物理带电粒子在电场中的运动新人教选修学习教案.ppt

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1、电场电场(din chng)中的带电粒子一般可分为两类：中的带电粒子一般可分为两类：1 1、带电的基本粒子：如电子，质子，、带电的基本粒子：如电子，质子， 粒子，正负离子等。粒子，正负离子等。这些粒子所受重力和电场力相比这些粒子所受重力和电场力相比(xin b)(xin b)在小得多，除非在小得多，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）。能忽略质量）。2 2、带电微粒：如带电小球、液滴、尘埃等。除非有、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。说明或明确的暗示以外，一般都考虑重力

2、。第1页/共22页第一页，共23页。带电粒子在匀强电场带电粒子在匀强电场(din chng)中中运动运动(yndng)情况：情况：受到恒定受到恒定(hngdng)的电场力的电场力受力情况：受力情况： 做匀变速运动做匀变速运动第2页/共22页第二页，共23页。一一. 带电粒子在电场带电粒子在电场(din chng)中的加速中的加速00v?tvUE1用牛顿用牛顿(ni dn)运动定律运动定律分析分析用动能定理用动能定理(dn nn dn l)分析分析（加速电压）（加速电压）第3页/共22页第三页，共23页。根据根据(gnj)动能定理：动能定理：qU = mv2/2或根据或根据(gnj)牛顿定律：牛

3、顿定律：a = F/m = qU/dm和运动学公式：和运动学公式：v2 =2ad得得2qUmv = 粒子加速粒子加速(ji s)后的速度只与加速后的速度只与加速(ji s)电压有关电压有关此式也适用于不是匀强电场的情况此式也适用于不是匀强电场的情况一一. 带电粒子在电场中的加速带电粒子在电场中的加速第4页/共22页第四页，共23页。一般一般(ybn)(ybn)用用“动能定理动能定理”求解求解分析：对于粒子来说，一般分析：对于粒子来说，一般(ybn)(ybn)有有mgmgF F，故可忽，故可忽略。略。(1)(1)带电粒子在电场中以加速度带电粒子在电场中以加速度a=F/m=qU/mda=F/m=q

4、U/md做匀加做匀加 速直线运动。速直线运动。(2)(2)由由v2-vo2=2ad v2-vo2=2ad 解得：解得：mqUvv220或：由动能定理或：由动能定理qU=mvqU=mv2 2/2-mv/2-mv0 02 2/2/2解得：解得：mqUvv220 U1+ + +v v0 0v v第5页/共22页第五页，共23页。1 1：非匀强电场中：非匀强电场中, , 如何如何(rh)(rh)计算？计算？电场力做功，只于始末电场力做功，只于始末(shm)位置电势差有关位置电势差有关2 2：若带正电：若带正电(zhngdin)(zhngdin)粒子以粒子以V0V0负板向正板运动，负板向正板运动，分析分

5、析粒子运动情况粒子运动情况明确粒子明确粒子V V，a a的变化情况的变化情况3.3.若粒子以初速度若粒子以初速度V V0 0沿垂直场强方向进入电场，沿垂直场强方向进入电场， 离子的运动情况如何？离子的运动情况如何？思考讨论思考讨论第6页/共22页第六页，共23页。二二. 带电粒子在电场带电粒子在电场(din chng)中的中的偏转偏转dyqm,0vl)(偏转电压U试根据类平抛运动试根据类平抛运动(yndng)的知识，推导偏移量的知识，推导偏移量 y和偏转角和偏转角第7页/共22页第七页，共23页。偏移量偏移量 y的计算的计算(j sun)（1）画出电场线，并进行）画出电场线，并进行(jnxng

6、)受力分析受力分析（2）粒子）粒子(lz)做什么性质的运动？做什么性质的运动？（3）为计算）为计算y，需要知道哪些物理量？，需要知道哪些物理量？（4）这些物理量能计算出吗？）这些物理量能计算出吗？y221aty ta,?tEFa?y2202mdvqULy 第8页/共22页第八页，共23页。偏转偏转(pinzhun)角角的计算的计算（1）什么）什么(shn me)叫叫偏转角偏转角v0vyv（2）怎样）怎样(znyng)计算偏转角计算偏转角？?tan0vvyLymdVqUL2tan20第9页/共22页第九页，共23页。对偏移公式对偏移公式(gngsh)的讨论的讨论2202221mdvqULaty对

7、于对于(duy)不同的带电粒子不同的带电粒子（2）若以相同）若以相同(xin tn)的动能射入，的动能射入，（3）若经相同电压）若经相同电压U0加速后射入，则加速后射入，则0220242dUULmdVqULyy与与 q m无关无关,随加速电随加速电压的增大而减小，随偏压的增大而减小，随偏转电压的增大而增大。转电压的增大而增大。（1）若以相同的速度射入）若以相同的速度射入则则yq/m则则yq第10页/共22页第十页，共23页。例：离子发生器发射出一束质量为例：离子发生器发射出一束质量为mm，电荷量为，电荷量为q q的负离的负离子，从静止子，从静止 经加速经加速(ji s)(ji s)电压电压U

8、1 U 1 加速加速(ji s)(ji s)后，获后，获得速度得速度 ，并沿垂直于电场线方向射入两平行板中央，受，并沿垂直于电场线方向射入两平行板中央，受偏转电压偏转电压U2U2作用后，以速度离开电场，已知平行板长作用后，以速度离开电场，已知平行板长为，两板间距离为为，两板间距离为d d，0v 1 1）离子）离子(lz)(lz)在偏转电场中运动在偏转电场中运动 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）离子(lz)(lz)在离开偏转电场时在离开偏转电场时 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+ + + + + +- - - - -

9、-u u1 1dv v0 0 求：求：第11页/共22页第十一页，共23页。思考题：让一价氢离子、一价氦离子和二价氦离子的混合物思考题：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？请说明场时，它们是否会分为三股？请说明(shumng)理由。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,Ek=qU,加速电压相同，加速电压相同，二价氦离

10、子二价氦离子(lz)(lz)电荷量最大，所以二价氦离子电荷量最大，所以二价氦离子(lz)(lz)获得动获得动能最大。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。定，所以三种粒子不可能分开为三股。第12页/共22页第十二页，共23页。一束电子流经一束电子流经 U=5000V 的电压加速后，在距两的电压加速后，在距两极板等间距处垂直进入平行板间的匀强电场中，极板等间距处垂直进入平行板间的匀强电场中，若两板间距若两板间距 d=1.0cm，板长，板长 l=5.0cm，那么，那么(n me)，要使电子能从平行板间飞出，两个

11、板之间，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？的电压最多能加多少？第13页/共22页第十三页，共23页。第14页/共22页第十四页，共23页。（1 1）电子枪部分：）电子枪部分：E E电源作用是使金属丝变热发射电源作用是使金属丝变热发射出电子，出电子，U1U1电源作用是使发射出的电子在真空电源作用是使发射出的电子在真空(zhnkng)(zhnkng)中被加速，中被加速，获得很大的速度从金属板的小孔穿出。获得很大的速度从金属板的小孔穿出。（2 2）偏转电极部分：）偏转电极部分：YY/YY/平行金属板为竖直方向偏转电极即使平行平行金属板为竖直方向偏转电极即使平行金属板入射的电子产

12、生竖直方向的偏转，金属板入射的电子产生竖直方向的偏转，XX/XX/平行金属为水平方向平行金属为水平方向偏转电极即使平行金属板入射的电子产生水平方向的偏转。偏转电极即使平行金属板入射的电子产生水平方向的偏转。（3 3）荧光屏部分：玻璃屏上涂有荧光物质。高速电子打到荧光物质，）荧光屏部分：玻璃屏上涂有荧光物质。高速电子打到荧光物质，荧光物质受激发后会发出可见光，电子本身并不能发光，从屏上观荧光物质受激发后会发出可见光，电子本身并不能发光，从屏上观察亮点，可知打到屏上电子的偏移情况。察亮点，可知打到屏上电子的偏移情况。第15页/共22页第十五页，共23页。已知：已知：U1、l、YY?偏转电极的电压偏

13、转电极的电压(diny)U2、板间距、板间距d 、板端到荧光屏的距离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求：电子射出偏转电场时的偏向角正切值tan及打到屏上电及打到屏上电子的偏移量子的偏移量y?。122tandUlU Lly 2tan LlydUlU 2212yyUKULldUly 21)2(2偏移量与偏移量与YY?偏转偏转电极电极(dinj)的电的电压压U2成正比成正比第16页/共22页第十六页，共23页。yyUKy xxUKx 第17页/共22页第十七页，共23页。yyyK UxxxK U第18页/共22页第十八页，共23页。第19页/共22页第十九页，共23页。（1

14、 1）如果只在偏转电极）如果只在偏转电极YYYY上加上上加上如图所示的电压如图所示的电压Uy=UmsintUy=Umsint，在，在荧光屏图上画出所观察到的亮线的荧光屏图上画出所观察到的亮线的形状形状(xngzhun)(xngzhun)（设（设T T很小）很小）（2 2）如果只在偏转电极）如果只在偏转电极XXXX上加上上加上图所示电压，试在图上画出所观图所示电压，试在图上画出所观察到的亮线的形状察到的亮线的形状(xngzhun)(xngzhun)。（3 3）如果在）如果在YYYY和和XXXX上同时加上上同时加上上述电压，试在图上画出所观察到上述电压，试在图上画出所观察到的亮线的形状的亮线的形状

15、(xngzhun)(xngzhun)。第20页/共22页第二十页，共23页。课堂课堂(ktng)小小结：结：一、利用电场一、利用电场(din chng)使带电使带电粒子加速粒子加速二、利用电场二、利用电场(din chng)使带电使带电粒子偏转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类似平抛运动的分析方法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21页/共22页第二十一页，共23页。感谢感谢(gnxi)观看！观看！第22页/共22页第二十二页，共23页。NoImage内容(nirng)总结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。这些粒子所受重力和电场力相比在小得多，除非有说明或明确的暗示以外，一般都不考虑重力。第2页/共22页。粒子加速后的速度只与加速电压有关。若两偏转电极间都不加偏转电压，则电子束将打在荧光屏的中心。电子在极板间运动的时间极短，可认为此瞬间极板间电压不变。（2）如果只在偏转电极XX上加上图所示电压，试在图上画出所观察(gunch)到的亮线的形状。第21页/共22页第二十三页，共23页。