人教版選修3-1物理19帶電粒子在電場中的運(yùn)動課件（共24張PPT）

1、第一章第一章 靜電場靜電場1帶電粒子有哪些帶電粒子有哪些?(1)微觀粒子微觀粒子如電子、質(zhì)子、如電子、質(zhì)子、粒子、離子等粒子、離子等,除有說明或除有說明或有明確的暗示以外有明確的暗示以外,此類粒子一般不考慮重力此類粒子一般不考慮重力即即G=0;m0(2)宏觀微粒宏觀微粒如液滴、油滴、塵埃、小球等如液滴、油滴、塵埃、小球等,除有說明或有明確除有說明或有明確的暗示以外的暗示以外,一般要考慮重力一般要考慮重力,即即G0;m0 2帶電粒子在勻強(qiáng)電場中可能會做哪些運(yùn)動帶電粒子在勻強(qiáng)電場中可能會做哪些運(yùn)動?勻變速直線運(yùn)動勻變速直線運(yùn)動加速、減加速、減速速勻變速曲線運(yùn)動勻變速曲線運(yùn)動偏轉(zhuǎn)偏轉(zhuǎn)1.平衡平衡（F

2、合合=0）2.勻變速運(yùn)動勻變速運(yùn)動（F合合0）靜止靜止勻速直線運(yùn)動勻速直線運(yùn)動 在現(xiàn)代科學(xué)實(shí)驗(yàn)和技術(shù)設(shè)備中在現(xiàn)代科學(xué)實(shí)驗(yàn)和技術(shù)設(shè)備中, , 常常利用電常常利用電場來改變或控制帶電粒子的運(yùn)動場來改變或控制帶電粒子的運(yùn)動. .利用電場使帶電利用電場使帶電粒子粒子加速加速、利用電場使粒子、利用電場使粒子偏轉(zhuǎn)偏轉(zhuǎn), ,就是兩種最簡單就是兩種最簡單的情況的情況. .3+ +_UUE加速勻速勻速一一. .帶電粒子在電場中加速帶電粒子在電場中加速 1.1.受力情況受力情況2.2.運(yùn)動形式運(yùn)動形式3.3.能量轉(zhuǎn)化能量轉(zhuǎn)化只受電場力，且電場力方向與初速只受電場力，且電場力方向與初速度方向相同度方向相同勻加速直線

3、運(yùn)動勻加速直線運(yùn)動電勢能轉(zhuǎn)化為動能電勢能轉(zhuǎn)化為動能41.1.如圖如圖: :在真空中有一對平行金屬板在真空中有一對平行金屬板, ,由于接到由于接到電池組上而帶電電池組上而帶電, ,兩板間的電勢差為兩板間的電勢差為U U. .若一個質(zhì)若一個質(zhì)量為量為m m、由帶正電荷、由帶正電荷q q的粒子的粒子, ,在靜電力的作用下在靜電力的作用下由靜止開始從正極板運(yùn)動由靜止開始從正極板運(yùn)動, ,計(jì)算它到達(dá)負(fù)極板時計(jì)算它到達(dá)負(fù)極板時的速度的速度. .+qmqUv2若勻強(qiáng)電場強(qiáng)若勻強(qiáng)電場強(qiáng)度為度為E,E,板間距板間距為為d d呢呢? ?212WmvWqU5若粒子在若粒子在非勻強(qiáng)電場非勻強(qiáng)電場中加速中加速,上述結(jié)論

4、還成立嗎上述結(jié)論還成立嗎?如圖所示，兩極間的電壓是如圖所示，兩極間的電壓是U，板間是一非勻強(qiáng)電場，板間是一非勻強(qiáng)電場.設(shè)有一負(fù)電荷設(shè)有一負(fù)電荷q、質(zhì)量為、質(zhì)量為m 的帶電粒子從負(fù)極處由靜的帶電粒子從負(fù)極處由靜止開始向正極板運(yùn)動，求：粒子到達(dá)正極板時的速度止開始向正極板運(yùn)動，求：粒子到達(dá)正極板時的速度解：根據(jù)動能定理：解：根據(jù)動能定理：212WmvWqU聯(lián)立得：聯(lián)立得：2qUvm-+q依然成立依然成立!62.熾熱的金屬絲可以發(fā)射電子。在金屬絲和金屬板熾熱的金屬絲可以發(fā)射電子。在金屬絲和金屬板之間加以電壓之間加以電壓U=2500V，發(fā)射出的電子在真空中，發(fā)射出的電子在真空中加速后，從金屬板的小孔穿

5、出。電子穿出時的速加速后，從金屬板的小孔穿出。電子穿出時的速度有多大？設(shè)電子剛離開金屬絲時的速度為零。度有多大？設(shè)電子剛離開金屬絲時的速度為零。電子質(zhì)量電子質(zhì)量m=0.9m=0.91010-30-30kg;kg;電子的電荷量電子的電荷量e=1.6e=1.61010-19-19c c解：解：由動能定理由動能定理221mveU meUv2代入數(shù)據(jù)得：代入數(shù)據(jù)得：m/s7100 . 3v73. 如圖所示如圖所示P和和Q為兩平行金屬板，板間電壓為為兩平行金屬板，板間電壓為U，在，在P板板附近有一電子由靜止開始向附近有一電子由靜止開始向Q 板運(yùn)動，關(guān)于電子到達(dá)板運(yùn)動，關(guān)于電子到達(dá)Q板板時的速率，下列說法

6、正確的是：（時的速率，下列說法正確的是：（ ） A.兩板間距離越大兩板間距離越大,加速時間越長，獲得的速率就越大加速時間越長，獲得的速率就越大 B.兩板間距離越小，加速度越大，獲得的速率就越大兩板間距離越小，加速度越大，獲得的速率就越大 C.與兩板間距離無關(guān)，僅與加速電壓與兩板間距離無關(guān)，僅與加速電壓U有關(guān)有關(guān) D.以上說法都不正確以上說法都不正確81.1.受力情況受力情況2.2.運(yùn)動形式運(yùn)動形式3.3.能量轉(zhuǎn)化能量轉(zhuǎn)化只受電場力，且電場力方向只受電場力，且電場力方向與初速度方向垂直與初速度方向垂直類平拋運(yùn)動類平拋運(yùn)動電勢能轉(zhuǎn)化為動能電勢能轉(zhuǎn)化為動能二二. .帶電粒子在電場中偏轉(zhuǎn)帶電粒子在電場

7、中偏轉(zhuǎn) 金屬板+_I正電荷正電荷9二二. .帶電粒子在電場中偏轉(zhuǎn)帶電粒子在電場中偏轉(zhuǎn) -+d0vlFamFa mqEmdqU基本關(guān)系基本關(guān)系vxvyv0vvxtvl0初速度方向初速度方向atvyy221aty 電場線方向電場線方向?qū)С鲫P(guān)系導(dǎo)出關(guān)系側(cè)位移側(cè)位移221aty 20)(21vlmdqUdmvqUl2022速度偏角速度偏角xyvvtan0vat001vlmdqUvdmvqUl20幾個推論幾個推論lytandmvqUl202tan2tanMM是粒子沿極板方向的中點(diǎn)是粒子沿極板方向的中點(diǎn)10YYXX-+-若金屬平行板水平若金屬平行板水平放置放置, ,電子將在豎直電子將在豎直方向發(fā)生偏轉(zhuǎn)方向

8、發(fā)生偏轉(zhuǎn)若金屬平行板豎直若金屬平行板豎直放置放置, ,電子將在水平電子將在水平方向發(fā)生偏轉(zhuǎn)方向發(fā)生偏轉(zhuǎn)偏轉(zhuǎn)電極的不同放置偏轉(zhuǎn)電極的不同放置,電荷運(yùn)動如何電荷運(yùn)動如何?+11三三. .示波管的原理示波管的原理 示波器示波器:是一種用來觀察電信號隨時間變化的電子儀器。是一種用來觀察電信號隨時間變化的電子儀器。核心部件：核心部件：(由由電子槍電子槍、偏轉(zhuǎn)電極偏轉(zhuǎn)電極和和熒光屏熒光屏組成，管內(nèi)抽成真空。組成，管內(nèi)抽成真空。)示波管示波管電子槍部分：電子槍部分：偏轉(zhuǎn)電極部分：偏轉(zhuǎn)電極部分：熒光屏部分：熒光屏部分：發(fā)射出電子發(fā)射出電子使電子沿兩方向偏轉(zhuǎn)使電子沿兩方向偏轉(zhuǎn)電子使電子使熒光物質(zhì)熒光物質(zhì)受激而發(fā)

9、光受激而發(fā)光- - -+ +- -+ + +- -xxyy電子槍電子槍偏轉(zhuǎn)電極偏轉(zhuǎn)電極熒熒光光屏屏12電子槍偏轉(zhuǎn)電極-+熒光屏YYXXYYXX1.1.如果只在如果只在YYYY之間加之間加不變的電壓不變的電壓, ,使使Y Y的電勢比的電勢比YY高高( (有有時說這種情況是時說這種情況是”Y Y正、正、YY負(fù)負(fù)”),),電子束運(yùn)動過程中受哪電子束運(yùn)動過程中受哪個方向的力個方向的力? ?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? ?OtUy13電子槍偏轉(zhuǎn)電極-+熒光屏YYXXYYXX2.2.如果只在如果只在XXXX之間加之間加不變的電壓不變的電壓, (X, (X正、正、XX負(fù)負(fù)), ),

10、 電子電子將打在熒光屏的什么位置將打在熒光屏的什么位置? ?OtUx14電子槍偏轉(zhuǎn)電極-+熒光屏YYXXYYXXUytO1t2tXXYY3.3.如果只在如果只在YYYY之間加如圖所示的之間加如圖所示的變化的電壓變化的電壓, ,在熒光屏在熒光屏上會看到什么圖形上會看到什么圖形? ?15每個電子每個電子在電場中運(yùn)動在電場中運(yùn)動時間很短時間很短, ,可認(rèn)為在電壓不變的可認(rèn)為在電壓不變的勻強(qiáng)電場勻強(qiáng)電場中中偏轉(zhuǎn)偏轉(zhuǎn). .不同時刻不同時刻進(jìn)入電場的電子偏轉(zhuǎn)進(jìn)入電場的電子偏轉(zhuǎn)電電壓不同壓不同, ,屏上亮斑位置不同屏上亮斑位置不同. .UytO1t2t每個電子在電場中做的什么運(yùn)動每個電子在電場中做的什么運(yùn)動

11、?16電子槍偏轉(zhuǎn)電極-+熒光屏YYXXYYXX4.4.如果只在如果只在XXXX之間加如圖所示的之間加如圖所示的變化的電壓變化的電壓, ,在熒光屏上在熒光屏上會看到什么圖形會看到什么圖形? ?OtUxXXY17UytO1t2t5.如果如果 之間的電壓仍然如圖所示，而在電極之間的電壓仍然如圖所示，而在電極 之間加不變的之間加不變的電壓，在熒光屏上會看到什么圖形？試著畫出來。電壓，在熒光屏上會看到什么圖形？試著畫出來。YY XX OtUxX XY Y電子槍偏轉(zhuǎn)電極-+熒光屏YYXXYYXX18電子槍偏轉(zhuǎn)電極-+熒光屏YYXXYYXX6.6.如果如果YYYY之間的電壓仍然如圖所示，而在之間的電壓仍然如

12、圖所示，而在XXXX 之間之間所加的電壓按圖所示所加的電壓按圖所示, , 在熒光屏?xí)吹绞裁磮D形？在熒光屏?xí)吹绞裁磮D形？UXtt2UytO1t2tX XYY19XYOABCD E FABCD E FABOCt1DEFt2電子槍偏轉(zhuǎn)電極-+熒光屏YYXXYYXX20XX電極上的電壓叫電極上的電壓叫掃描電壓掃描電壓.YY電極上的電壓叫電極上的電壓叫信號電壓信號電壓.ut0UXt21如果信號電壓是周期性的，并且掃描電壓與信號電壓的周如果信號電壓是周期性的，并且掃描電壓與信號電壓的周期相同，就可以在熒光屏上得到待測信號在一個周期內(nèi)隨期相同，就可以在熒光屏上得到待測信號在一個周期內(nèi)隨時間變化的時間變化

13、的穩(wěn)定穩(wěn)定圖象圖象電子槍偏轉(zhuǎn)電極-+熒光屏YYXXYYXXUXtUytO1t2t22要在屏上得到一個正弦圖象要在屏上得到一個正弦圖象, 信號電壓信號電壓和掃描電壓的周期應(yīng)滿足什么關(guān)系和掃描電壓的周期應(yīng)滿足什么關(guān)系?兩兩個呢個呢?n個呢個呢?得到得到一個一個完整的正弦波形滿足完整的正弦波形滿足? ?yxTTn得到得到兩個兩個完整的正弦波形呢完整的正弦波形呢? ?yxTT yxT2T uyt0UXt得到得到n n個個完整的正弦波形呢完整的正弦波形呢? ?TyTx235.如圖所示是示波管的示意圖，豎直偏轉(zhuǎn)電極的極板長如圖所示是示波管的示意圖，豎直偏轉(zhuǎn)電極的極板長l4 cm，板間距離，板間距離d1 cm，板右端距離熒光屏，板右端距離熒光屏L18 cm.(水平偏轉(zhuǎn)電極不加電壓，沒有畫出水平偏轉(zhuǎn)電極不加電壓，沒有畫出)電子沿中心線進(jìn)電子沿中心線進(jìn)入豎直偏轉(zhuǎn)電場的速度是入豎直偏轉(zhuǎn)電場的速度是1.6107 m/s，電子電荷量，電子電荷量e1.601019 C