带电粒子在电场中运动（教育精品）

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,*,1-9,带电粒子在电场中的运动,研究运动前的,”,热身,”,1,、带电粒子在电场中要受到哪些力的作用？,带电粒子,在电场中通常要受到重力和电场力,2,、何时考虑带电粒子的重力？,（,1,）、基本粒子,物质微观结构中的基本粒子。,常见：质子、电子、,粒子、离子等除有说明或明确的暗示以外，常常忽略其重力。,（,2,）带电颗粒,常见：带电油滴、带电尘埃、带电小球等 除有说 明或明确的暗示以外，其重力一般不能忽略,。,3,、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？,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）对粒子做功，改变粒子的动能。,4,、,带电,粒子,在匀强电场中运动时，运动有什么特点,?,带电,粒子,在均强电场中运动时，所受电场力是恒力,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,.,研究带电粒子运动的主要工具：,电场力,加速度,电场力的功,动能定理,F=,qE,a=F/m,W=,qU,方法,1,：,从动力学和运动学角度分析粒子被加速,动力学：,F,=,qE,a,=,F,/,m,运动学：,U,+,-,m,q,d,一、带电粒子的加速：,方法：,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,0,思考,：如果不是匀强电场，上面公式是否适用？,U,+,-,d,q,0,显然，用功能关系解题简便！,电荷量为,e,的电子从金属丝移动到金属板。两处的电势差为,U,，电势能变化（减少）为,e U,.,电势能的变化全部转化为电子的动能,。,解：,所以,求解带电体在电场中运动的二条思路,:,1.,从动力学的角度,:,可利用牛顿运动定律和运动学的知识,2.,从能量的角度,:,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。,练习：,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,h=0.8cm,两板间的电势差为,300V,如果两板间电势差减小到,60V,求带电小球运动到极板上时的速度,?,+,_,d,h,讨论,:,求带电小球运动到极板上的时间,?,二、带电粒子的偏转,沿初速度方向：速度为,v,0,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,1,、运动状态：,带电粒子以初速度,v,0,垂直于电场线方向飞入两带电平行板产生的匀强电场,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，轨迹为抛物线。,2,、研究方法：,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,）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,类平抛运动的分析方法,l,+,+,+,+,+,+,-,-,-,-,-,-,-,q,v,v,0,v,y,y,d,X,=,v,0,t,t,=,=,v,y,=,at,y,=,v,0,F,=,tan,s,s,离开电场时偏移量,:,离开电场时偏转角,:,在电场中飞行时间,:,t,=,=,v,y,=at,y,=,=,tan,解：,代入数据得,y,=,0.36,代入数据得,=,6.8,0,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,下面看看加速和偏转一体的问题,例,:,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 ，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,离开场，已知平行板长为,，两板间距离为,d,，求：,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的横向偏移量和偏转角,的正切值。,l,+,+,+,+,+,+,-,-,-,-,-,-,u,1,d,v,0,解：,由动能定理得到,即,=,v,0,t,=,=,a,=,v,y,=,at,v,v,y,l,+,+,+,+,+,+,-,-,-,-,-,-,-,q,v,0,F,u,1,v,0,l,+,+,+,+,+,+,-,-,-,-,-,-,-,q,y,v,0,F,u,1,v,y,v,0,a,t,=,速度偏转角的正切值：,tan,=,v,0,=,v,y,偏转量,和带电粒子,q,、,m,无关，,只取决于加速场和偏转场,偏转角,和带电粒子,q,、,m,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。,三、示波管的原理,构造,:,由电子枪、偏转电极和荧光屏组成。管内抽成真空。,巩固,:,推出偏移,y,的表达式,y,y,L,l/2,t/s,U,0,U,0,锯齿形电压,:,u/v,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,巩固练习,1,、如图所示，有三个质量相同,分别带有正电、负电和不带电的微粒,从极板的左侧中央以相同的初速度先后垂直射入,分别落在正极板的,A,、,B,、,C,三处。则,:,A.,微粒,A,带正电,B,不带电,C,带负电,B.,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,a,A,a,B,E,KB,E,KC,C B A,v,o,_,+,2,、一束电子流在经,U=500V,的加速电压加速后,在距两极板等距处垂直进入平行板间的匀强电场,.,如图所示,若两板间距,d,板长,L,那么要使电子能从平行板间飞出,两个极板上最多能加多大的电压,?,d,v,0,u,L,