带电粒子在电场中运动讲稿.ppt

关于带电粒子在电场中运动第一页，讲稿共二十四页哦研究运动前的研究运动前的”热身热身”1 1、带电粒子在电场中要受到哪些力的作用？、带电粒子在电场中要受到哪些力的作用？带电粒子带电粒子在电场中通常要受到重力和电场力在电场中通常要受到重力和电场力2 2、何时考虑带电粒子的重力？、何时考虑带电粒子的重力？（1）、基本粒子）、基本粒子物质微观结构中的基本粒子。物质微观结构中的基本粒子。常见：质子、电子、常见：质子、电子、粒子、离子等除有说明或明确的粒子、离子等除有说明或明确的暗示以外，常常忽略其重力。暗示以外，常常忽略其重力。（2）带电颗粒）带电颗粒 常见：带电油滴、带电尘埃、带电小球等常见：带电油滴、带电尘埃、带电小球等 除有说除有说 明或明或明确的暗示以外，其重力一般不能忽略明确的暗示以外，其重力一般不能忽略。第二页，讲稿共二十四页哦3 3、带电粒子在电场中运动时，电场力对粒子的运、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？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）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。对粒子做功，改变粒子的动能。4 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，所受电场力是恒带电粒子在均强电场中运动时，所受电场力是恒力力,产生恒定的加速度，所以带电粒子在均强电场产生恒定的加速度，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中的运动跟物体在重力场中的自由落体和抛体运动相似动相似.第三页，讲稿共二十四页哦研究带电粒子运动的主要工具：研究带电粒子运动的主要工具：电场力电场力 加速度加速度 电场力的功电场力的功 动能定理动能定理 F=qEa=F/mW=qU第四页，讲稿共二十四页哦方法方法1：从动力学和运动学角度分析粒子被加速从动力学和运动学角度分析粒子被加速动力学：动力学：F=qEa=F/m运动学：运动学：U+-m m qd一、带电粒子的加速：一、带电粒子的加速：第五页，讲稿共二十四页哦方法：方法：从做功和能量的角度分析粒子被加速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粒子只受到电场力做功0思考思考：如果不是匀强电场，上面公式是否适用？：如果不是匀强电场，上面公式是否适用？U+-dq 0显然，用功能关系解题简便！显然，用功能关系解题简便！第六页，讲稿共二十四页哦 电荷量为电荷量为e e的电子从金属丝移动到金属板。两处的电势差为的电子从金属丝移动到金属板。两处的电势差为U U，电势能变化（减少）为，电势能变化（减少）为e Ue U.电势能的变化全部转化为电电势能的变化全部转化为电子的动能子的动能。解：解：所以所以第七页，讲稿共二十四页哦求解带电体在电场中运动的二条思路求解带电体在电场中运动的二条思路:1.从动力学的角度从动力学的角度:可利用牛顿运动定律和运动学的知识可利用牛顿运动定律和运动学的知识2.从能量的角度从能量的角度:可利用动能定理和能量守恒定律可利用动能定理和能量守恒定律 结论：结论：由于电场力做功与场强是否匀强无关，与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。加速问题时，一般都是利用动能定理进行处理。第八页，讲稿共二十四页哦练习：练习：带负电的小球静止在水平放置的平行板电容器两带负电的小球静止在水平放置的平行板电容器两板间，距下板板间，距下板h=0.8cm,两板间的电势差为两板间的电势差为300V,如如果两板间电势差减小到果两板间电势差减小到60V,求带电小球运动到极板求带电小球运动到极板上时的速度上时的速度?+_dh讨论讨论:求带电小球运动到极板上的时间求带电小球运动到极板上的时间?第九页，讲稿共二十四页哦二、带电粒子的偏转二、带电粒子的偏转沿初速度方向：速度为沿初速度方向：速度为v0的匀速直线运动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沿电场力方向：初速为零的匀加速直线运动1、运动状态：、运动状态：带电粒子以初速度带电粒子以初速度v0垂直于电场线方向飞入两带电垂直于电场线方向飞入两带电平行板产生的匀强电场平行板产生的匀强电场,受到恒定的与初速度方向垂直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。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：、研究方法：运动的合成和分解（类平抛运动）运动的合成和分解（类平抛运动）第十页，讲稿共二十四页哦不计重力，初速度垂直于电场方向飞入匀强电场不计重力，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）粒子在与电场垂直的方向上做匀速直线运动匀速直线运动）粒子在与电场平行的方向上做）粒子在与电场平行的方向上做初速度为零的匀加速运动初速度为零的匀加速运动类平抛运动的分析方法类平抛运动的分析方法 l+-q qv vv v0 0v vy yyd dX=v0t tt=vy=ataty y=v v0 0F F=tan s ss s离开电场时偏移量离开电场时偏移量:离开电场时偏转角离开电场时偏转角:在电场中飞行时间在电场中飞行时间:第十一页，讲稿共二十四页哦t=vy=at=aty=tan 解：解：代入数据得代入数据得y=0.36代入数据得代入数据得=6.80第十二页，讲稿共二十四页哦结论：结论：带电粒子初速度垂直于电场方向飞入匀强电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。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下面看看加速和偏转一体的问题第十三页，讲稿共二十四页哦例例:离子发生器发射出一束质量为离子发生器发射出一束质量为m m，电荷量为，电荷量为q q的负离子，的负离子，从静止从静止 经加速电压经加速电压U U 1 1 加速后，获得速度加速后，获得速度 ，并沿垂直，并沿垂直于电场线方向射入两平行板中央，受偏转电压于电场线方向射入两平行板中央，受偏转电压U U2 2作用后，作用后，以速度以速度离开场，已知平行板长为离开场，已知平行板长为，两板间距离为，两板间距离为d d，求：，求：1 1）离子在偏转电场中运动的时）离子在偏转电场中运动的时间、加速度、速度的大小；间、加速度、速度的大小；2 2）离子在离开偏转电场的）离子在离开偏转电场的横向偏移量和偏转角横向偏移量和偏转角的正切值。的正切值。l+-u u1 1dv v0 0第十四页，讲稿共二十四页哦解：解：由动能定理得到由动能定理得到即即=v v0 0t=a=v vy y=at v vv vy y l+-q qv v0 0F Fu u1 1v v0 0第十五页，讲稿共二十四页哦 l+-q qyv v0 0F F u u1 1v vy yv v0 0at=速度偏转角的正切值：速度偏转角的正切值：tan=v v0 0=v vy y偏转量偏转量和带电粒子和带电粒子q、m无关，无关，只取决于加速场和偏转场只取决于加速场和偏转场偏转角偏转角和带电粒子和带电粒子q、m无关，无关，只取决于加速场和偏转场只取决于加速场和偏转场第十六页，讲稿共二十四页哦思考题：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。否会分为三股？请说明理由。答案：答案：通过加速电场时获得的动能通过加速电场时获得的动能Ek=qU,加速电压相加速电压相同，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。场决定，所以三种粒子不可能分开为三股。第十七页，讲稿共二十四页哦三、示波管的原理三、示波管的原理构造构造:由电子枪、偏转电极和荧光屏组成。管内抽成真空。由电子枪、偏转电极和荧光屏组成。管内抽成真空。第十八页，讲稿共二十四页哦巩固巩固:推出偏移推出偏移y的表达式的表达式yyLl/2第十九页，讲稿共二十四页哦t/sU0U0锯齿形电压锯齿形电压:u/v第二十页，讲稿共二十四页哦课堂小结：课堂小结：一、利用电场使带电粒子加速一、利用电场使带电粒子加速二、利用电场使带电粒子偏转二、利用电场使带电粒子偏转从动力学和运动学角度分析从动力学和运动学角度分析从做功和能量的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类似平抛运动的分析方法粒子在与电场垂直的方向上做粒子在与电场垂直的方向上做匀速直线运动匀速直线运动粒子在与电场平行的方向上做粒子在与电场平行的方向上做初速度为零的匀加速运动初速度为零的匀加速运动第二十一页，讲稿共二十四页哦巩固练习巩固练习1、如图所示，有三个质量相同、如图所示，有三个质量相同,分别带有正电、负电和不带分别带有正电、负电和不带电的微粒电的微粒,从极板的左侧中央以相同的初速度先后垂直射入从极板的左侧中央以相同的初速度先后垂直射入,分分别落在正极板的别落在正极板的A、B、C三处。则三处。则:A.微粒微粒A带正电带正电,B不带电不带电,C带负电带负电B.三个微粒在电场中的运动时间相等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三个微粒在电场中加速度aAaBEKBEKCC B Avo_+第二十二页，讲稿共二十四页哦2、一束电子流在经、一束电子流在经U=500V的加速电压加速后的加速电压加速后,在距两极板在距两极板等距处垂直进入平行板间的匀强电场等距处垂直进入平行板间的匀强电场.如图所示如图所示,若两板间距若两板间距d,板长板长L,那么要使电子能从平行板间飞出那么要使电子能从平行板间飞出,两个极板上最多能两个极板上最多能加多大的电压加多大的电压?dv0uL第二十三页，讲稿共二十四页哦感感谢谢大大家家观观看看第二十四页，讲稿共二十四页哦