带电粒子在电场中的运动第二课时课件.ppt

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1、带电粒子在电场中运动例例1 1、如图所示，、如图所示，A A、B B为平行金属板，两板相距为平行金属板，两板相距d d，分别与电源两极，分别与电源两极相连，两板的中央各有一个小孔相连，两板的中央各有一个小孔M M、N N。今有一带电质点，自。今有一带电质点，自A A板板上方相距为上方相距为d d的的P P点由静止自由下落（点由静止自由下落（P P、M M、N N在同一竖直线上），在同一竖直线上），空气阻力不计，到达空气阻力不计，到达N N孔时速度恰好为零，然后沿原路返回，若孔时速度恰好为零，然后沿原路返回，若保持两板板间的电压不变，则保持两板板间的电压不变，则A A、把把A A板向上平移一小段

2、距离，质点自板向上平移一小段距离，质点自P P点自由下落仍能返回点自由下落仍能返回B B、把把A A板向下平移一小段距离，质点自板向下平移一小段距离，质点自P P点自由下落后将穿过点自由下落后将穿过N N孔继孔继续下落续下落C C、把把B B板向上平移一小段距离，质点自板向上平移一小段距离，质点自P P点自由下落仍能返回点自由下落仍能返回D D、把把B B板向下平移一小段距离，质点自板向下平移一小段距离，质点自P P点自由下落后将穿过点自由下落后将穿过N N孔继孔继续下落续下落v答案：答案：ACD小结：小结：动能定理动能定理是解决此题的关键是解决此题的关键一、带电粒子在电场中的直线加速问题一、

3、带电粒子在电场中的直线加速问题PMNABddmgEqmg从从P到到N的过程中的过程中,由动能定理得：由动能定理得：mg2d-Uq=0从从P到到N的过程中，仍然满足的过程中，仍然满足质点到质点到N点时，速度刚好为零。点时，速度刚好为零。A、把、把A板向上平移一小段距离，质点自板向上平移一小段距离，质点自P点自由下落仍能返回点自由下落仍能返回所以，仍能返回所以，仍能返回mg2d-Uq=0当当A A板上移时板上移时,A A板未移动时板未移动时,PMNABddmgEqmgB、把、把A板向下平移一小段距离，质点自板向下平移一小段距离，质点自P点自由下落后将穿过点自由下落后将穿过N孔继续下落孔继续下落从从

4、P到到N的过程中的过程中,由动能定理得：由动能定理得：mg2d-Uq=0当当A A板下移时板下移时,A A板未移动时板未移动时,从从P到到N的过程中，仍然满足的过程中，仍然满足质点到质点到N点时，速度刚好为零。点时，速度刚好为零。mg2d-Uq=0所以，仍能返回所以，仍能返回PMNABdd从从P到到N的过程中由动能定理得：的过程中由动能定理得：hmg(2d-h)mvN212-Uq=-0质点质点P未到未到N孔孔就开始就开始返回返回C C、把把B B板向上平移一小段距离，质点自板向上平移一小段距离，质点自P P点自由下落仍能返回点自由下落仍能返回B板向上平移时板向上平移时,mvN20 不可能不可能

5、12从从P到到N的过程中由动能定理得：的过程中由动能定理得：PMNABddhmg(2d+h)mvN212-Uq=-0vN0质点质点P将穿过将穿过N孔孔继续下落继续下落D D、把把B B板向下平移一小段距离，质点自板向下平移一小段距离，质点自P P点自由下落后点自由下落后将穿过将穿过N N孔继续下落孔继续下落B板向下平移时板向下平移时练练1 1：如图所示，平行板电容器水平放置，两板间距如图所示，平行板电容器水平放置，两板间距16cm.16cm.当两板电势差为当两板电势差为300V300V是时是时,一带负电的小球在距下板一带负电的小球在距下板8cm8cm处处静止静止.如果两板间电势差减小到如果两板

6、间电势差减小到270V270V时时,带电小球运动到极带电小球运动到极板上需多长时间板上需多长时间?h小球小球dt=0.4st=0.4s小结：利用小结：利用比例关系比例关系可以优化解题可以优化解题练练2:2:板长为板长为L L的平行金属板与水平面成的平行金属板与水平面成角放置角放置,板间有匀板间有匀强电场强电场,一个带电量为一个带电量为q q、质量为、质量为m m的液滴的液滴,以速度以速度v v0 0垂直于垂直于电场线方向射入两板间电场线方向射入两板间,如图所示如图所示,射入后液滴沿直线运动射入后液滴沿直线运动,求求:(1)(1)两极板间的电场强度两极板间的电场强度E.E.(2)(2)液滴离开电

7、场时的速度液滴离开电场时的速度v.v.Lv0E=E=mgcos/q/q 方向：方向：小结：小结：(1)(1)理解理解板的放置情况板的放置情况，如何如何处理力处理力是关键是关键(2)(2)用用动能定理动能定理，注意合力做，注意合力做负功负功二、带电粒子在二、带电粒子在交变电场交变电场的直线运动的直线运动例例2:如图，如图，A板的电势板的电势A0，B板的电势板的电势B随时间的随时间的变化规律如图所示。（变化规律如图所示。（板间距较大）板间距较大）则则A.若电子是在若电子是在t0时刻进入的，它将一直时刻进入的，它将一直向向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，它可能时而向时刻进入

8、的，它可能时而向B板运板运动，时而向动，时而向A板运动板运动,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，它可能时而向时刻进入的，它可能时而向B板板运动，时而向运动，时而向A板运动板运动,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，它可能时而向时刻进入的，它可能时而向B板、板、时而向时而向A板运动板运动BAt/s B/v00-0ABBAt/s/v00-0t/s 0a0-a0a/m/s2t/s0v0-v0v/m/s若电子是在若电子是在t0时刻进入的时刻进入的Tt/s/v00-0T/22T3T/2Tt/s 0T/22T3T/2a/m/s2a0-

9、a0T0T/22T3T/2t/sv0-v0 若电子是在若电子是在t T/8时刻进入的时刻进入的v/m/sTt/s/v00-0T/22T3T/2Tt/s 0T/22T3T/2a/m/s2a0-a0T0T/22T3T/2t/sv0-v0 若电子是在若电子是在t T/4时刻进入的时刻进入的v/m/sTt/s/v00-0T/22T3T/2Tt/s 0T/22T3T/2a/m/s2a0-a0T0T/22T3T/2t/sv0-v0 若电子是在若电子是在t 3T/8时刻进入的时刻进入的v/m/s小结小结1 1、情景分析法情景分析法2 2、图解法图解法（周期性变化的电场）画出（周期性变化的电场）画出 a-ta

10、-t、v-tv-t图图确定确定对象对象，受力受力分析，分析，过程过程分析及其分析及其重要重要分析方法：分析方法：练练3:3:两个相距为两个相距为d d 的平行金属板的平行金属板,有正对着的两小孔有正对着的两小孔A A、B B,如图甲所示如图甲所示,两板间加如图乙所示的交变电场两板间加如图乙所示的交变电场,一质量为一质量为m m,带电量为带电量为+q+q 的带电粒子的带电粒子,在在t t=0=0时刻在时刻在A A孔孔处无初速释处无初速释放放,试判断带电粒子能否穿过试判断带电粒子能否穿过B B孔孔？（？（t t=0=0时刻时刻A A板电势高）板电势高）AB甲图甲图U/vt/su-u乙图乙图TT/2

11、Aavav3、第一个周期、第一个周期末末，速度恰为，速度恰为0，一个周期内，一个周期内始终向右始终向右运动运动,以后不以后不断重复第一个周期的运动，直到通过断重复第一个周期的运动，直到通过B点点.请画出粒子运动的请画出粒子运动的 v-t 图线图线.1、前半周期前半周期带电粒子带电粒子向右匀加速向右匀加速，2、后半周期向右匀减速后半周期向右匀减速，AB甲图（甲图（U)u/vt/s-U乙图乙图T2Tt/s00v/m/sUT2T丙图丙图问题：为使粒子到达问题：为使粒子到达B孔孔时时速度最大速度最大，A、B间距应满足什么条件？间距应满足什么条件？画出速度图线能画出速度图线能更清楚更清楚了解物体的了解物

12、体的运动情况运动情况要使粒子到达要使粒子到达B点时速度点时速度 最大，即在最大，即在 半个周期半个周期内到达内到达.解：设带电粒子在半个周期的位移为解：设带电粒子在半个周期的位移为S由题意知：只要由题意知：只要 Sd,粒子粒子出电场时速度可达最大出电场时速度可达最大.有：有：请问此题有请问此题有周期解周期解吗？吗？从从W电电=Uq=EKB-0考虑考虑U的的值值T2Tu/vt/s-U乙图乙图0Uv/m/st/s0丙图丙图变式训练变式训练1:1:两个相距为两个相距为d d的平行金属板的平行金属板,有正对着的两小孔有正对着的两小孔A A、B B,如图甲所示如图甲所示,两板两板间加如图乙所示的交变电场

13、间加如图乙所示的交变电场,一质量为一质量为m m,带电量为带电量为+q q的带电粒子的带电粒子,在在t t=T T/4/4时刻在时刻在A A孔孔处无初速释放处无初速释放,试判断带电粒子能否穿过试判断带电粒子能否穿过B B孔孔？（？（t t=0=0时刻时刻A A板电势高）板电势高）AB甲图甲图答：粒子在答：粒子在t=T/4时刻释放，时刻释放，如果在运动的如果在运动的第一个第一个T/2内内没有通过没有通过B孔孔,则就不能通则就不能通过过B孔孔.变：不论变：不论A、B间距离多大，问带电粒子间距离多大，问带电粒子何时释放，带电粒子一定能通过何时释放，带电粒子一定能通过B孔？孔？带电粒子在带电粒子在T/

14、4前释放前释放，一定能通过一定能通过B孔孔.情景分析情景分析图像分析图像分析 练练4 4:两两个个相相距距为为d d=1 1.5 5 m m的的平平行行金金属属板板,有有正正对对着着的的两两小小孔孔A A、B B,如如图图甲甲所所示示,两两板板间间加加如如图图乙乙所所示示的的交交变变电电场场,U U=1 1.0 08 81 10 04 4V V,交交变变电电压压的的周周期期T T=1 1.0 01 10 06 6s s,t t=0 0时时刻刻A A板板电电势势高高，一一质质量量为为m m,带带电电量量为为+q q的的带带电电粒粒子子,在在t t=T T/6 6时时刻刻在在A A孔孔处处无无初初

15、速速释释放放,带带电电粒粒子子比比荷荷q q/m m=1 1.0 01 10 08 8C C/k kg g,问问:粒粒子子运运动动过过程程中中将将与与某某一一极极板板相相碰碰撞撞,求求从从开开始始运运动动到到粒粒子子与与极极板板碰碰撞撞所所用用时时间间.AB甲图甲图U/vt/su-u乙图乙图TT/2t/sU-UTT/2T/67T/6t/s v/m/s0ABT/3 T/3 T/31、粒子在、粒子在T/2时刻时刻(即运动了即运动了T/3时间时间)速度：速度：v=aT/3=2.4105m/s向右向右位移位移s=(v/2)T/32=8102m简解：简解：a=qU/dm=7.21011m/s2 粒子在运

16、动的粒子在运动的一个周期一个周期内内向右向右运动运动8102m然后再然后再向向左左运动运动2102m 所以在一个周期内粒子位所以在一个周期内粒子位移向右移向右,为为x=610-2m2 2、粒子在、粒子在T时刻时刻(即运动了即运动了5T/6时间时间)速度：速度：v=aT/6=1.2105m/s 粒子在粒子在7T/6时刻时刻(即运动了即运动了T时间时间)反向反向位移位移s=(v/2)T/62=2102m粒子在粒子在24个周期个周期内运动的位移内运动的位移246102m=1.44 m粒子在粒子在24个周期个周期内内向右向右运动的运动的最大最大 距离距离为为236 102m 8 102m=1.46m

17、所以所以第第25个周期个周期内内,粒子粒子只要向右运动只要向右运动只要向右运动只要向右运动0.06m0.06m 就通过就通过B孔孔 AB1.44 m小结：对小结：对往复运动往复运动往复运动往复运动特别要关注特别要关注最后一个周期最后一个周期最后一个周期最后一个周期内的运动情况内的运动情况.t总=24T+T/3+t=2.44310-5s1.46md d=1.5 m,=1.5 m,xx=6=61010-2-2m m T T=1.0=1.01010-6-6s s=2.510-5s做完了吗？做完了吗？听说过青蛙跳井的例子吗？听说过青蛙跳井的例子吗？三、示波器的原理三、示波器的原理v示波器是一种用来观察

18、电信号随时间变化的电子仪器。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。已知：已知：U1、l、YY偏转电极的电压偏转电极的电压U2、板间距、板间距d、板端板端到荧光屏的距离到荧光屏的距离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及打到及打到屏上电子的偏移量屏上电子的偏移量y。偏移量与偏移量与YY偏偏转电极的电压转电极的电压U2成正比成正比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若两偏转电极间都不加偏转电压

19、，则电子束将打在荧光屏的中心U Uy yt tOO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U Ux xt tOO要想增加要想增加要想增加要想增加X X轴方向扫描线的宽度，怎么办？轴方向扫描线的宽度，怎么办？轴方向扫描线的宽度，怎么办？轴方向扫描线的宽度，怎么办？U Ux xt tOO满足什么条件才能得到稳定满足什么条件才能得到稳定满足什么条件才能得到稳定满足什么条件才能得到稳定正确的波形？正确的波形？正确的波形？正确的波形？U Uy yt tOOT TT T 2T2TT/2T/2T T扫扫扫扫=NT=NT显示出的信号完整波形个数显示出的信号完整波形个数显示出的信号完整波形个数显示出的信号完整波形个数由什么决定？由什么决定？由什么决定？由什么决定？N N