高中物理 第9节 带电粒子在电场中的运动课件 新人教选修31.ppt

带电粒子在粒子在电场中的运中的运动2021/8/11 星期三1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？对于象质子、电子、离子等带电微粒在电场对于象质子、电子、离子等带电微粒在电场中运中运 动时，我们怎样处理它们的受力？动时，我们怎样处理它们的受力？带电粒子在电场中通常要受到重力和电场力带电粒子在电场中通常要受到重力和电场力质子、电子、离子等带电微粒所受重力一般远小于质子、电子、离子等带电微粒所受重力一般远小于电场力，重力可以忽略。重力势能就可以不考虑。电场力，重力可以忽略。重力势能就可以不考虑。研究运动前的研究运动前的”热身热身”2021/8/11 星期三2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。力）对粒子做功，改变粒子的动能。带电粒子在均强电场中运动时，运动有什么特点带电粒子在均强电场中运动时，运动有什么特点?带电粒子在均强电场中运动时，所受电场力是带电粒子在均强电场中运动时，所受电场力是恒力恒力,产生恒定的加速度，所以带电粒子在均产生恒定的加速度，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和抛体运动相似.带电粒子在电场中运动时，电场力对粒子的运动有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？什么效果？2021/8/11 星期三3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=qU2021/8/11 星期三4粒子的运动象重力场中的什么运动？粒子的运动象重力场中的什么运动？E+q不不计计粒粒子子重重力力F=qEV0=0自由落体，你答对了自由落体，你答对了2021/8/11 星期三5粒子的运动象重力场中的什么运动？粒子的运动象重力场中的什么运动？V0 F=qE不不计计粒粒子子重重力力-q上抛运动，你答对了上抛运动，你答对了E2021/8/11 星期三6粒子的运动象重力场中的什么运动？粒子的运动象重力场中的什么运动？EF=qE+qV0不不计计粒粒子子重重力力平抛运动，你答对了平抛运动，你答对了2021/8/11 星期三7下下 面面 我我 们们 来来 研研 究究电电 场场 对对 带带 电电 粒粒 子子 的的加加 速速 问问 题题2021/8/11 星期三8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 qm qd2021/8/11 星期三9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还有问题：如果不是匀强电场，上面公式是否适用？还有问题：如果不是匀强电场，上面公式是否适用？U+-dq 0由于电场力做功与场强是否匀强无关，由于电场力做功与场强是否匀强无关，与运动路径也无关，上面公式仍适用！与运动路径也无关，上面公式仍适用！显然，用功能关系解题简便！显然，用功能关系解题简便！2021/8/11 星期三10 电荷量为电荷量为e e的电子从金属丝移动到金属板。两处的的电子从金属丝移动到金属板。两处的电势差为电势差为U U，电势能变化（减少）为，电势能变化（减少）为e U.e U.电势能的变化电势能的变化全部转化为电子的动能。全部转化为电子的动能。解：解：所以所以2021/8/11 星期三11 结论：由于电场力做功与结论：由于电场力做功与场强是否匀强无关，与运场强是否匀强无关，与运动路径也无关，所以在处动路径也无关，所以在处理电场对带电粒子的加速理电场对带电粒子的加速问题时，一般都是利用动问题时，一般都是利用动能定理进行处理。能定理进行处理。2021/8/11 星期三12下面我们来研究下面我们来研究电场对带电粒子的电场对带电粒子的偏转问题偏转问题2021/8/11 星期三13、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处理方法：处理方法：）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类似平抛运动的分析方法类似平抛运动的分析方法 l+-q-qv vv0v0vyvyyd dvxv0X=v0t tt=vy=ataty=y=v0v0F F=tan s ss 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:2021/8/11 星期三14t=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=6.802021/8/11 星期三15结论：带电粒子初速度垂直于电场方向飞入匀结论：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。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粒子在与电场平行的方向上做初速为零的匀加速运动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2021/8/11 星期三16巩固练习：巩固练习：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，从静止的负离子，从静止经加速电压经加速电压U 1 U 1 加速后，获得速度加速后，获得速度 ，并沿垂直于电场线方向射入两平行板，并沿垂直于电场线方向射入两平行板中央，受偏转电压中央，受偏转电压U2U2作用后，以速度离开电场，已知平行板长为，两板作用后，以速度离开电场，已知平行板长为，两板间距离为间距离为d d，1 1）离子在偏转电场中运动）离子在偏转电场中运动 的时间、加速度、速度的时间、加速度、速度 的大小；的大小；2 2）离子在离开偏转电场时）离子在离开偏转电场时 的横向偏移量和偏转角的横向偏移量和偏转角 的正切值。的正切值。l+-u1u1dv0v0求：求：2021/8/11 星期三17解：解：l+-q-qv0v0F Fu1u1vyvyv0v0由动能定理得到由动能定理得到即即=v0v01 1）离子在偏转电场中运动的时间、加速度、速度的大小）离子在偏转电场中运动的时间、加速度、速度的大小t=加速度加速度a=速度的大小速度的大小vyvy=at v v时间时间2021/8/11 星期三182 2）离子在离开偏转电场时的横向偏移量和偏转角的正切值。）离子在离开偏转电场时的横向偏移量和偏转角的正切值。l+-q-qyv0v0F Fu1u1vyvyv0v0横向偏移量横向偏移量解：解：at=速度偏转角的正切值：速度偏转角的正切值：tan=v0v0=vyvy偏转量和带电粒子偏转量和带电粒子q、m无关，只取决于加速电场和偏转电场无关，只取决于加速电场和偏转电场和带电粒子和带电粒子q、m无关，只取决于加速电场和偏转电场无关，只取决于加速电场和偏转电场2021/8/11 星期三19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。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答案：通过加速电场时获得的动能Ek=qU,加速电压相同，二加速电压相同，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。种粒子不可能分开为三股。你答对了吗？你答对了吗？2021/8/11 星期三202021/8/11 星期三213 3 示波管的原理示波管的原理示波器2021/8/11 星期三22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2021/8/11 星期三232021/8/11 星期三24