人教版高中物理选修31第一章19带电粒子在电场中的运动ppt课件.ppt

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1、1.9带电粒子在电场中的运动带电粒子在电场中的运动新课导入新课导入1、在电场中带电粒子受什么力的作用？+-qEmg通常要受到通常要受到重力和电场力重力和电场力2、电场中的带电粒子一般可分为两类：带电的基本粒子：如电子，质子，粒子，正负离子等。一般都不考虑重力。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。3、带电粒子在均强电场中运动时，运动有什么特点？运动情况：运动情况：受到恒定的电场力受力情况：受力情况：类自由落体运动和类平抛运动水平位移x竖直位移y偏转角偏转角4、研究带电粒子的主要理论公式、研究带电粒子的主要理论公式电场电场力力 F=F=qEqE加速度加速

2、度 a=F/ma=F/m电场力的电场力的功功 W=W=qU qU 或或或或 W=qEdW=qEd +-F Fq dU一、带电粒子的加速UEq加加 速速匀匀 速速匀匀 速速类似于自由落体运动类似于自由落体运动U+-F FqqUm+_计算粒子到达另一个极板时的速度 d1、受力分析、受力分析:F F2、运动分析、运动分析:初初速速度度为为零零，加加速速度度为为a=qU/md的的向向右匀加速直线运动。右匀加速直线运动。水平向右的电场力水平向右的电场力解法一运用运动学知识求解解法一运用运动学知识求解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解法二运用动能定理知识求解解法二运用动能定

3、理知识求解思考与讨论思考与讨论在上述问题中，两块金属板是平行的，两板间的电场是匀强电场。如果两极板是其他形状，中间的电场不在均匀，上面的结果是否仍然适用？为什么？若粒子的初速度为零若粒子的初速度为零,则则:若粒子的初速度不为零若粒子的初速度不为零,则则: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加速问题时，一般都是利用动能定理进行处理。例1：炽热的金属丝可以发射电子。在金属丝和金属板之间加以电压 U=2500 V，发射出的电子在真空中加速后，从金属板的小孔穿出。电子穿出时的速度有多大？设电子刚刚离开金属丝时的速度为0.3.0107 m/s解：电荷量为e的电子

4、从金属丝移动到金属板，两处的电势差为U，电势能的减少量是eU。电势能全部转化为动能，所以解出速度v并把数值代入，得MNUd+例例3：如图所示，在如图所示，在 P 板附近有一电子由静止开始向板附近有一电子由静止开始向 N 板运动，板运动，则关于电子在两板间的运动情况，下列叙述正确的是则关于电子在两板间的运动情况，下列叙述正确的是()A、匀速直线运动、匀速直线运动 B、匀加速直线运动、匀加速直线运动 C、电子到达、电子到达 N 板时的速度与板间距离无关，仅与加速电压板时的速度与板间距离无关，仅与加速电压有关有关 D、电子的加速度和末速度都与板间距离无关、电子的加速度和末速度都与板间距离无关PBC

5、思考与讨论思考与讨论E1（加速电压）（加速电压）E1、带电粒子平行于电场线进入电场，做匀加速直线运动。2、若粒子以初速度 v0 沿垂直场强方向进入电场，离子的运动情况如何？+-v v0 0Eq ld+Uv0q、mF+vv0vyy3 3、偏转角、偏转角4 4、侧移、侧移二、带电粒子在电场中的偏转+-2、物体做类平抛运动1、受力分析：粒子受到竖直向下的静电力FEq=qU/d。例4：两个相同极板Y与Y、的长度l=6.0cm，相距d=2cm，极板间的电压U=200V。一个电子沿平行于板面的方向射入电场中，射入时速度V0=3.0*107m/s。把两板间的电场看做匀强电场，求电子射出电场时沿垂直于板面方向

6、偏移的距离Y和偏转角度&。解：电子在垂直于板面的方向受到静电力。由于电场不随时间改变，且是匀强电场，所以整个运动中在垂直于板面的方向上加速度是不变的。F电子射出电场时，在垂直于板面方向偏移的距离为 +-lv0 0d-qvv0 0vyx类平抛运动偏转角偏转角偏转角偏转角侧移侧移侧移侧移其中t为飞行时间。由于电子在平行于板面的方向不受力，所以在这个方向做匀速运动，有l=V0t可求得将a和t代入y的表达式中，得到与粒子比荷与粒子比荷 q/m 成正比成正比与粒子初速度与粒子初速度 v0平方成反比平方成反比与电场的属性与电场的属性 U、l、d 有关有关由于电子在平行于板面的方向不受力，他离开电场时，这个

7、方向的分速度仍是V0而垂直板面的分速度是：离开电场时的偏转角&可由下式确定：与粒子比荷与粒子比荷 q/m 成正比成正比与粒子初速度与粒子初速度 v0 平方成反比平方成反比与电场的属性与电场的属性 U、l、d 有关有关例5：先后让一束电子和一束氢核通过一对平行板形成的偏转电场，进入时速度方向与板面平行。在下列两种情况下，分别求出离开时电子偏转角的正切于氢核偏转角的正切之比。（1）电子于氢核的初速度相同。（2）电子于氢核的初动能相同。解：先来认识三种常见的粒子电子在垂直于板面的方向受到静电力。由于电场不随时间改变，且是匀强电场，所以整个运动中在垂直于板面的方向上加速度是不变的。初速度相同则：初动能

8、相同则：lF+-v0vv0vy三、混合电场例6：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个加速电场由静止开始加速，然后在同一偏转电场里偏转，他们是否会分离为三股粒子束？请通过计算说明。解：设加速电场电压为U1，偏转电场电压为U2，宽为d，如图所示U1U2d加速电场：偏转电场：求得偏转位移：与带电粒子的质量电量都无关U1U2d求的偏转角：同样与带电粒子电量质量都无关。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。四、示波管原理示波器作用：是一种用来观察电信号随时间变化的电子仪器。电子枪电子枪电子枪电子枪偏转电极偏转电极偏转电极偏转电极-+荧光屏荧光屏荧光

9、屏荧光屏Y YYXXXXY YY产生高速飞产生高速飞行的电子束行的电子束锯齿形扫锯齿形扫描电压描电压使电子使电子沿沿Y方向方向偏移偏移待显示的电待显示的电压信号压信号使电子使电子沿沿X方向方向偏移偏移思考与讨论思考与讨论1、如果在电极如果在电极XXXX之间不加电压，而在之间不加电压，而在YYYY之间加之间加不变电压不变电压，使，使Y Y的电势比的电势比Y Y高，电子将打在荧光屏的什么高，电子将打在荧光屏的什么位置？位置？-+XXXXY YYYY Y电子枪电子枪电子枪电子枪偏转电极偏转电极偏转电极偏转电极荧光屏荧光屏荧光屏荧光屏电子沿电子沿Y Y方方向向向上向上偏移偏移思考与讨论思考与讨论如果在

10、电极如果在电极 YY之间不加电压，但在之间不加电压，但在XX之间加之间加不变电不变电压压，使，使X的电势比的电势比X高，电子将打在荧光屏的什么位置？高，电子将打在荧光屏的什么位置？-+XXXXY YYYY Y电子枪电子枪电子枪电子枪偏转电极偏转电极偏转电极偏转电极荧光屏荧光屏荧光屏荧光屏电子沿电子沿X X方方向向向里向里偏移偏移思考与讨论思考与讨论2、如果在电极如果在电极XXXX之间不加电压，但在之间不加电压，但在YYYY之间加之间加如图所示的如图所示的交变电压交变电压，在荧光屏上会看到什么图形？，在荧光屏上会看到什么图形？XXYUYtO Y 随随信号电压同步变化，但由于视觉暂留和荧光物信号电

11、压同步变化，但由于视觉暂留和荧光物质的残光特性，只能看到质的残光特性，只能看到一条竖直的亮一条竖直的亮一条竖直的亮一条竖直的亮线线线线。思考与讨论思考与讨论3、如果在如果在YYYY之间加如图所示的之间加如图所示的交变电压交变电压，同时在，同时在XXXX之间加之间加不变电压不变电压，使，使X X的电势比的电势比X X高，在荧光屏上高，在荧光屏上会看到什么图形？会看到什么图形？看到一个点看到一个点XXY YY思考与讨论思考与讨论4、如果在如果在 YYYY 之间之间加如图所示的加如图所示的交变电压交变电压交变电压交变电压，同时，同时在在 XXXX 之间之间加加锯齿形扫描电压锯齿形扫描电压锯齿形扫描电

12、压锯齿形扫描电压，在荧光屏上会看到什么图形，在荧光屏上会看到什么图形？ABCDFABCt1DEFt2XXY YYtOUYUXOtABCDEEFt2t1t2t1看到一个余弦函数图像看到一个余弦函数图像 如果如果信号电压是周期性的，并信号电压是周期性的，并且扫描电压与信号电压的周期相同，且扫描电压与信号电压的周期相同，就可以在荧光屏上得到待测信号在就可以在荧光屏上得到待测信号在一个周期内随时间变化的稳定一个周期内随时间变化的稳定图象图象。示波器图象示波器图象示波器图象示波器图象tOUYUXOtXXY YY科学足迹科学足迹密立根并没有直接测量电子的电荷量，而是测定很小的带电油滴所带的电荷量。一个带电

13、的油滴在匀强电场中所受的静电力是一定的。如图1.9-8，设法使油滴带负电，它所受静电力的方向向上。如果油滴刚好悬浮在空中，那么它受到的静电力的大小正好与油滴所受的重力相等，由此可以测定油滴所带的电荷量。在19世纪末发现电子以后，美国物理学家密立根多年间进行了多次实验，比较准确地测定了电子的电荷量。+-qEmg现代实验测出的电子电荷量是e=1.6021773310-19C科学漫步科学漫步当电刷E与几万伏的直流高压电源的正极接通时，E与大地之间就有几万伏的电势差。由于尖端放电，正电荷被喷射到传送带上，并被传送带带着向上运动。当正电荷到达电刷F附近时，F上被感应出异号电荷。由于尖端放电，F上的负电荷

14、与传送带上的正电荷中和，从而使传送带失去电荷，而F上剩下了正电荷。由于导体带电电荷只能存在于外表面，所以F上的正电荷立即传到金属壳的外表面。这样，由于传送带的运送，正电荷不断从直流电源传到球壳的外表面，从而在金属壳与大地之间形成高电压。图1.9-9是起电机部分的示意图。金属球壳固定在绝缘支柱顶端，绝缘材料制成的传送带套在两个转轮上，由电动机带动循环运转。E和F是两排金属针(称做电刷)。例7：电子从静止出发被1000V的电压加速，然后进入电场强度为5000N/c的匀强电场，进入时的速度方向与偏转电场的方向垂直。已知偏转电极长6cm，求电子离开偏转电场时的速度及其与进入偏转电场时的速度方向之间的夹

15、角。U1U2d解：加速电场：偏转电场：求得偏转位移：求的偏转角：U1U2d课堂小结一、带电粒子的加速1、电场中的带电粒子一般可分为两类：带电的基本粒子：如电子，质子，粒子，正负离子等。一般都不考虑重力。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。2、受力分析:水平向右的电场力3、运动分析:初速度为零，加速度为a=qU/md的向右匀加速直线运动。粒子加速后的速度只与加速电压有关 若粒子的初速度为零,则:若粒子的初速度不为零,则:二、带电粒子在电场中的偏转加速电场：偏转电场：求得偏转位移：与带电粒子的质量电量都无关求的偏转角：四、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。