带电粒子在电场中的运动.ppt

复习 1 基本规律和定律 1 匀变速运动规律 匀变速直线运动的所有公式 2 牛顿运动定律 牛顿三大定律 3 曲线运动的处理方法 运动的合成和分解 4 动能定理 5 能量守恒定律 2 处理问题的要点 注意区分不同的物理过程 弄清在不同物理过程中物体的受力情况及运动性质 第八节带电粒子在电场中的运动 一 带电粒子在电场中的加速 例题 在加上电压U并处于真空中的金属板间有一正电荷q 质量为m 只在电场力作用下从静止释放 电荷将做什么运动 求电荷到达负极板时的速度 A B 1 运用运动学和动力学方法求解 设板间距为d 因电场力为恒力 所以有 2 运用能量观点求解 注 该方法不仅适用于匀强电场也适用于非匀强电场 例题1 实验表明 炽热的金属丝可以发射电子 在炽热金属丝和金属板间加以电压U 2500V 从炽热金属丝发射出的电子在真空中被加速后 从金属板的小孔穿出 电子射出后的速度有多大 设电子刚从金属丝射出时的速度为零 U 金属丝金属板 V E 电子的质量为0 91 10 30kg 电子的电荷量e 1 6 10 19C 解 金属丝和金属板间的电场虽然不是匀强电场 但仍可用可得代入数据得 v 3 0 107m s 一 带电粒子 微粒 在电场中的直线加速问题 基本思路 先判断是什么电场 分析物体受力情况及运动性质 1 在匀强电场中 1 牛顿第二定律与运动规律综合处理 2 应用能量 动能定理 的观点分析问题 2 在非匀强电场中应用能量 动能定理 分析问题 例题1 实验表明 炽热的金属丝可以发射电子 在炽热金属丝和金属板间加以电压U 2500V 从炽热金属丝发射出的电子在真空中被加速后 从金属板的小孔穿出 电子射出后的速度有多大 U 金属丝金属板 V E 电子的质量为0 91 10 30kg 电子的电荷量e 1 6 10 19C 如图一带电粒子以垂直匀强电场的场强方向以初速度v0射入电场 若不计粒子的重力 带电粒子将做什么运动 d q 二 带电粒子在匀强电场中的偏转 q y 垂直电场方向 匀速直线运动 沿电场方向 初速为零的匀加速直线运动 m U2 d L 垂直电场方向 沿电场方向 ay F m qE m qU md 运动分析 Vt2 V02 Vy2 做类似平抛运动 Vx V0 X V0t 例题2 如图所示一电子以初速度V0 3 0X107m s沿垂直电场方向射入的电场 两极板的长度为L 6 0cm 相距d 2cm 极板间电压U 200V 求1 电子射出电场所用时间 v0 q m U L 解 1 电子在水平方向做匀速运动 由L v0t可求得电子在电场中的运动时间t L v0 例题2 一电子水平射入如图所示的电场中 射入时的速度V0 3 0X107m s 两极板的长度为L 6 0cm 相距d 2cm 极板间电压U 200V 求2 电子射出电场时沿垂直板面方向偏移的距离y q y m U L 解 1 电子在垂直电场方向做匀速运动 由L v0t可求得电子在电场中的运动时间t L v0 2 电子在沿电场方向做匀加速运动 加速度a F m qE m eU md 电子射出电场时竖直偏移的距离y at2 2 其中t为电子在电场中运动时间 根据y at2 2中 得到代入数值得y 0 36cm 例题2 一电子水平射入如图所示的电场中 射入时的速度V0 3 0X107m s 两极板的长度为L 6 0cm 相距d 2cm 极板间电压U 200V 求3 电子离开电场时偏转的角度 v0 q y m U2 L y 3 电子离开电场时沿电场方向的分速度为Vy 离开电场时的偏转角度为角度为6 8度 Vy V0 Vt 例题2 一电子水平射入如图所示的电场中 射入时的速度V0 3 0X107m s 两极板的长度为L 6 0cm 相距d 2cm 极板间电压U 200V 4 如何求电子离开电场时的速度 y Vy Vt V0 二 带电粒子 微粒 在电场中的偏转问题 处理电偏转问题的基本思路 1 运动的合成与分解 2 能量观点 动能定理 对于匀强电场则常用 例题 在加上电压U并处于真空中的金属板间有一正电荷q 质量为m 只在电场力作用下从静止释放 电荷将做什么运动 例题1 实验表明 炽热的金属丝可以发射电子 在炽热金属丝和金属板间加以电压U 2500V 从炽热金属丝发射出的电子在真空中被加速后 从金属板的小孔穿出 电子射出后的速度有多大 例题2 如图所示一电子以初速度V0 3 0X107m s沿垂直电场方向射入的电场 两极板的长度为L 6 0cm 相距d 2cm 极板间电压U 200V 求1 电子射出电场所用时间 1 带电粒子 1 一般微观粒子 如电子 质子等 在电场中运动时重力远小于电场力 所以一般不计重力 但质量不可忽略 2 带电体 如液滴 尘埃 小球等 一般重力不能忽略 一般情况下 带电粒子指微观粒子 但有时粒子的含义不明确 需根据题目所给条件加以分析 如重力与电场力大小相近时 重力不可忽略 若电场力远大于重力 可忽略 也可根据物体的运动性质来判断 注意 1 匀强电场 如在带等量异种电荷的平行金属板之间的电场 2 非匀强电场 如单个的正电荷形成的电场 单个的负电荷形成的电场 等量异种电荷形成的电场 等量同种电荷形成的电场 点电荷与带电平板所形成的电场等 2 电场 3 分析受力时要多一项电场力 讨论功能问题时要正确计算电场力做功及电势能的变化 直线加速器 粒子在每个加速电场中的运动时间相等 因为交变电压的变化周期相同 课堂练习题2 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 它们是否会分为三股 请说明理由 比较离子在偏转电场的侧移距离y 如果y不相同 比较离子是否以相同偏角 射出 如果y相同 如果 不相同 会分为三股 如果 相同 不会分为三股 会分为三股 练习1 一个初速度为零的电子 在场强为4 0 103V m的匀强电场中被加速 求经过2 0 10 8s后 电子的速度和动能 解 电子在匀强电场中的加速度 a F m eE m速度 v at eEt m 1 4 10 7m s 动能Ek 8 9 10 17J 练习2 一动能为1000eV的电子 沿着与电场垂直的方向进入匀强偏转电场 已知偏转电极长6 0cm 相距离1cm 偏转电压4 0V 求电子离开偏转电场时的偏转角度 解 由偏转角度公式及1eV 1 6 10 19J 有 0 012 得 0 69 练习3 两块平行的金属板A B之间的电压是80V 一个电子以6 0 106m s的速度从小孔C垂直A板进入电场 该电子能打在B板上吗 如果能打在B板上 它到达B板时的速度有多大 如果电源电压变为120V 情况又会怎样 解 电子射入电场时具有的初动能 Ek 1 6 10 17J 电子从A板到达B板需克服电场力做功 W qU 1 3 10 17JEk W 可见电子能打在B板 到达B板时的速度为v 如果电源电压变为120V 则电子从A板到达B板需克服电场力做功 W qU 1 9 10 17J 这时Ek W 电子不能打在B板 三 带电粒子先加速后偏转在电子技术中的应用 示波管 构造 电子枪 偏转电极 荧光屏 原理图 V0 L P Y Y 1 如图所示 在真空室中有两个水平金属板 板间距为d 有一质量为m的带电液滴 电荷量为q 自上极板的上表面处由静止开始自由下落 当它运动到两极板间距离的中点时 给两极板加电压U 使电荷受到向上的力 当电压等于多大时 才能使小液滴在刚好接近下极板时开始向上运动 课堂练习 mq d 解析 方法一 液滴自由落体至两板间中点时速度大小由V2 2gh得V 加上电压后所受合力F qU d mg液滴向上的加速度大小a F m qU md g再经d 2的距离速度减为零 即V2 2a d 2 qU md g d由 解得U 2mgd q 方法二 对整个过程进行研究 初速 末速均为零 Ek 0由动能定理有 mgd qU 2 0解得 U 2mgd q 2 如图所示 A B为两块足够大的平行金属板 接在电压为U的电源上 在A板的中央P点处放置一个电子放射源 可以向各个方向发射电子 设电子的质量为m 电量为e 射出的初速度为v 求电子打在B板上的区域面积 不计电子的重力 课堂练习 课堂小节 1 带电粒子在匀强电场中的运动 加速和偏转 处理方法 运动学观点或能的观点 2 示波管的构造及工作原理