帶電粒子在電場中的運動PPT學(xué)習(xí)教案

1、會計學(xué)1帶電粒子在電場中的運動帶電粒子在電場中的運動第八節(jié)第八節(jié) 帶電粒子帶電粒子在電場中的運動在電場中的運動第1頁/共38頁一、帶電粒子在電場中的加速一、帶電粒子在電場中的加速+- 例題：例題：在加上電壓在加上電壓U并處于并處于真空中真空中的金的金屬板間有一正電荷屬板間有一正電荷q，質(zhì)量為，質(zhì)量為m，只在電場只在電場力力作用下從作用下從靜止靜止釋放，電荷將做什么運動釋放，電荷將做什么運動？求求電荷到達負極板時的速度？電荷到達負極板時的速度？qFAB第2頁/共38頁22/vqUm可 得2/qU m2可得v2211022tWqUmVmV根據(jù)FqUammd1。運用運動學(xué)和動力學(xué)方法求解，設(shè)板間。運

2、用運動學(xué)和動力學(xué)方法求解，設(shè)板間 距為距為d,因電場力為恒力，所以有因電場力為恒力，所以有2。運用能量觀點求解。運用能量觀點求解22212vvad根據(jù)注：該方法不僅適用于勻強電場也適用于非勻強電場。注：該方法不僅適用于勻強電場也適用于非勻強電場。第3頁/共38頁 例題例題1：實驗表明，熾熱的金屬絲可以發(fā)射電：實驗表明，熾熱的金屬絲可以發(fā)射電子。在熾熱金屬絲和金屬板間加以電壓子。在熾熱金屬絲和金屬板間加以電壓U=2500V，從熾熱金屬絲發(fā)射出的電子在真空，從熾熱金屬絲發(fā)射出的電子在真空中被加速后，從金屬板的小孔穿出。電子射出中被加速后，從金屬板的小孔穿出。電子射出后的速度有多大？后的速度有多大？

3、設(shè)電子剛從金屬絲射出時的設(shè)電子剛從金屬絲射出時的速度為零。速度為零。- U +金屬絲 金屬板VE電子的質(zhì)量為電子的質(zhì)量為0.9110-30 kg，電子的電荷量，電子的電荷量e=1.610-19 C第4頁/共38頁解：金屬絲和金屬板間的電場雖然不解：金屬絲和金屬板間的電場雖然不是是 勻強電場，但仍可用勻強電場，但仍可用 可得可得 代入數(shù)據(jù)得：代入數(shù)據(jù)得：v=3.0107 m/s2eUvm2102WeUmv第5頁/共38頁2211022tWqUmVmV2211022tWEqdqUmVmV第6頁/共38頁 例題例題1：實驗表明，熾熱的金屬絲可以發(fā)射電：實驗表明，熾熱的金屬絲可以發(fā)射電子。在熾熱金屬絲

4、和金屬板間加以電壓子。在熾熱金屬絲和金屬板間加以電壓U=2500V，從熾熱金屬絲發(fā)射出的電子在真空，從熾熱金屬絲發(fā)射出的電子在真空中被加速后，從金屬板的小孔穿出。電子射出中被加速后，從金屬板的小孔穿出。電子射出后的速度有多大？后的速度有多大？- U +金屬絲 金屬板VE電子的質(zhì)量為電子的質(zhì)量為0.9110-30 kg，電子的電荷量，電子的電荷量e=1.610-19 C第7頁/共38頁 如圖一帶電粒子以如圖一帶電粒子以垂直垂直勻強電勻強電場的場強方向以初速度場的場強方向以初速度v0射入電射入電場，若場，若不計粒子的重力不計粒子的重力，帶電粒，帶電粒子將做什么運動？子將做什么運動？ lv v0 0

5、d+- - - - - -qF第8頁/共38頁二、帶電粒子在勻強電場中的偏轉(zhuǎn)二、帶電粒子在勻強電場中的偏轉(zhuǎn)-qy垂直電場方向垂直電場方向：勻速勻速直線運動直線運動沿電場方向沿電場方向：初速為零的：初速為零的勻加速勻加速直線運動直線運動mU2+-dLFv v0 0XY第9頁/共38頁垂直電垂直電場方向場方向:沿電沿電場場方向方向:ay=F/m=qE/m=qU/md運動分析運動分析Vt2=V02+Vy2=?做做類似平拋運動類似平拋運動qEqUymmdVattt222111222qEqUmmdyattt Vx=V0 X =V0t第10頁/共38頁例題例題2： 如圖所示一電子以初速度如圖所示一電子以初

6、速度V0=3.0X107m/s沿沿垂直電場方向射入的電場，兩極板的長度為垂直電場方向射入的電場，兩極板的長度為L=6.0cm，相距，相距d=2cm，極板間電壓，極板間電壓U=200V.求求1）電子射出電場所用時間？）電子射出電場所用時間？v v0 0-qmU+-dLF第11頁/共38頁解：解：1）電子在水平方向做勻速運動電子在水平方向做勻速運動，由，由 L=v0t 可求得電子可求得電子在電場中的運動時間在電場中的運動時間t=L/v0，第12頁/共38頁例題例題2： 一電子水平射入如圖所示的電場中一電子水平射入如圖所示的電場中，射入時的速度，射入時的速度V0=3.0X107m/s.兩極板的長兩極

7、板的長度為度為L=6.0cm，相距，相距d=2cm，極板間電壓，極板間電壓U=200V.求求2）電子射出電場時沿垂直板面方）電子射出電場時沿垂直板面方向偏移的距離向偏移的距離y。-qymU+-dLF第13頁/共38頁解：解：1）電子在垂直電場方向做勻速運動電子在垂直電場方向做勻速運動，由，由 L=v0t 可求得電子可求得電子在電場中的運動時間在電場中的運動時間t=L/v0，2）電子在沿電場方向做勻加速運動，電子在沿電場方向做勻加速運動， 加速度加速度a=F/m=qE/m=eU/md. 電子射出電場時電子射出電場時豎直偏移的距離豎直偏移的距離y=at2 /2， （其中（其中t為電子在電場中運動時

8、間），為電子在電場中運動時間）， 根據(jù)根據(jù)y=at2 /2中，得到中，得到 代入數(shù)值得代入數(shù)值得y=0.36cm2( )2eUlymd v第14頁/共38頁例題例題2： 一電子水平射入如圖所示的電場中一電子水平射入如圖所示的電場中，射入時的速度，射入時的速度V0=3.0X107m/s.兩極板的長兩極板的長度為度為L=6.0cm，相距，相距d=2cm，極板間電壓，極板間電壓U=200V.求求3)電子離開電場時偏轉(zhuǎn)的角度電子離開電場時偏轉(zhuǎn)的角度。v v0 0-qymU2+-dLFv vt tv v0 0v vy y第15頁/共38頁y3）電子離開電場時沿電場方向的分速度為）電子離開電場時沿電場方向

9、的分速度為Vy， 離開電場時的偏轉(zhuǎn)角度為離開電場時的偏轉(zhuǎn)角度為 角度為角度為6.8度度200tanyveUlvmdvv v0 0+ + + + + +- - - - - -VyV0Vt0yeUlvatmd v第16頁/共38頁例題例題2： 一電子水平射入如圖所示的電場一電子水平射入如圖所示的電場中，射入時的速度中，射入時的速度V0=3.0X107m/s.兩極板兩極板的長度為的長度為L=6.0cm，相距，相距d=2cm，極板間，極板間電壓電壓U=200V.4)如何求電子離開電場時的如何求電子離開電場時的速度？速度？yv v0 0+ + + + + +VyVtV0第17頁/共38頁2211022t

10、WqUmVmV對于勻強電場則常用對于勻強電場則常用2211022tWEqyqUmVmV第18頁/共38頁例題：例題： 在加上電壓在加上電壓U并處于真空中的金屬板間有一正電荷并處于真空中的金屬板間有一正電荷q，質(zhì)量，質(zhì)量為為m，只在電場力作用下只在電場力作用下從靜止釋放，電荷將做什么運動？從靜止釋放，電荷將做什么運動？ 例題例題1： 實驗表明，熾熱的金屬絲可以發(fā)射實驗表明，熾熱的金屬絲可以發(fā)射電子電子。在熾熱金屬絲和。在熾熱金屬絲和金屬板間加以電壓金屬板間加以電壓U=2500V，從熾熱金屬絲發(fā)射出的電子在真，從熾熱金屬絲發(fā)射出的電子在真空中被加速后，從金屬板的小孔穿出。電子射出后的速度有多空中被

11、加速后，從金屬板的小孔穿出。電子射出后的速度有多大？大？ 例題例題2： 如圖所示一如圖所示一電子電子以初速度以初速度V0=3.0X107m/s沿垂直電場沿垂直電場方向射入的電場，兩極板的長度為方向射入的電場，兩極板的長度為L=6.0cm，相距，相距d=2cm，極板間電壓，極板間電壓U=200V.求求1）電子射出電場所用時）電子射出電場所用時間？間？第19頁/共38頁1、帶電粒子：、帶電粒子：（1）一般微觀粒子（如電子、質(zhì)子等），在電場）一般微觀粒子（如電子、質(zhì)子等），在電場中運動時重力遠小于電場力，所以一般不計重力。中運動時重力遠小于電場力，所以一般不計重力。但質(zhì)量不可忽略。但質(zhì)量不可忽略。（

12、2）帶電體（如液滴、塵埃、小球等），一般重）帶電體（如液滴、塵埃、小球等），一般重力不能忽略。力不能忽略。 一般情況下，帶電粒子指微觀粒子，但有時粒一般情況下，帶電粒子指微觀粒子，但有時粒子的含義不明確，需根據(jù)題目所給條件加以分析。子的含義不明確，需根據(jù)題目所給條件加以分析。如重力與電場力大小相近時，重力不可忽略；若電如重力與電場力大小相近時，重力不可忽略；若電場力遠大于重力，可忽略；也可根據(jù)物體的運動性場力遠大于重力，可忽略；也可根據(jù)物體的運動性質(zhì)來判斷。質(zhì)來判斷。注意注意：第20頁/共38頁（1）勻強電場：勻強電場：如在帶等量異種電荷的平行金屬如在帶等量異種電荷的平行金屬板之間的電場板之間

13、的電場（2）非勻強電場：非勻強電場：如單個的正電荷形成的電場、如單個的正電荷形成的電場、單個的負電荷形成的電場、等量異種電荷形成的單個的負電荷形成的電場、等量異種電荷形成的電場、等量同種電荷形成的電場、點電荷與帶電電場、等量同種電荷形成的電場、點電荷與帶電平板所形成的電場等。平板所形成的電場等。2、電場：、電場：3 、分析受力時要多一項電場力，討論功能問題、分析受力時要多一項電場力，討論功能問題時要正確計算電場力做功及電勢能的變化。時要正確計算電場力做功及電勢能的變化。第21頁/共38頁直線加速器直線加速器粒子在每個加速電場中的運動時間相等，因為交變電壓的變化周期相同第22頁/共38頁課堂練習(xí)

14、題課堂練習(xí)題 2讓一價氫離子、一價讓一價氫離子、一價氦離子和二價氦離子的混合氦離子和二價氦離子的混合物經(jīng)過同一加速電場由靜止物經(jīng)過同一加速電場由靜止開始加速，然后在同一偏轉(zhuǎn)開始加速，然后在同一偏轉(zhuǎn)電場里偏轉(zhuǎn)，它們是否會分電場里偏轉(zhuǎn)，它們是否會分為三股？請說明理由。為三股？請說明理由。第23頁/共38頁比較離子在偏轉(zhuǎn)電場的側(cè)移距離比較離子在偏轉(zhuǎn)電場的側(cè)移距離y如果如果 y不相同不相同比較離子是否以比較離子是否以相同偏角相同偏角 射出射出如果如果 y 相同相同如果如果不相同不相同會分為三股會分為三股如果如果 相同相同不會分為三股不會分為三股會分為三股會分為三股第24頁/共38頁解：電子在勻強電場中

15、的加速度解：電子在勻強電場中的加速度: a=F/m = eE/m速度速度:v=at= eEt/m = 1.410-7 m/s 動能動能Ek= =8.910-17 J第25頁/共38頁練習(xí)練習(xí)2。一動能為。一動能為1000eV的電子，的電子，沿著與電場垂直的方向進入勻強偏轉(zhuǎn)沿著與電場垂直的方向進入勻強偏轉(zhuǎn)電場，已知偏轉(zhuǎn)電極長電場，已知偏轉(zhuǎn)電極長6.0cm，相距，相距離離1cm，偏轉(zhuǎn)電壓，偏轉(zhuǎn)電壓4.0V，求電子離，求電子離開偏轉(zhuǎn)電場時的偏轉(zhuǎn)角度。開偏轉(zhuǎn)電場時的偏轉(zhuǎn)角度。 第26頁/共38頁解：由偏轉(zhuǎn)角度公式 及1eV=1.610-19J, 有 = =0.012,得：=0.69第27頁/共38頁第28頁/共38頁解解: 電子射入電場時具有的初動能電子射入電場時具有的初動能:Ek= = 1.610-17 J,電子從電子從A板到達板到達B板需克服電場力做功板需克服電場力做功: W=qU= 1.310-17JEk W,可見電子能打在可見電子能打在B板，板，到達到達B板時的速度為板時的速度為v= 如果電