？,0tt,1,电子沿,Y,方向,向上,偏移,四、示波器的原理,.,5）、如果在电极XX之间不加电压，但在YY之间加如图所示,28,6,）、如果在电极,XX,之间不加电压，但在,YY,之间加如图所示的,交变电压,，在荧光屏上会看到什么图形？,t,1,tt,2,电子沿,Y,方向,向下,偏移,四、示波器的原理,.,6）、如果在电极XX之间不加电压，但在YY之间加如图所示,29,7,）、如果在,YY,之间加如图所示的,交变电压,，同时在,XX,之间加,不变电压,，使,X,的电势比,X,高,，,在荧光屏上会看到什么图形？,0tt,1,电子沿,Y,方向,向上,偏，沿,X,方向,向里,偏,四、示波器的原理,.,7）、如果在YY之间加如图所示的交变电压，同时在XX之间,30,8,）、如果在,YY,之间加如图所示的,交变电压,，同时在,XX,之间加,不变电压,，使,X,的电势比,X,高，在荧光屏上会看到什么图形？,t,1,tt,2,电子沿,Y,方向,向下,偏，沿,X,方向,向里,偏,四、示波器的原理,.,8）、如果在YY之间加如图所示的交变电压，同时在XX之间,31,8,）、如果在,YY,之间加如图所示的,交变电压,，同时在,XX,之间加,不变电压,，使,X,的电势比,X,高，在荧光屏上会看到什么图形？,电子沿,Y,方向,向上向下,偏，沿,X,方向,向外,偏,四、示波器的原理,.,8）、如果在YY之间加如图所示的交变电压，同时在XX之间,32,10,）、如果在,YY,之间加如图所示的,交变电压,，同时在,XX,之间加,锯齿形扫描电压,，在荧光屏上会看到什么图形？,X,Y,O,A,B,C,D,E,F,A,B,C,D,E,F,A,B,O,C,t,1,D,E,F,t,2,四、示波器的原理,.,10）、如果在YY之间加如图所示的交变电压，同时在XX之,33,课堂小结：,一、利用电场使带电粒子加速,二、利用电场使带电粒子偏转,从动力学和运动学角度分析,从做功和能量的角度分析,类似平抛运动,的分析方法,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,初速度为零的匀加速运动,.,课堂小结：一、利用电场使带电粒子加速二、利用电场使带电粒子偏,34,2,、,下列粒子由静止经加速电压为,U,的电场加速后，哪种粒子动能最大（）哪种粒子速度最大（）,A,、质子,B,、电子,C,、氘核,D,、氦核,强化练习,与,电量,成正比,与,比荷平方根,成正比,D,B,e/m,1840e/m,e/2m,2e/4m,.,2、下列粒子由静止经加速电压为U的电场加速后，哪种粒子动能最,35,3,、,如图所示，,M,、,N,是在真空中竖直放置的两块平行金属板，质量为,m,、电量为,+q,的质子，以极小的初速度由小孔进入电场，当,M,、,N,间电压为,U,时，粒子到达,N,板的速度为,v,，如果要使这个带电粒子到达,N,板的速度为,2,v,，则下述方法能满足要求的是（）,A,、使,M,、,N,间电压增加为,2U B,、使,M,、,N,间电压增加为,4U C,、使,M,、,N,间电压不变，距离减半,D,、使,M,、,N,间电压不变，距离加倍,M,N,U,d,+,v,与,电压平方根,成正比,B,强化练习,.,3、如图所示，M、N是在真空中竖直放置的两块平行金属板，质量,36,4,、,质量为,m,、带电量为,q,的粒子以初速度,v,从中线垂直进入偏转电场，刚好离开电场，它在离开电场后偏转角正切为,0.5,，则下列说法中正确的是,A,、如果偏转电场的电压为原来的一半，则粒子离开电场后的偏转角正切为,0.25