【课件】带电粒子在电场中的运动 课件 -2022-2023学年高二上学期物理人教版选修3-1.pptx

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1、 第第9 9节节 带电粒子在电场中的运动带电粒子在电场中的运动 （第（第1 1课时）课时）带带电电粒粒子子在在电电场场中中受受电电场场力力产产生生加加速速度度使使速速度度变变化化利用电场利用电场 使带电粒子使带电粒子加加速速偏偏转转（1 1）用用牛顿定律和牛顿定律和动力学公式求解动力学公式求解 （适用匀强电场（适用匀强电场 ）：）：一一、带电粒子在电场中直线运动带电粒子在电场中直线运动（2 2）用动能定理求解（适用所有电场用动能定理求解（适用所有电场 ）：）：2 2、求解方法：、求解方法：1 1、条件、条件：初速度与合力共线初速度与合力共线3 3、求解关键：、求解关键：正确分析受力。正确分析受

2、力。问题与问题与 练习：一电子的质量为练习：一电子的质量为9.1109.110-3131kg,kg,电荷量电荷量e=1.610e=1.610-19-19 C C，当它位，当它位E=5E=510104 4V/mV/m的电场中时，电子的重力为多大的电场中时，电子的重力为多大？电子受到的电场力为多大？电子受到的电场力为多大？F/G=F/G=？你会发？你会发现什么？现什么？G=mg=910-30NF/GF/G=1=110101515F=qE=810-15N 结论：结论：电子电子所受重力远小于电场力。所受重力远小于电场力。3 3、一般带电体：是否考虑重力，要根据题目、一般带电体：是否考虑重力，要根据题目

3、暗示或运动状态来判定。暗示或运动状态来判定。1 1、微观带电粒子：、微观带电粒子：如如电子、质子、电子、质子、粒子等粒子等.它们的它们的重力一般远小于电场力，分析受力时，重力一般远小于电场力，分析受力时，一般不考虑重力一般不考虑重力(有说明或暗示除外有说明或暗示除外)。2 2、宏观带电微粒：、宏观带电微粒：如带电小球、液滴、尘埃如带电小球、液滴、尘埃等等.一般要考虑重力一般要考虑重力(有说明或暗示除外有说明或暗示除外)。带电体一般可分为两类：带电体一般可分为两类：注：注：忽略粒子重力不是忽略粒子的质量。忽略粒子重力不是忽略粒子的质量。质子质子 氢核氢核氘核氘核氚核核几种重要粒子及符号几种重要粒

4、子及符号 粒子粒子 例例1 1：炽热的金属丝可以发射电子。在金：炽热的金属丝可以发射电子。在金属丝和金属板间加上属丝和金属板间加上U=2500VU=2500V的电压，发射的电压，发射出的电子在真空中加速后，出的电子在真空中加速后，从金属板的小孔穿出。从金属板的小孔穿出。电子穿出时的速度有电子穿出时的速度有多大？设电子刚离开多大？设电子刚离开金属丝时的速度为零。金属丝时的速度为零。例题分析例题分析 由于动能定理有由于动能定理有:解：解：例例2 2、如图所示的电场中有如图所示的电场中有A A、B B两点，两点，A A、B B的电势差的电势差U UABAB100V100V，一个质量为，一个质量为m=

5、m=2.0102.010-12-12kgkg、电量为电量为q=q=-5.010-5.010-8-8C C的带电粒子，以初速度的带电粒子，以初速度v v0 0=3.0103.0103 3m/sm/s由由A A点运动到点运动到B B点，求粒子到达点，求粒子到达B B点时的点时的速率。（不计粒子重力）速率。（不计粒子重力）A A-v0B BA A-v0B B 例例3 3、如图，如图，M M、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m m、电量为、电量为+q+q的带电粒子，的带电粒子，以极小的初速度由小孔进入电场，当以极小的初速度由小孔进入电场，当M

6、M、N N间电间电压为压为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 v，如果要使，如果要使这个带电粒子到达这个带电粒子到达N N板的速度为板的速度为2 2v v ，不计粒子，不计粒子的重力，下述方法能满足要求的是（的重力，下述方法能满足要求的是（）A A、使、使M M、N N间电压增加为间电压增加为2U 2U B B、使、使M M、N N间电压增加为间电压增加为4U 4U C C、使、使M M、N N间电压不变，距离减半间电压不变，距离减半 D D、使、使M M、N N间电压不变，距离加倍间电压不变，距离加倍 M MN NU Ud d+B B 例例例例4 4、如图，、如图，A

7、 A、B B为平行金属板电容器，两板为平行金属板电容器，两板间的距离为间的距离为d d，在，在A A板的缺口的正上方距离为板的缺口的正上方距离为h h的的P P处，有一静止的、质量为处，有一静止的、质量为m m、带电量为、带电量为+q+q的液滴由静止开始自由落下，若要使液滴不的液滴由静止开始自由落下，若要使液滴不落在落在B B板上，两板间的电压板上，两板间的电压U U至少为（至少为（）（）mgmgqE A、B、C、D、A AmgmgqE对全过程由动能定理：对全过程由动能定理：练习练习1 1、如图，如图，E E发射的电子初速度为零，发射的电子初速度为零，两电源的电压分别为两电源的电压分别为45V

8、45V、30V30V，A A、B B两板两板上有小孔上有小孔OaOa、ObOb，则电子经过，则电子经过OaOa、ObOb孔以孔以及到达及到达C C板时的动能分别是：板时的动能分别是：EKA=EKA=eV eV，EKB=EKB=eV eV，EKC=EKC=eV.eV.45eV45eV、45eV45eV、15eV15eV课堂练习课堂练习 练习练习2 2、质子和、质子和 粒子在同一匀强电粒子在同一匀强电场中由静止开始加速，通过相同位移场中由静止开始加速，通过相同位移时，它们的动能比为时，它们的动能比为 ，所用时间比，所用时间比为为 。第第9 9节节 带电粒子在电场中的运动带电粒子在电场中的运动 （第

9、（第2 2课时）课时）（1 1）平抛运动的条件：）平抛运动的条件：有水平初速度有水平初速度v v0 0，只受重力，故，只受重力，故a ag g。复习：平抛运动复习：平抛运动（2 2）求解方法：化曲为直：）求解方法：化曲为直：水平方向：匀速直线运动。水平方向：匀速直线运动。竖直方向：自由落体运动。竖直方向：自由落体运动。（3 3）平抛运动的规律：）平抛运动的规律：从物体抛出开始计时，经时间从物体抛出开始计时，经时间t t，有：，有：（4 4）平抛运动的重要推论：）平抛运动的重要推论：位移偏向角：位移偏向角：物体在任一时刻速度物体在任一时刻速度 的反向延长线平分这的反向延长线平分这段时间内的水平位

10、移。段时间内的水平位移。速度偏向角：速度偏向角：问题与思考问题与思考如果带电粒子沿垂直电场的方向进入如果带电粒子沿垂直电场的方向进入匀强电场，它将怎样运动呢匀强电场，它将怎样运动呢?二、带电粒子的偏转二、带电粒子的偏转 ld+-+Uv0q、mF+vv0vyy二、带电粒子的偏转二、带电粒子的偏转 1 1、条件：、条件：粒子的初速度与合力垂直粒子的初速度与合力垂直2 2、运动轨迹运动轨迹：抛物线。抛物线。3 3、运动性质运动性质：匀加速曲线运动，匀加速曲线运动，叫类平抛运动：叫类平抛运动：从运动开始计时，经过时间从运动开始计时，经过时间t t，有：，有：4 4、求解方法求解方法：初速度方向初速度方

11、向:匀速直线运动匀速直线运动合力方向：初速度为合力方向：初速度为0 0的匀加速直线运的匀加速直线运动，动，F F合合 =ma=ma。5 5、解题关键：、解题关键：正确分析粒子受力。正确分析粒子受力。带电粒子在任一带电粒子在任一时刻速度的反向延长时刻速度的反向延长线平分这段时间内的线平分这段时间内的水平位移。水平位移。速度偏向角：速度偏向角：位移偏向角：位移偏向角：6 6、重要结论：、重要结论：证明：证明：带电粒子垂直进入偏转电场，离开电场带电粒子垂直进入偏转电场，离开电场时时,粒子好象是从入射线中点直接射出来的粒子好象是从入射线中点直接射出来的。x 证证 明：明：二、二、带电粒子的带电粒子的加

12、速与偏转加速与偏转v0+-U2 d lvyvy_+U1-qmv0OYL证明证明：初速度为零的带电粒子只在电场力作初速度为零的带电粒子只在电场力作用下，经加速电场加速后再进入用下，经加速电场加速后再进入偏转电场偏偏转电场偏转后的速度偏向角和侧位移分别为转后的速度偏向角和侧位移分别为其中其中L L和和d d是是偏转电场的板长和板间距离。偏转电场的板长和板间距离。U U1 1、U U2 2为加速电压和为加速电压和偏转电压。偏转电压。证证 明：明：x结论结论：初速度为零的带电粒子只在电场力作初速度为零的带电粒子只在电场力作用下，经加速电场加速后再进入用下，经加速电场加速后再进入偏转电场偏偏转电场偏转后

13、的速度偏向角和侧位移分别为转后的速度偏向角和侧位移分别为其中其中L L和和d d是是偏转电场的板长和板间距离。偏转电场的板长和板间距离。U U1 1、U U2 2为加速电压和为加速电压和偏转电压。偏转电压。带电粒子的偏移量和偏转角由加速带电粒子的偏移量和偏转角由加速-偏转系偏转系统决定，与粒子的质量、电量无关统决定，与粒子的质量、电量无关.只要电只要电性相同的带电粒子性相同的带电粒子,在电场中留下的轨迹相在电场中留下的轨迹相同同,所以无法将电性相同的粒子分开所以无法将电性相同的粒子分开.-XX+-若金属板水平放置电若金属板水平放置电子竖直偏转子竖直偏转若金属板竖直放置电若金属板竖直放置电子水平

14、偏转子水平偏转YY+偏转电极的放置方式偏转电极的放置方式 1 1、示波器的作用：、示波器的作用：观察电信号随时间变化的情况观察电信号随时间变化的情况 2 2、示波管的结构：、示波管的结构：由电子枪、偏转电极和荧光屏组成由电子枪、偏转电极和荧光屏组成三、示波管的原理三、示波管的原理 3 3、示波管的原理示波管的原理产生产生高速高速 行行的的电子束电子束待显示待显示的的信号电压信号电压锯齿形锯齿形 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 1 1、（多选）如图，初速度为零二价氦离子、（多选）如图，初速度为零二价氦离子和质子的混合体，经同一加速

15、电场加速后，和质子的混合体，经同一加速电场加速后，垂直射入同一偏转电场中，偏转后打在同一垂直射入同一偏转电场中，偏转后打在同一荧光屏上，则它们荧光屏上，则它们 ()()A A、侧移距离不相同、侧移距离不相同 B B、偏转角相同、偏转角相同 C C、到达屏上同一点、到达屏上同一点 D D、到达屏上不同点、到达屏上不同点 BC例题与练习例题与练习2 2、如图，电子在电势差为如图，电子在电势差为U U1 1的加速电场中由的加速电场中由静止开始加速，然后射入电势差为静止开始加速，然后射入电势差为U U2 2的平行的平行板间的电场中，入射方向跟极板平行。重力板间的电场中，入射方向跟极板平行。重力可忽略。

16、在满足电子能射出平行板区的条件可忽略。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B3、如图、如图,相距为相距为d、长度为长度为L的平行板的平行板AB间存间存在电场在电场,在在A、B左端距左端距AB等距离处的等距离处的O点点,有有一电量为一电量为+q质量为质量为m的粒子以初速度的粒子以初速度V0沿与

17、沿与A、B板平行的方向射入电场中，不计重力板平行的方向射入电场中，不计重力,要使此粒子能从要使此粒子能从C处射出电场处射出电场,则则A、B间的电间的电压应不超过压应不超过()A.B.C.D.Vo+-dABOCA或或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：对偏转过程由侧移公式：对偏转过程由侧移公式：课堂小结：课堂小结：一、带电粒子的加速一、带电粒子的加速二、带电粒子的偏转二、带电粒子的偏转动力学观点动力学观点能量观点能量观点类平抛运动类平抛运动垂直电场方向垂直电场方向:做匀速直线运动做匀速直线运动平行电场方向平行电场方向:做初速度为零的匀加速直线运动做初速度为零的匀加速直线运动带电粒子在匀强电场中的运动，跟重物在重力带电粒子在匀强电场中的运动，跟重物在重力场中的运动相似场中的运动相似(有时像自由落体运动，有时像有时像自由落体运动，有时像抛体运动，依初速度是否为抛体运动，依初速度是否为0 0而定而定)，但有区别，但有区别