带电粒子在匀强电场中的运动讲稿.ppt
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1、关于带电粒子在匀强电场中的运动第一页,讲稿共五十四页哦带电粒子在电场中的运动带电粒子在电场中的运动电荷的加速电荷的加速电荷的加速电荷的加速电电电电场场场场中中中中电电电电荷荷荷荷的的的的运运运运动动动动非匀强电场中非匀强电场中非匀强电场中非匀强电场中电荷的运动电荷的运动电荷的运动电荷的运动匀强电场中匀强电场中电荷的运动电荷的运动电荷的偏转电荷的偏转示波器示波器示波器示波器电荷在复合电荷在复合场中的运动场中的运动电荷在变化电电荷在变化电电荷在变化电电荷在变化电场中的运动场中的运动场中的运动场中的运动第二页,讲稿共五十四页哦一、基本理论:一、基本理论:带电粒子在电场中的运动问题就是电场中的力学问带
2、电粒子在电场中的运动问题就是电场中的力学问带电粒子在电场中的运动问题就是电场中的力学问带电粒子在电场中的运动问题就是电场中的力学问题,研究方法与力学中相同题,研究方法与力学中相同题,研究方法与力学中相同题,研究方法与力学中相同.只是要注意以下几点:只是要注意以下几点:只是要注意以下几点:只是要注意以下几点:1.1.带电粒子受力特点:带电粒子受力特点:带电粒子受力特点:带电粒子受力特点:(1)(1)重力:重力:重力:重力:重力、电场力重力、电场力重力、电场力重力、电场力有些粒子有些粒子有些粒子有些粒子(如电子、质子、如电子、质子、如电子、质子、如电子、质子、粒子、正负离子粒子、正负离子粒子、正负
3、离子粒子、正负离子),在电场中运动,在电场中运动,在电场中运动,在电场中运动时均不考虑重力;时均不考虑重力;时均不考虑重力;时均不考虑重力;宏观带电体,如液滴、小球等一般要考虑重力;宏观带电体,如液滴、小球等一般要考虑重力;宏观带电体,如液滴、小球等一般要考虑重力;宏观带电体,如液滴、小球等一般要考虑重力;未明确说明未明确说明未明确说明未明确说明“带电粒子带电粒子带电粒子带电粒子”的重力是否考虑时,可用两种方法进行判断:的重力是否考虑时,可用两种方法进行判断:的重力是否考虑时,可用两种方法进行判断:的重力是否考虑时,可用两种方法进行判断:一是一是一是一是比较电场力比较电场力比较电场力比较电场力
4、qEqE与重力与重力与重力与重力mgmg,若,若,若,若qEmgqEmg则忽略重力,反之要考虑则忽略重力,反之要考虑则忽略重力,反之要考虑则忽略重力,反之要考虑重力;重力;重力;重力;二是二是二是二是题中是否有暗示题中是否有暗示题中是否有暗示题中是否有暗示(如涉及竖直方向如涉及竖直方向如涉及竖直方向如涉及竖直方向)或结合粒子的运动过程、或结合粒子的运动过程、或结合粒子的运动过程、或结合粒子的运动过程、运动性质进行判断运动性质进行判断运动性质进行判断运动性质进行判断.第三页,讲稿共五十四页哦(2)(2)电场力:一切带电粒子在电场中都要受到电场力电场力:一切带电粒子在电场中都要受到电场力电场力:一
5、切带电粒子在电场中都要受到电场力电场力:一切带电粒子在电场中都要受到电场力F=qEF=qE,与粒,与粒,与粒,与粒子的运动状态无关;电场力的大小、方向取决于电场子的运动状态无关;电场力的大小、方向取决于电场子的运动状态无关;电场力的大小、方向取决于电场子的运动状态无关;电场力的大小、方向取决于电场(E(E的大小、的大小、的大小、的大小、方向方向方向方向)和电荷的正负,匀强电场中电场力为恒力,非匀强电场中和电荷的正负,匀强电场中电场力为恒力,非匀强电场中和电荷的正负,匀强电场中电场力为恒力,非匀强电场中和电荷的正负,匀强电场中电场力为恒力,非匀强电场中电场力为变力电场力为变力电场力为变力电场力为
6、变力.2.2.带电粒子的运动过程分析方法带电粒子的运动过程分析方法带电粒子的运动过程分析方法带电粒子的运动过程分析方法(1 1)运动性质)运动性质)运动性质)运动性质从状态角度从状态角度从状态角度从状态角度从轨迹角度从轨迹角度从轨迹角度从轨迹角度平衡状态平衡状态平衡状态平衡状态变速运动变速运动变速运动变速运动直线运动直线运动直线运动直线运动曲线曲线曲线曲线(偏转偏转偏转偏转).).第四页,讲稿共五十四页哦带电粒子所受电场力为变力,做非匀变速运动。带电粒子所受电场力为变力,做非匀变速运动。带电粒子所受电场力为变力,做非匀变速运动。带电粒子所受电场力为变力,做非匀变速运动。(2 2 2 2)运动类
7、型的决定因素:)运动类型的决定因素:)运动类型的决定因素:)运动类型的决定因素:带电粒子在电场中的运动由粒子的初状态和受力情况决定。带电粒子在电场中的运动由粒子的初状态和受力情况决定。带电粒子在电场中的运动由粒子的初状态和受力情况决定。带电粒子在电场中的运动由粒子的初状态和受力情况决定。在匀强在匀强在匀强在匀强电场中电场中电场中电场中带电粒子带电粒子带电粒子带电粒子初速为零初速为零初速为零初速为零或初速度方向平行于场强方向,或初速度方向平行于场强方向,或初速度方向平行于场强方向,或初速度方向平行于场强方向,带电粒子做带电粒子做带电粒子做带电粒子做匀变速直线运动匀变速直线运动匀变速直线运动匀变速
8、直线运动带电粒子初速方向垂直于电场方向,则带电粒子带电粒子初速方向垂直于电场方向,则带电粒子带电粒子初速方向垂直于电场方向,则带电粒子带电粒子初速方向垂直于电场方向,则带电粒子做做做做类平抛运动类平抛运动类平抛运动类平抛运动。在非匀强电场中,在非匀强电场中,在非匀强电场中,在非匀强电场中,第五页,讲稿共五十四页哦只能用动能定理解决。只能用动能定理解决。只能用动能定理解决。只能用动能定理解决。3 3 3 3、带电粒子在电场中运动的处理方法:、带电粒子在电场中运动的处理方法:、带电粒子在电场中运动的处理方法:、带电粒子在电场中运动的处理方法:基基基基本本本本方方方方法法法法匀强匀强匀强匀强电场电场
9、电场电场直线加速直线加速直线加速直线加速应用动能定理或牛顿定律结合运应用动能定理或牛顿定律结合运应用动能定理或牛顿定律结合运应用动能定理或牛顿定律结合运动学公式解决动学公式解决动学公式解决动学公式解决偏转偏转偏转偏转可将其与平抛运动进行类比分解,可将其与平抛运动进行类比分解,可将其与平抛运动进行类比分解,可将其与平抛运动进行类比分解,应用牛顿定律和运动学公式解决。应用牛顿定律和运动学公式解决。应用牛顿定律和运动学公式解决。应用牛顿定律和运动学公式解决。非匀强电场中非匀强电场中非匀强电场中非匀强电场中第六页,讲稿共五十四页哦一、带电粒子在匀强电场中的平衡一、带电粒子在匀强电场中的平衡一、带电粒子
10、在匀强电场中的平衡一、带电粒子在匀强电场中的平衡带带带带电电电电粒粒粒粒子子子子电电电电场场场场中中中中静静静静止止止止或或或或匀匀匀匀速速速速直直直直线线线线运运运运动动动动时时时时,必必必必有有有有重重重重力力力力与与与与电电电电场场场场力力力力大大大大小小小小相相相相等、方向相反。等、方向相反。等、方向相反。等、方向相反。满足满足满足满足速度最大值时,加速度为零。速度最大值时,加速度为零。速度最大值时,加速度为零。速度最大值时,加速度为零。第七页,讲稿共五十四页哦二、带电粒子在匀强电场中的加速二、带电粒子在匀强电场中的加速二、带电粒子在匀强电场中的加速二、带电粒子在匀强电场中的加速带带带
11、带电电电电粒粒粒粒子子子子沿沿沿沿与与与与电电电电场场场场方方方方向向向向相相相相同同同同或或或或相相相相反反反反方方方方向向向向进进进进入入入入电电电电场场场场,若若若若只只只只受受受受电电电电场场场场力力力力作作作作用用用用,则则则则可可可可以以以以认认认认为为为为只只只只有有有有电电电电场场场场力力力力做做做做功功功功。粒粒粒粒子子子子做做做做加加加加(减减减减)速速速速直直直直线线线线运运运运动动动动。由由由由动动动动能定理能定理能定理能定理WW=qUqU=EEk k,即,即,即,即此式与电场是否是无关,与带电粒子的运动性质、轨迹形状也无此式与电场是否是无关,与带电粒子的运动性质、轨迹
12、形状也无此式与电场是否是无关,与带电粒子的运动性质、轨迹形状也无此式与电场是否是无关,与带电粒子的运动性质、轨迹形状也无关。关。关。关。若初速度若初速度若初速度若初速度v v0 0=0=0则则则则 对匀强电场,也可直接应用运动学和动力学公式求解:对匀强电场,也可直接应用运动学和动力学公式求解:对匀强电场,也可直接应用运动学和动力学公式求解:对匀强电场,也可直接应用运动学和动力学公式求解:应用应用应用应用1 1第八页,讲稿共五十四页哦三、带电粒子在匀强电场中的偏转三、带电粒子在匀强电场中的偏转侧移:侧移:侧移:侧移:L Lv v0 0mm,q q v v0 0v vy yU Ud dy yv v
13、t t 不不不不要要要要死死死死记记记记公公公公式式式式,要要要要清清清清楚楚楚楚物物物物理理理理过过过过程程程程。根根根根据据据据不不不不同同同同的的的的已已已已知知知知条条条条件件件件,改改改改用用用用不不不不同同同同的表达形式(已知初速度、初动能、初动量或加速电压等)。的表达形式(已知初速度、初动能、初动量或加速电压等)。的表达形式(已知初速度、初动能、初动量或加速电压等)。的表达形式(已知初速度、初动能、初动量或加速电压等)。偏角:偏角:偏角:偏角:注意注意注意注意到到到到,说明穿出时刻的说明穿出时刻的说明穿出时刻的说明穿出时刻的末速度的反向延长线与初速度延长线交末速度的反向延长线与初
14、速度延长线交末速度的反向延长线与初速度延长线交末速度的反向延长线与初速度延长线交点恰好在水平位移的中点。这一点和平点恰好在水平位移的中点。这一点和平点恰好在水平位移的中点。这一点和平点恰好在水平位移的中点。这一点和平抛运动的结论相同。抛运动的结论相同。抛运动的结论相同。抛运动的结论相同。穿越电场过程的动能增量:穿越电场过程的动能增量:穿越电场过程的动能增量:穿越电场过程的动能增量:EEk k=Eqy Eqy(注意,一般来说不等于(注意,一般来说不等于(注意,一般来说不等于(注意,一般来说不等于qUqU)第九页,讲稿共五十四页哦(4 4)偏移公式的讨论)偏移公式的讨论)偏移公式的讨论)偏移公式的
15、讨论对于不同的带电粒子对于不同的带电粒子对于不同的带电粒子对于不同的带电粒子若以相同的速度射入,则若以相同的速度射入,则若以相同的速度射入,则若以相同的速度射入,则y yq/mq/m若以相同的动能射入,则若以相同的动能射入,则若以相同的动能射入,则若以相同的动能射入,则y yq q若以相同的动量射入,则若以相同的动量射入,则若以相同的动量射入,则若以相同的动量射入,则y yqmqm 若经相同电压若经相同电压若经相同电压若经相同电压U U0 0加速后射入,则加速后射入,则加速后射入,则加速后射入,则y y与与与与 q q、mm无关无关无关无关,随加速电压的增大而减小,随偏转电压的增随加速电压的增
16、大而减小,随偏转电压的增随加速电压的增大而减小,随偏转电压的增随加速电压的增大而减小,随偏转电压的增大而增大。大而增大。大而增大。大而增大。第十页,讲稿共五十四页哦如如如如图图图图所示,一束所示,一束所示,一束所示,一束带电带电带电带电粒子垂直粒子垂直粒子垂直粒子垂直电场线电场线电场线电场线方向方向方向方向进进进进入偏入偏入偏入偏转电场转电场转电场转电场,试讨论试讨论试讨论试讨论在以下情况中,粒子在以下情况中,粒子在以下情况中,粒子在以下情况中,粒子应应应应具具具具备备备备什么条件,才能得到相同的偏什么条件,才能得到相同的偏什么条件,才能得到相同的偏什么条件,才能得到相同的偏转转转转距离距离距
17、离距离y y和偏和偏和偏和偏转转转转角度角度角度角度(U U、d d、l l 保持不保持不保持不保持不变变变变)(1)(1)进入偏转电场速度相同;进入偏转电场速度相同;进入偏转电场速度相同;进入偏转电场速度相同;(2)(2)进入偏转电场的动能相同;进入偏转电场的动能相同;进入偏转电场的动能相同;进入偏转电场的动能相同;(3)(3)进入偏转电场的动量相同;进入偏转电场的动量相同;进入偏转电场的动量相同;进入偏转电场的动量相同;(4)(4)先由同一加速电场加速后,再进入偏转电场先由同一加速电场加速后,再进入偏转电场先由同一加速电场加速后,再进入偏转电场先由同一加速电场加速后,再进入偏转电场解析:由
18、带电粒子在偏转电场中的运动规律得:解析:由带电粒子在偏转电场中的运动规律得:解析:由带电粒子在偏转电场中的运动规律得:解析:由带电粒子在偏转电场中的运动规律得:第十一页,讲稿共五十四页哦一个动能为一个动能为一个动能为一个动能为kk的带电粒子,垂直于电力线方向飞入平行板电容器,的带电粒子,垂直于电力线方向飞入平行板电容器,的带电粒子,垂直于电力线方向飞入平行板电容器,的带电粒子,垂直于电力线方向飞入平行板电容器,飞出电容器时动能为飞出电容器时动能为飞出电容器时动能为飞出电容器时动能为2 2k k,如果使这个带电粒子的初速度变为原来的,如果使这个带电粒子的初速度变为原来的,如果使这个带电粒子的初速
19、度变为原来的,如果使这个带电粒子的初速度变为原来的两倍,那么它飞出电容器时的动能变为:两倍,那么它飞出电容器时的动能变为:两倍,那么它飞出电容器时的动能变为:两倍,那么它飞出电容器时的动能变为:()()AA8 8k k;B B5 5k k;C C4.254.25k k;D D4 4k k 当初动能为当初动能为当初动能为当初动能为k k时,未动能为时,未动能为时,未动能为时,未动能为2 2kk,所以电场力做功为,所以电场力做功为,所以电场力做功为,所以电场力做功为W=W=k k;当带电粒子的初速度变当带电粒子的初速度变当带电粒子的初速度变当带电粒子的初速度变为原来的两倍时,初动能为为原来的两倍时
20、,初动能为为原来的两倍时,初动能为为原来的两倍时,初动能为4 4k k,电场力做功为,电场力做功为,电场力做功为,电场力做功为W=W=k k;所以它飞出电容器时的动所以它飞出电容器时的动所以它飞出电容器时的动所以它飞出电容器时的动能变为能变为能变为能变为5 5k k,即即即即B B选项正确。选项正确。选项正确。选项正确。因因因因为为为为偏偏偏偏转转转转距离距离距离距离为为为为,所以带电粒子的初速度变为原来所以带电粒子的初速度变为原来所以带电粒子的初速度变为原来所以带电粒子的初速度变为原来的两倍的两倍的两倍的两倍时时时时,偏,偏,偏,偏转转转转距离距离距离距离变为变为变为变为y/4,y/4,所以
21、所以所以所以电场电场电场电场力做功只有力做功只有力做功只有力做功只有W=0.25W=0.25k k,所以它,所以它,所以它,所以它飞飞飞飞出出出出电电电电容器容器容器容器时时时时的的的的动动动动能能能能变为变为变为变为4.254.25k k,即即即即C C选项选项选项选项正确。正确。正确。正确。C第十二页,讲稿共五十四页哦四、示波管的原理四、示波管的原理四、示波管的原理四、示波管的原理 利利利利用用用用两两两两组组组组正正正正交交交交的的的的偏偏偏偏转转转转极极极极板板板板,可可可可以以以以控控控控制制制制电电电电子子子子打打打打在在在在荧荧荧荧光光光光屏屏屏屏上上上上的的的的位位位位置置置置
22、。示示示示意意意意图图图图如如如如下下下下:两两两两组组组组偏偏偏偏转转转转电电电电极极极极分分分分别别别别控控控控制制制制电电电电子子子子在在在在水水水水平平平平、竖竖竖竖直直直直方方方方向向向向的的的的偏偏偏偏转转转转。一一一一般般般般在在在在水水水水平平平平偏偏偏偏转转转转电电电电极极极极上上上上加加加加扫扫扫扫描描描描电电电电压压压压(从从从从左左左左向向向向右右右右周周周周期期期期性性性性扫扫扫扫描),在竖直偏转电极上加需要研究的信号。描),在竖直偏转电极上加需要研究的信号。描),在竖直偏转电极上加需要研究的信号。描),在竖直偏转电极上加需要研究的信号。第十三页,讲稿共五十四页哦如如
23、如如图图图图所所所所示示示示,平平平平行行行行正正正正对对对对金金金金属属属属板板板板A A和和和和B B相相相相距距距距为为为为d d,板板板板长长长长为为为为L L,板板板板间间间间电电电电压压压压为为为为U U;C C是是是是宽宽宽宽为为为为d d的的的的档档档档板板板板,其其其其上上上上、下下下下两两两两端端端端点点点点与与与与A A、B B板板板板水水水水平平平平相相相相齐齐齐齐,且且且且C C离离离离金金金金属属属属板板板板与与与与屏屏屏屏S S的的的的距距距距离离离离均均均均为为为为/2/2,C C能能能能吸吸吸吸收收收收射射射射到到到到它它它它表表表表面面面面的的的的所所所所有
24、有有有粒粒粒粒子子子子。现现现现让让让让电电电电荷荷荷荷量量量量为为为为q q的的的的带带带带电电电电粒粒粒粒子子子子沿沿沿沿A A、B B两两两两板板板板中中中中心心心心线线线线入入入入射射射射,带带带带电电电电粒粒粒粒子子子子的的的的质质质质量量量量、速速速速率率率率均均均均不不不不相相相相同同同同,不不不不计计计计重重重重力力力力。求求求求:带带带带电电电电粒粒粒粒子子子子到到到到达达达达屏屏屏屏S S上上上上的的的的宽宽宽宽度度度度;初动能多大的粒子能打到屏初动能多大的粒子能打到屏初动能多大的粒子能打到屏初动能多大的粒子能打到屏S S上。上。上。上。LdALBCSLlv0v tq qA
25、BCy 射射射射出出出出的的的的粒粒粒粒子子子子的的的的速速速速度度度度的的的的反反反反向向向向延长线都通过同一个点延长线都通过同一个点延长线都通过同一个点延长线都通过同一个点 第十四页,讲稿共五十四页哦如如如如图图图图所所所所示示示示,平平平平行行行行正正正正对对对对金金金金属属属属板板板板A A和和和和B B相相相相距距距距为为为为d d,板板板板长长长长为为为为L L,板板板板间间间间电电电电压压压压为为为为U U;C C是是是是宽宽宽宽为为为为d d的的的的档档档档板板板板,其其其其上上上上、下下下下两两两两端端端端点点点点与与与与A A、B B板板板板水水水水平平平平相相相相齐齐齐齐
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- 带电 粒子 电场 中的 运动 讲稿
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