高中物理 《帶電粒子在電場中的運(yùn)動(dòng)》精品課件

1、儀器名稱：示波器儀器名稱：示波器 型型 號：號：COS5100系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，數(shù)以系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，數(shù)以1010億計(jì)的電子就億計(jì)的電子就將從這條加速管中以接近光速?zèng)_進(jìn)將從這條加速管中以接近光速?zèng)_進(jìn)儲(chǔ)存環(huán)中發(fā)生碰撞儲(chǔ)存環(huán)中發(fā)生碰撞 北京正負(fù)電子對撞機(jī)加速器的北京正負(fù)電子對撞機(jī)加速器的起點(diǎn)起點(diǎn) 1.8 1.8 帶電粒子在電場帶電粒子在電場 中的運(yùn)動(dòng)中的運(yùn)動(dòng)(2(2課時(shí)課時(shí)) )新課標(biāo)高中物理選修31第一章 靜電場3 3、某些帶電體是否考慮重力，要根據(jù)題目暗示或運(yùn)、某些帶電體是否考慮重力，要根據(jù)題目暗示或運(yùn)動(dòng)狀態(tài)來判定動(dòng)狀態(tài)來判定電場中的帶電粒子一般可分為兩類：電場中的帶電粒子一般可分為兩類：1 1、帶電的基

2、本粒子：如電子，質(zhì)子，、帶電的基本粒子：如電子，質(zhì)子， 粒子，正負(fù)粒子，正負(fù)離子等。這些粒子所受重力和電場力相比小得多，離子等。這些粒子所受重力和電場力相比小得多，除非有說明或明確的暗示以外，一般都不考慮重力。除非有說明或明確的暗示以外，一般都不考慮重力。（但并不能忽略質(zhì)量）。（但并不能忽略質(zhì)量）。2 2、帶電微粒：如帶電小球、液滴、塵埃等。除非有、帶電微粒：如帶電小球、液滴、塵埃等。除非有說明或明確的暗示以外，一般都考慮重力。說明或明確的暗示以外，一般都考慮重力。第一課時(shí)第一課時(shí)帶電粒子在勻強(qiáng)電場中帶電粒子在勻強(qiáng)電場中運(yùn)動(dòng)情況：運(yùn)動(dòng)情況：受到恒定的電場力受到恒定的電場力受力情況：受力情況：

3、做勻變速運(yùn)動(dòng)做勻變速運(yùn)動(dòng)一一. 帶電粒子在電場中的加速帶電粒子在電場中的加速用牛頓運(yùn)動(dòng)定律分析用牛頓運(yùn)動(dòng)定律分析用動(dòng)能定理分析用動(dòng)能定理分析00v?tvUE1（加速電壓）（加速電壓）qUm+_帶電粒子的加速帶電粒子的加速 d d1 1、受力分析、受力分析: : 水平向右的電場力水平向右的電場力 F FEq=qU/dEq=qU/dF F2 2、運(yùn)動(dòng)分析、運(yùn)動(dòng)分析: :初速度為零，加速度初速度為零，加速度為為a=qU/mda=qU/md的向右的向右勻勻加速直線運(yùn)動(dòng)加速直線運(yùn)動(dòng)。解法一運(yùn)用運(yùn)動(dòng)學(xué)知識求解解法一運(yùn)用運(yùn)動(dòng)學(xué)知識求解mqUdmdqUadv2222mqUv2解法二運(yùn)用能量知識求解解法二運(yùn)用能

4、量知識求解mqUvmvqU2212粒子加速后的速度只與加速電壓有關(guān)粒子加速后的速度只與加速電壓有關(guān)思考題思考題 如兩極板間不是勻強(qiáng)電場該如兩極板間不是勻強(qiáng)電場該用何種方法求解？為什么？用何種方法求解？為什么？ 由于電場力做功與場強(qiáng)是由于電場力做功與場強(qiáng)是否勻強(qiáng)無關(guān)，與運(yùn)動(dòng)路徑也否勻強(qiáng)無關(guān)，與運(yùn)動(dòng)路徑也無關(guān)，第二種方法仍適用！無關(guān)，第二種方法仍適用！所以所以例例1 結(jié)論：結(jié)論：由于電場力做功與場強(qiáng)是否由于電場力做功與場強(qiáng)是否勻強(qiáng)無關(guān)，與運(yùn)動(dòng)路徑也無關(guān)，所勻強(qiáng)無關(guān)，與運(yùn)動(dòng)路徑也無關(guān)，所以在處理電場對帶電粒子的以在處理電場對帶電粒子的加速加速問問題時(shí)，一般都是利用題時(shí)，一般都是利用動(dòng)能定理動(dòng)能定理進(jìn)

5、行進(jìn)行處理。處理。 例例2：如圖所示，在：如圖所示，在P板附近有一電子由靜止開板附近有一電子由靜止開始向始向Q板運(yùn)動(dòng)，則關(guān)于電子在兩板間的運(yùn)動(dòng)情況，下板運(yùn)動(dòng)，則關(guān)于電子在兩板間的運(yùn)動(dòng)情況，下列敘述正確的是：列敘述正確的是：( )A.兩板間距越大，加速的時(shí)間越長兩板間距越大，加速的時(shí)間越長B.兩板間距離越小，加速度就越大，兩板間距離越小，加速度就越大，則電子到達(dá)則電子到達(dá)Q板時(shí)的速度就越大板時(shí)的速度就越大C.電子到達(dá)電子到達(dá)Q板時(shí)的速度與板間距板時(shí)的速度與板間距離無關(guān)，僅與加速電壓有關(guān)離無關(guān)，僅與加速電壓有關(guān)D.電子的加速度和末速度都與板間電子的加速度和末速度都與板間距離無關(guān)距離無關(guān) AC ld

6、+- - - - - - - - - - - + + + + + + + + + Uv0q、m二二. 帶電粒子在電場中的偏轉(zhuǎn)帶電粒子在電場中的偏轉(zhuǎn) ld+- - - - - - - - - - - + + + + + + + + + + +Uv0q、mF+vv0vyy偏轉(zhuǎn)角偏轉(zhuǎn)角側(cè)移側(cè)移二二. 帶電粒子在電場中的偏轉(zhuǎn)帶電粒子在電場中的偏轉(zhuǎn)試根據(jù)類平拋運(yùn)動(dòng)的知識，推導(dǎo)偏移量試根據(jù)類平拋運(yùn)動(dòng)的知識，推導(dǎo)偏移量 y和偏轉(zhuǎn)角和偏轉(zhuǎn)角1. 1.受力分析：粒子受到豎直向受力分析：粒子受到豎直向下的靜電力下的靜電力F FEqEq=qU/dqU/d。2 2. .運(yùn)動(dòng)規(guī)律分析運(yùn)動(dòng)規(guī)律分析: :粒子作粒子作類平拋

7、類平拋運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)。x x方向：方向：勻速直線運(yùn)動(dòng)勻速直線運(yùn)動(dòng)Y Y方向：方向：加速度為加速度為 的的勻勻加速直線加速直線運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)。mdqUa v v v v0 0vy 3. 3. x方向方向 L4. 4. y方向方向 xvyvy5 5、離開電場時(shí)的偏轉(zhuǎn)角度的正切：、離開電場時(shí)的偏轉(zhuǎn)角度的正切：tv020221vLmdqU0v0vLmdqU200mdvqULvvytan y y v v0 0vy F Fv v+ + + + + +- - - - - -v v0 0Y dUY Y q L L結(jié)論：帶電粒子初速度垂直于電場方向飛入結(jié)論：帶電粒子初速度垂直于電場方向飛入勻強(qiáng)電場的問題就是一個(gè)勻強(qiáng)電場的問

8、題就是一個(gè)類平拋類平拋的問題。的問題。粒子在與電場垂直的方向上做粒子在與電場垂直的方向上做勻速直線運(yùn)動(dòng)勻速直線運(yùn)動(dòng)粒子在與電場平行的方向上做粒子在與電場平行的方向上做初速為零的勻初速為零的勻加速運(yùn)動(dòng)加速運(yùn)動(dòng)例例3 L LmqUv102122202242dULUvLmdqUy12202tandULUmdvLqU三、三、 加速和偏轉(zhuǎn)一體加速和偏轉(zhuǎn)一體+-v vv v0 0v vy y+_U1U2v v0 0-qmy 讓一價(jià)氫離子、一價(jià)氦離子和二價(jià)氦離子的混合物讓一價(jià)氫離子、一價(jià)氦離子和二價(jià)氦離子的混合物經(jīng)過同一加速電場由靜止開始加速，然后在同一偏轉(zhuǎn)電經(jīng)過同一加速電場由靜止開始加速，然后在同一偏轉(zhuǎn)電

9、場里偏轉(zhuǎn)，在通過加速電場時(shí)獲得的動(dòng)能是否相同？通場里偏轉(zhuǎn)，在通過加速電場時(shí)獲得的動(dòng)能是否相同？通過偏轉(zhuǎn)電場時(shí)，它們是否會(huì)分為三股？請說明理由。過偏轉(zhuǎn)電場時(shí)，它們是否會(huì)分為三股？請說明理由。答案：答案：通過加速電場時(shí)獲得的動(dòng)能通過加速電場時(shí)獲得的動(dòng)能E Ek k=qUqU, ,加速電壓相加速電壓相同，二價(jià)氦離子電荷量最大，所以二價(jià)氦離子獲得動(dòng)同，二價(jià)氦離子電荷量最大，所以二價(jià)氦離子獲得動(dòng)能最大。能最大。 粒子的偏轉(zhuǎn)量和偏轉(zhuǎn)角由加速電場和偏轉(zhuǎn)電場決定，粒子的偏轉(zhuǎn)量和偏轉(zhuǎn)角由加速電場和偏轉(zhuǎn)電場決定，所以三種粒子不可能分開為三股。所以三種粒子不可能分開為三股。122202242dULUvLmdqUyv

10、 vv vy yy L L+- -v v0 0+-U1U2v v0 0-qm思思考考題題 dmvqUly2022dmvqUl20tantanyx dmvqUldmvqUl2020222lx強(qiáng)化練習(xí)強(qiáng)化練習(xí) 作業(yè)作業(yè)1 1：離子發(fā)生器發(fā)射出一束質(zhì)量為：離子發(fā)生器發(fā)射出一束質(zhì)量為mm，電荷量，電荷量為為q q的負(fù)離子，從靜止的負(fù)離子，從靜止 經(jīng)加速電壓經(jīng)加速電壓U U 1 1 加速后，獲得速加速后，獲得速度度v v0 0 ，并沿垂直于電場線方向射入兩平行板中央，受，并沿垂直于電場線方向射入兩平行板中央，受偏轉(zhuǎn)電壓偏轉(zhuǎn)電壓U U2 2作用后，以速度作用后，以速度離開電場，已知平行板離開電場，已知平行

11、板長為長為，兩板間距離為，兩板間距離為d d， 1 1）離子在偏轉(zhuǎn)電場中運(yùn)動(dòng)）離子在偏轉(zhuǎn)電場中運(yùn)動(dòng) 的時(shí)間、加速度、速度的時(shí)間、加速度、速度 的大??；的大??； 2 2）離子在離開偏轉(zhuǎn)電場時(shí)）離子在離開偏轉(zhuǎn)電場時(shí) 的沿電場方向的偏移量和的沿電場方向的偏移量和偏轉(zhuǎn)角的正切值。偏轉(zhuǎn)角的正切值。 l+ + + + + +- - - - - -u u1 1dv v0 0 求：求： 作業(yè)作業(yè)2： 一束電子流經(jīng)一束電子流經(jīng) U=5000V 的的電壓加速后，在距兩極板等間距處垂直電壓加速后，在距兩極板等間距處垂直進(jìn)入平行板間的勻強(qiáng)電場中，若兩板間進(jìn)入平行板間的勻強(qiáng)電場中，若兩板間距距 d=1.0cm，板長，板

12、長 l=5.0cm，那么，要使，那么，要使電子能從平行板間飛出，兩個(gè)板之間的電子能從平行板間飛出，兩個(gè)板之間的電壓最多能加多少？電壓最多能加多少？四四、示波器的原理、示波器的原理 （第二課時(shí)）（第二課時(shí)）1.示波器作用：是一種用來觀察電信號隨時(shí)間變化的電子儀器。2.它的核心部件是示波管：由電子槍、偏轉(zhuǎn)電極和熒光屏組成，管內(nèi)抽成真空。產(chǎn)生產(chǎn)生高速高速飛飛行的行的電子束電子束待顯示待顯示的的電壓信號電壓信號鋸齒形鋸齒形掃掃描電壓描電壓使電子沿使電子沿Y Y方向方向偏移偏移使電子沿使電子沿x x方向方向偏移偏移四、示波器的原理四、示波器的原理已知：已知：U1、l、YY?偏轉(zhuǎn)電極的電壓偏轉(zhuǎn)電極的電壓U

13、2、板間距、板間距d 、 板端到熒光屏的距離板端到熒光屏的距離L。求：電子射出偏轉(zhuǎn)電場時(shí)的偏向角正切值求：電子射出偏轉(zhuǎn)電場時(shí)的偏向角正切值tan及打及打到屏上電子的偏移量到屏上電子的偏移量y?。122tandUlU Lly 2tan LlydUlU 2212yyUKULldUly 21)2(2偏移量與偏移量與YY?偏偏轉(zhuǎn)電極的電壓轉(zhuǎn)電極的電壓U2成正比成正比3.原理原理1 1）、如果在電極）、如果在電極XXXX之間不加電壓，而在之間不加電壓，而在YYYY之間加之間加不變電壓不變電壓，使，使Y Y的電勢比的電勢比YY高，高，電子將打在熒光屏的什么位置？電子將打在熒光屏的什么位置？電子沿電子沿Y

14、Y方方向向向上向上偏移偏移四、示波器的原理四、示波器的原理yyUKy xxUKx 2 2）、如果在電極）、如果在電極XXXX之間不加電壓，而在之間不加電壓，而在YYYY之間加之間加不變電壓不變電壓，使，使YY的電勢比的電勢比Y Y高，高，電子將打在熒光屏的什么位置？電子將打在熒光屏的什么位置？電子沿電子沿Y Y方方向向向下向下偏移偏移四、示波器的原理四、示波器的原理yyUKy 3 3）、）、如果在電極如果在電極 YY之間不加電壓，但在之間不加電壓，但在XX之間加之間加不變電壓不變電壓，使，使X的電勢比的電勢比X高，電高，電子將打在熒光屏的什么位置？子將打在熒光屏的什么位置？電子沿電子沿X X方

15、方向向向里向里偏移偏移四、示波器的原理四、示波器的原理xxUKx 4 4）、）、如果在電極如果在電極 YY之間不加電壓，但在之間不加電壓，但在XX之間加之間加不變電壓不變電壓，使，使X的電勢比的電勢比X高，電高，電子將打在熒光屏的什么位置？子將打在熒光屏的什么位置？電子沿電子沿X X方方向向向外向外偏移偏移四、示波器的原理四、示波器的原理xxUKx 5 5）、如果在電極）、如果在電極XXXX之間不加電壓，但在之間不加電壓，但在YYYY之間加如圖所示的之間加如圖所示的交變電壓交變電壓，在熒光屏，在熒光屏上會(huì)看到什么圖形？上會(huì)看到什么圖形？0tt0tt1 1電子沿電子沿Y Y方向方向向上向上偏移偏

16、移四、示波器的原理四、示波器的原理yyUKy 6 6）、如果在電極）、如果在電極XXXX之間不加電壓，但在之間不加電壓，但在YYYY之間加如圖所示的之間加如圖所示的交變電壓交變電壓，在熒光屏，在熒光屏上會(huì)看到什么圖形？上會(huì)看到什么圖形？t t1 1tttt2 2電子沿電子沿Y Y方向方向向下向下偏移偏移四、示波器的原理四、示波器的原理yyUKy 7 7）、如果在）、如果在YYYY之間加如圖所示的之間加如圖所示的交變電交變電壓壓，同時(shí)在，同時(shí)在XXXX之間加之間加不變電壓不變電壓，使，使X X的電的電勢比勢比XX高高，在熒光屏上會(huì)看到什么圖形？在熒光屏上會(huì)看到什么圖形？0tt0tt1 1電子沿電

17、子沿Y Y方向方向向上向上偏，沿偏，沿X X方向方向向里向里偏偏四、示波器的原理四、示波器的原理yyUKy xxUKx 8 8）、如果在）、如果在YYYY之間加如圖所示的之間加如圖所示的交變電交變電壓壓，同時(shí)在，同時(shí)在XXXX之間加之間加不變電壓不變電壓，使，使X X的電的電勢比勢比XX高，在熒光屏上會(huì)看到什么圖形？高，在熒光屏上會(huì)看到什么圖形？t t1 1tttt2 2電子沿電子沿Y Y方向方向向下向下偏，沿偏，沿X X方向方向向里向里偏偏四、示波器的原理四、示波器的原理xxUKx yyUKy 8 8）、如果在）、如果在YYYY之間加如圖所示的之間加如圖所示的交變電交變電壓壓，同時(shí)在，同時(shí)在

18、XXXX之間加之間加不變電壓不變電壓，使，使XX的的電勢比電勢比X X高，在熒光屏上會(huì)看到什么圖形？高，在熒光屏上會(huì)看到什么圖形？電子沿電子沿Y Y方向方向向向上向下上向下偏，沿偏，沿X X方向方向向外向外偏偏四、示波器的原理四、示波器的原理xxUKx yyUKy 1010）、如果在）、如果在YYYY之間加如圖所示的之間加如圖所示的交變交變電壓電壓，同時(shí)在，同時(shí)在XXXX之間加之間加鋸齒形掃描電壓鋸齒形掃描電壓，在熒光屏上會(huì)看到什么圖形？在熒光屏上會(huì)看到什么圖形？XYOA B CD E FA B CD E FABOCt1DEFt2四、示波器的原理四、示波器的原理xxUKx yyUKy 課堂小結(jié)

19、：課堂小結(jié)：一、利用電場使帶電粒子加速一、利用電場使帶電粒子加速二、利用電場使帶電粒子偏轉(zhuǎn)二、利用電場使帶電粒子偏轉(zhuǎn)從動(dòng)力學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)角度分析從動(dòng)力學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)角度分析從做功和能量的角度分析從做功和能量的角度分析類似平拋運(yùn)動(dòng)類似平拋運(yùn)動(dòng)的分析方法的分析方法粒子在與電場垂直的方向上做粒子在與電場垂直的方向上做勻速直線運(yùn)動(dòng)勻速直線運(yùn)動(dòng)粒子在與電場平行的方向上做粒子在與電場平行的方向上做初速度為零的勻加速運(yùn)動(dòng)初速度為零的勻加速運(yùn)動(dòng)下列粒子由靜止經(jīng)加速電壓為下列粒子由靜止經(jīng)加速電壓為U U的電場加速的電場加速后，哪種粒子動(dòng)能最大后，哪種粒子動(dòng)能最大 （ ） 哪種粒子速哪種粒子速度最大度最大 （ ） A A

20、、質(zhì)子、質(zhì)子 B B、電子、電子 C C、氘核、氘核 DD、氦核、氦核 強(qiáng)化練習(xí)強(qiáng)化練習(xí)mqUv2qUmvEk221與與電量電量成正比成正比與與比荷平方比荷平方根根成正比成正比D DBe/m1840e/me/2m2e/4m如圖所示，如圖所示，MM、N N是在真空中豎直放置的兩塊是在真空中豎直放置的兩塊平行金屬板，質(zhì)量為平行金屬板，質(zhì)量為mm、電量為、電量為+q+q的質(zhì)子，以極的質(zhì)子，以極小的初速度由小孔進(jìn)入電場，當(dāng)小的初速度由小孔進(jìn)入電場，當(dāng)MM、N N間電壓為間電壓為U U時(shí)，粒子到達(dá)時(shí)，粒子到達(dá)N N板的速度為板的速度為v，如果要使這個(gè)帶，如果要使這個(gè)帶電粒子到達(dá)電粒子到達(dá)N N板的速度為

21、板的速度為2 2v ，則下述方法能滿足，則下述方法能滿足要求的是（要求的是（ ）A A、使、使MM、N N間電壓增加為間電壓增加為2U 2U B B、使、使MM、N N間電壓增加為間電壓增加為4U 4U C C、使、使MM、N N間電壓不變，距離減半間電壓不變，距離減半 DD、使、使MM、N N間電壓不變，距離加倍間電壓不變，距離加倍 MMN NU Ud d+mqUv2v與與電壓平方電壓平方根根成正比成正比B強(qiáng)化練習(xí)強(qiáng)化練習(xí)dmvqUl20tan強(qiáng)化練習(xí)強(qiáng)化練習(xí)tandmvqUl20dmvqUly2022與與電量電量成正比成正比與與電量電量成正比成正比2:12:1強(qiáng)化練習(xí)強(qiáng)化練習(xí) 強(qiáng)化練習(xí)強(qiáng)化

22、練習(xí)析與解析與解dmvqUly2022bcyy 而bcvv000vlt 又bayy ball 而bavv00qEyWEkkckbkaEEEbctt 221aty 又batt 7 7、如圖，電子在電勢差為、如圖，電子在電勢差為U U1 1的加速電場中由靜止的加速電場中由靜止開始加速，然后射入電勢差為開始加速，然后射入電勢差為U U2 2的兩塊平行極板的兩塊平行極板間的電場中，入射方向跟極板平行。整個(gè)裝置處在間的電場中，入射方向跟極板平行。整個(gè)裝置處在真空中，重力可忽略。在滿足電子能射出平行板區(qū)真空中，重力可忽略。在滿足電子能射出平行板區(qū)的條件下，下述四種情況中，一定能使電子的偏轉(zhuǎn)的條件下，下述四

23、種情況中，一定能使電子的偏轉(zhuǎn)角角 變大的是變大的是 A A、U U1 1變大、變大、U U2 2變大變大 B B、U U1 1變小、變小、U U2 2變大變大C C、U U1 1變大、變大、U U2 2變小變小 DD、U U1 1變小、變小、U U2 2變小變小強(qiáng)化練習(xí)強(qiáng)化練習(xí)20121mvqU 1202qUmvdmvleU202tan析與解析與解對加速過程由動(dòng)能定理：對加速過程由動(dòng)能定理：對偏轉(zhuǎn)過程由偏轉(zhuǎn)角正切公式：對偏轉(zhuǎn)過程由偏轉(zhuǎn)角正切公式：dUlU122與粒子的與粒子的電量電量q q、質(zhì)量質(zhì)量mm無關(guān)無關(guān)dUlUy1224ydUlU1224與粒子的與粒子的電量電量q q、質(zhì)量質(zhì)量mm無關(guān)無關(guān)強(qiáng)化練習(xí)強(qiáng)化練習(xí)作業(yè)作業(yè)1 1如圖所示，有一電子如圖所示，有一電子( (電量為電量為e e、質(zhì)量、質(zhì)量為為m)m)經(jīng)電壓經(jīng)電壓U U0 0加速后，沿平行金屬板加速后，沿平行金屬板A A、B B中心線進(jìn)入