《带电粒子在电场中的运动》精品ppt课件.ppt

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1、“雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。仪器名称：示波器仪器名称：示波器 型型 号：号：COS5100系统运行时，数以系统运行时，数以1010亿计的电子就亿计的电子就将从这条加速管中以接近光速冲进将从这条加速管中以接近光速冲进储存环中发生碰撞储存环中发生碰撞 北京正负电子对撞机加速器的北京正负电子对撞机加速器的起点起点 “雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治

2、安防控工程”。1.9 1.9 带电粒子在电场带电粒子在电场 中的运动中的运动微山一中微山一中 物理组物理组“雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。3 3、某些带电体是否考虑重力，要、某些带电体是否考虑重力，要根据题目暗示或运根据题目暗示或运动状态来判定动状态来判定电场中的带电粒子一般可分为两类：电场中的带电粒子一般可分为两类：1 1、带电的基本粒子：如、带电的基本粒子：如电子电子，质子质子， 粒子粒子，正负正负离子离子等。这些粒子所受重力和电场力相比小得多，等。这些粒子

3、所受重力和电场力相比小得多，除非特别说明或明确的暗示以外，一般都不考虑重除非特别说明或明确的暗示以外，一般都不考虑重力。（但不能忽略质量）。力。（但不能忽略质量）。2 2、带电微粒：如带电、带电微粒：如带电小球小球、液滴液滴、尘埃尘埃等。除特别等。除特别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。“雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。一一. 带电粒子在电场中的加速带电粒子在电场中的加速用牛顿运动定律分析用牛顿运动定律分析用动能定理分析用

4、动能定理分析00v?tvUE1（加速电压）（加速电压）“雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。qUm+_带电粒子的加速带电粒子的加速 d d1 1、受力分析、受力分析: : 水平向右的电场力水平向右的电场力 F FEq=qU/dEq=qU/dF F2 2、运动分析、运动分析: :初速度为零，加速度初速度为零，加速度为为a=qU/mda=qU/md的向右的向右匀匀加速直线运动加速直线运动。解法一解法一运用运动学知识求解运用运动学知识求解mqUdmdqUadv2222mqU

5、v2解法二解法二运用能量知识求解运用能量知识求解mqUvmvqU2212粒子加速后的速度只与加速电压有关粒子加速后的速度只与加速电压有关“雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。思考思考: 如两极板间不是匀强电场该如两极板间不是匀强电场该用何种方法求解？为什么？用何种方法求解？为什么？ 电场力做功电场力做功qu与是否匀强电场无与是否匀强电场无关，与运动路径无关，关，与运动路径无关，动能定理动能定理仍仍适用！适用！“雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指

6、挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。所以所以例例1：（me=0.910-30kg）如果电子离开金属丝速度为如果电子离开金属丝速度为v0，怎样列方程？，怎样列方程？“雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。 例例2：如图所示，在：如图所示，在P板附近有一电子由静止开板附近有一电子由静止开始向始向Q板运动，则关于电子在两板间的运动情况，下板运动，则关于电子在两板间的运动情况，下列叙述正确的是：列叙述正确的是

7、：( )A.两板间距越大，加速的时间越长两板间距越大，加速的时间越长B.两板间距离越小，加速度就越大，两板间距离越小，加速度就越大，则电子到达则电子到达Q板时的速度就越大板时的速度就越大C.电子到达电子到达Q板时的速度与板间距板时的速度与板间距离无关，仅与加速电压有关离无关，仅与加速电压有关D.电子的加速度和末速度都与板间电子的加速度和末速度都与板间距离无关距离无关 AC “雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。小小 结：结：由于电场力做功与场强是否由于电场力做功与场强

8、是否匀强无关，与运动路径也无关，所匀强无关，与运动路径也无关，所以在处理电场对带电粒子的以在处理电场对带电粒子的加速加速问问题时，一般都是利用题时，一般都是利用动能定理动能定理进行进行处理。处理。“雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。 ld+- - - - - - - - - - - + + + + + + + + + Uv0q、m二二. 带电粒子在电场中的偏转带电粒子在电场中的偏转“雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑

9、、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。 ld+- - - - - - - - - - - + + + + + + + + + Uv0q、mF+vv0vyy偏转角偏转角偏转量偏转量二二. 带电粒子在电场中的偏转带电粒子在电场中的偏转试根据类平抛运动的知识，推导偏移量试根据类平抛运动的知识，推导偏移量 y和偏转角和偏转角“雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。1. 1.受力分析：粒子受到竖直向受力分析：粒子受到竖直向下的静电力下的静

10、电力F FEqEq=qU/dqU/d。2 2. .运动规律分析运动规律分析: :粒子作粒子作类平抛类平抛运动运动。x x方向：方向：匀速直线运动匀速直线运动Y Y方向：方向：加速度为加速度为 的的匀匀加速直线加速直线运动运动。mdqUa v v v v0 0vy 3.3.位移：位移： 4.4.速度：速度： 5 5、离开电场时的偏转角度：、离开电场时的偏转角度：Ltv0 xv0v0vLmdqU200mdvqULvvytan y y v v0 0vy F Fv v+ + + + + +- - - - - -v0Y dUY Y q L Ly20221vLmdqU212at yvat /2Ly“雪亮工

11、程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。小结：小结：带电粒子初速度垂直于电场方向飞入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匀强电场的问题就是一个类平抛类平抛的问题。的问题。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为零的匀初速为零的匀加速运动加速运动“雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控

12、联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。例例3“雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。 例例4： 一束电子流以速度一束电子流以速度v从两极板从两极板A、B连线的中点平行于板进入匀强电场中，若连线的中点平行于板进入匀强电场中，若两板间距为两板间距为d ，板长，板长 l，电子质量，电子质量me，那么，那么，要使电子能从板间飞出，两板的电势差要使电子能从板间飞出，两板的电势差UAB的取值范围？的取值范围？“雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综

13、治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。 拓展：拓展： 一束电子流经电压为一束电子流经电压为U的电场加速的电场加速后，在两极板后，在两极板A、B连线的中点平行于板进连线的中点平行于板进入匀强电场中，若两板间距为入匀强电场中，若两板间距为d ，板长，板长 l，电子质量电子质量me，那么，要使电子能从板间飞出，那么，要使电子能从板间飞出，两板的电势差两板的电势差UAB的取值范围？的取值范围？“雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防

14、控工程”。四四、示波器的原理、示波器的原理1.示波器作用：是一种用来观察电信号随时间变化的电子仪器。2.它的核心部件是示波管：由电子枪、偏转电极和荧光屏组成，管内抽成真空。“雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。产生产生高速高速飞飞行的行的电子束电子束待显示待显示的的电压信号电压信号锯齿形锯齿形扫扫描电压描电压使电子沿使电子沿Y Y方向方向偏移偏移使电子沿使电子沿x x方向方向偏移偏移示波器的结构：示波器的结构：“雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为

15、指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。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“雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指

16、挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。下列粒子由静止经加速电压为下列粒子由静止经加速电压为U U的电场加速的电场加速后，哪种粒子动能最大后，哪种粒子动能最大 （ ） 哪种粒子速哪种粒子速度最大度最大 （ ） A A、质子、质子 B B、电子、电子 C C、氘核、氘核 D D、氦核、氦核 强化练习强化练习mqUv2qUmvEk221与与电量电量成正比成正比与与比荷平方比荷平方根根成正比成正比D DB“雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应

17、用为重点的“群众性治安防控工程”。如图所示，如图所示，MM、N N是在真空中竖直放置的两块是在真空中竖直放置的两块平行金属板，质量为平行金属板，质量为mm、电量为、电量为+q+q的质子，以极的质子，以极小的初速度由小孔进入电场，当小的初速度由小孔进入电场，当MM、N N间电压为间电压为U U时，粒子到达时，粒子到达N N板的速度为板的速度为v，如果要使这个带，如果要使这个带电粒子到达电粒子到达N N板的速度为板的速度为2 2v ，则下述方法能满足，则下述方法能满足要求的是（要求的是（ ）A A、使、使MM、N N间电压增加为间电压增加为2U 2U B B、使、使MM、N N间电压增加为间电压增

18、加为4U 4U C C、使、使MM、N N间电压不变，距离减半间电压不变，距离减半 DD、使、使MM、N N间电压不变，距离加倍间电压不变，距离加倍 MMN NU Ud d+mqUv2v与与电压平方电压平方根根成正比成正比B强化练习强化练习“雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。 强化练习强化练习CD“雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。4 4

19、、如图，电子在电势差为、如图，电子在电势差为U U1 1的加速电场中由静止的加速电场中由静止开始加速，然后射入电势差为开始加速，然后射入电势差为U U2 2的两块平行极板的两块平行极板间的电场中，入射方向跟极板平行。整个装置处在间的电场中，入射方向跟极板平行。整个装置处在真空中，重力可忽略。在满足电子能射出平行板区真空中，重力可忽略。在满足电子能射出平行板区的条件下，下述四种情况中，一定能使电子的偏转的条件下，下述四种情况中，一定能使电子的偏转角角 变大的是变大的是 A A、U U1 1变大、变大、U U2 2变大变大 B B、U U1 1变小、变小、U U2 2变大变大C C、U U1 1变

20、大、变大、U U2 2变小变小 D D、U U1 1变小、变小、U U2 2变小变小强化练习强化练习B“雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。20121mvqU 1202qUmvdmvleU202tan析与解析与解对加速过程由动能定理：对加速过程由动能定理：对偏转过程由偏转角正切公式：对偏转过程由偏转角正切公式：dUlU122与粒子的与粒子的电量电量q q、质量质量mm无关无关dUlUy1224“雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信

21、息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。强化练习强化练习5. 水平放置的两块平行金属板长水平放置的两块平行金属板长l =5cm，两板，两板间距间距d=1cm，两板间电压为，两板间电压为U=90V，且上板带正，且上板带正电，一个电子沿水平方向以速度电，一个电子沿水平方向以速度v0=2.0107m/s，从两板中央射入，求：从两板中央射入，求：（1）电子偏离金属板的侧位移是多少？）电子偏离金属板的侧位移是多少？（2）电子飞出电场时的）电子飞出电场时的 速度是多少？速度是多少？（3）电子离开电场后，）电子离开电场后， 打在屏上的打在屏上的P点，点， 若

22、若s=10cm，求，求 OP的长的长dyxsly0OPMo（1）0.49cm，（，（2）2.04107m/s，（3）0.025m AB“雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。强化练习强化练习6. A板的电势板的电势UA0，B板的电势板的电势UB随时间的变化规律如图所示。则随时间的变化规律如图所示。则( )A.若电子是在若电子是在t0时刻进入的，它时刻进入的，它将一直向将一直向B板运动板运动B.若电子是在若电子是在tT/8时刻进入的，时刻进入的，它可能时而向它可能时而向B

23、板运动，时而向板运动，时而向A板板运动运动,最后打在最后打在B板上板上C.若电子是在若电子是在t3T/8时刻进入的，时刻进入的，它可能时而向它可能时而向B板运动，时而向板运动，时而向A板板运动运动,最后打在最后打在B板上板上 D.若电子是在若电子是在tT/2时刻进入的，时刻进入的，它可能时而向它可能时而向B板、时而向板、时而向A板运动板运动t/ s UB / v0U0-U0BAAB“雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。KkEEqEy 21201)(21vLayKkEE

24、qEy42202)2(21vLay214yy kkEE417 练习练习1“雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。如图所示，有一电子如图所示，有一电子( (电量为电量为e e、质量为、质量为m)m)经经电压电压U U0 0加速后，沿平行金属板加速后，沿平行金属板A A、B B中心线中心线进入两板，进入两板，A A、B B板间距为板间距为d d、长度为、长度为L L， A A、B B板间电压为板间电压为U U，屏，屏CDCD足够大，距离足够大，距离A A、B B板右边缘板右边缘2L2L，ABAB板的中心线过屏板的中心线过屏CDCD的中心的中心且与屏且与屏CDCD垂直。试求电子束打在屏上的位垂直。试求电子束打在屏上的位置到屏中心间的距离。置到屏中心间的距离。 练习练习2 2“雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。解：解： y对加速过程由动能定理：对加速过程由动能定理：20021mveU y20221vLmdqU212at 200mdvqULvvytan=/22yLLdUUl0245y/解得解得：