物理：新人教版選修3-1帶電粒子在電場中的運動2課件

高中物理新人教版

選修３-１系列課件第一章《靜電場》第九節(jié)

《帶電粒子在電場中

的運動》教學(xué)目標(biāo)

知識與能力：1．了解帶電粒子在電場中的運動——只受電場力，帶電粒子做勻變速運動。2．重點掌握初速度與場強方向垂直的帶電粒子在電場中的運動(類平拋運動)。3．知道示波管的主要構(gòu)造和工作原理。4．滲透物理學(xué)方法的教育：運用理想化方法，突出主要因素，忽略次要因素，不計粒子重力。5．培養(yǎng)綜合分析問題的能力，體會物理知識的實際應(yīng)用。教學(xué)重點:帶電粒子在電場中的加速和偏轉(zhuǎn)規(guī)律

教學(xué)難點:帶電粒子在電場中的偏轉(zhuǎn)問題及應(yīng)用。例：帶電粒子在電場中處于靜止?fàn)顟B(tài)，該粒子帶正電還是負(fù)電?+++++++-------Eqmg分析：帶電粒子處于靜止?fàn)顟B(tài)，∑F＝0，Eq=mg，因為所受重力豎直向下，所以所受電場力必為豎直向上。又因為場強方向豎直向下，所以帶電體帶負(fù)電。1．帶電粒子在電場中的運動情況

（平衡、加速和減速）

⑴．若帶電粒子在電場中所受合力為零時，即∑F＝0時，粒子將保持靜止?fàn)顟B(tài)或勻速直線運動狀態(tài)。⑵．若∑F≠0（只受電場力）且與初速度方向在同一直線上，帶電粒子將做加速或減速直線運動。(變速直線運動)◎打入正電荷(如圖),將做勻加速直線運動。設(shè)電荷所帶的電量為q,板間場強為E,電勢差為U,板距為d,電荷到達另一極板的速度為v,則：電場力所做的功為W=EqL=Uq粒子到達另一極板的動能為Ek=mv2/2由動能定理有Uq=mv2/2(或

EqL=mv2/2對恒力)◎若初速為v0，則上列各式又應(yīng)怎么樣？◎若打入的是負(fù)電荷(初速為v0),將做勻減速直線運動,其運動情況可能如何,請同學(xué)們討論。++++++llllllvo關(guān)于重力是否考慮的問題1、題目明確了重力不計或不能忽略重力的情況2、題目未明確的情況下:a)基本粒子(如電子、質(zhì)子、離子等)重力一般忽略.b)帶電顆粒(如液滴、塵埃、小球等)重力一般不能忽略.討論:

例題1：如圖所示，水平放置的A、B兩平行板相距h，上板A帶正電?，F(xiàn)有質(zhì)量為m，帶電量為+q的小球在B板下方距離為H處，以初速度V0豎直向上從B板小孔進入板間電場，欲使小球剛好打到A板，A、B間電勢差UAB應(yīng)為多少？hABV0H解：將動能定理用于運動全過程，由W=△Ek得-mg(H+h)-qUAB=0-mV2012整理可得UAB=m〔V2-2g(H+h)〕2qBCD練習(xí)２：如圖從F處釋放一個無初速度電子向B板方向運動,指出下列對電子運動描述中,正確的是(設(shè)電源電動勢均為U)(

)FADCBA.電子到達B板時的動能是UeB.電子從B板到達C板時動能的變化量為零C.電子到達D板時動能為UeＤ.電子在Ａ板與Ｄ板間作往返運動ＡＢＤ詳細分析講解例題2。vovv┴θd++++++------2、帶電粒子在電場中的偏轉(zhuǎn)

lv0d-qφvv0v⊥φyl/2解：粒子vo在電場中做類平拋運動沿電場方向勻速運動所以有：L=vot①電子射出電場時，在垂直于電場方向偏移的距離為：

y=at2/2②粒子在垂直于電場方向的加速度：

a=F/m=eE/m=eU/md③由①②③得：④代入數(shù)據(jù)得：y=0.36m即電子射出時沿垂直于板面方向偏離0.36m電子射出電場時沿電場方向的速度不變?nèi)詾関o，而垂直于電場方向的速度：⑤故電子離開電場時的偏轉(zhuǎn)θ角為：⑥代入數(shù)據(jù)得：θ=6.8°

例1、帶電粒子經(jīng)加速電場加速后垂直進入兩平行金屬板間的偏轉(zhuǎn)電場，要使它離開偏轉(zhuǎn)電場時偏轉(zhuǎn)角增大，可采用的辦法有：（

）

A、增加帶電粒子的電量

B、降低加速電壓；

C、提高偏轉(zhuǎn)電壓；

D、減小兩平行板間的距離。

BCDACD練習(xí)一：質(zhì)子和α粒子由靜止經(jīng)相同加速電場加速后，又垂直進入同一勻強電場，出電場時，它們橫向位移量之比和在偏轉(zhuǎn)電場中經(jīng)過時間之比分別為（）A.2:1和：1B.1：1和1：C.1：2和2：1D.1：4和1：2√2√2B3．示波管的原理（1）示波器：用來觀察電信號隨時間變化的電子儀器。其核心部分是示波管（2）示波管的構(gòu)造：由電子槍、偏轉(zhuǎn)電極和熒光屏組成（如圖）。（3）原理：利用了帶電粒子在電場中偏轉(zhuǎn)的規(guī)律，靈敏、直觀地顯示出電信號隨時間變化的圖線。小結(jié)：1、研究帶電粒子在電場中運動的兩條主要線索（1）力和運動的關(guān)系——牛頓第二定律（2）功和能的關(guān)系——動能定理2、研究帶電粒子在電場中運動的兩類重要的思維技巧（1）類比與等效電場力和重力都是恒力，在電場力作用下的運動可與重力作用下的運動類比

（2）整體法(全過程法)電場力的功與重力的功一樣，都只與始末位置有關(guān)，與路徑無關(guān)．它們分別引起電荷電勢能的變化和重力勢能的變化，從電荷運動的全過程中功能關(guān)系出發(fā)(尤其從靜止出發(fā)末速度為零的問題)往往能迅速找到解題入口或簡化計算．dl/2yv0-qvv0v⊥φφ++++++------lYXU教學(xué)目標(biāo)

完成了嗎1．了解帶電粒子在電場中的運動——只受電場力，帶電粒子做勻變速運動。2．重點掌握初速度與場強方向垂直的帶電粒子在電場中的運動(類平拋運動)。3．知道示波管的主要構(gòu)造和工作原理。例題2:一個電子以初速V0=3.0×106m/s沿著垂直于場強方向射入兩帶電平行金屬板，金屬板長L=6.0×10-2m，兩板之間可以看成是勻強電場，場強大小為E=2×103N/C，電子的電量e=1.6×10-19C，質(zhì)量m=9.1×10-31kg，求:（1）電子射離電場時的速度；（2）出射點與入射點沿場強方向的側(cè)移距離。[解析]法一：電子射入電場以后，受恒定的電場力作用，由于V0⊥F電，電子做類平拋運動。將電子的運動看成是沿X軸方向、速度為V0的勻速直線運動和沿電場力y方向、初速度為零的勻加速直線運動的合成。yV0XO如圖所示:

從電子射入電場到飛出電場，兩個方向的位移和加速度為{L=V0ty=at212a=eEm電子飛離電場時的速度為{Vx=V0Vy=atVt=√V2+(at)20代入數(shù)據(jù)y=7.0×10-2(m)代入數(shù)據(jù)Vt=7.62×106(m/s)tanα=VyV0代入數(shù)據(jù)tanα=2.33∴α=arctg2.33

法二：由F=eE=ma求出a，由L=V0t求出t，[總結(jié)]本題為典型的帶電粒子在電場中的偏轉(zhuǎn)問題，一般的處理方法是應(yīng)用運動合成的方法，它是運動學(xué)知識在電場中的運用，運用動能定理解題，可以簡化解題過程。12y=at2然后根據(jù)

求出y=7.0×10-2(m)，eEy=mV2-mV2tO1212再由動能定理：求出Vt=7.62×106(m/s)5.如圖所示,相距為d的兩塊平行板M,N與電源相連,電鍵k閉合后,M,N間有勻強電場,一帶電粒子垂直于電場方向從M板邊緣射入電場,恰好打在N板的中央,不計重力.打開電鍵,粒子仍以原來速度由原位置射入,為了使粒子能剛好飛出電場而不碰到N板,N板應(yīng)如何移動?移動多少距離?MNKLv3.質(zhì)量為m=5×10-5kg的帶電粒子以v0=2m/s的速度從水平放置的平行金屬板A,B的中央飛入板間,如圖所示,已知板長l=10cm,板間距離d=2cm,當(dāng)UAB=103v時,帶電粒子恰好沿中央直線穿過板間,則AB間所加電壓在什么范圍內(nèi)帶電粒子能從板間飛出.v0AB+-4.如圖，A、B為兩塊足夠大的平行金屬板，間距為d，接在電壓為U的電源上。在A板的中央點放置一個電子放射源，可以向各個方向釋放電子。設(shè)電子的質(zhì)量為m、電量為e，射出的初速度為v。求電子打在板上的區(qū)域面積？（不計電子的重力）BA+_P

例3：如圖所示，一束帶電粒子（不計重力），垂直電場線方向進入偏轉(zhuǎn)電場，試討論在以下情況中，粒子應(yīng)具備什么條件，才能得到相同的偏轉(zhuǎn)距離y和偏轉(zhuǎn)角θ，（U、d、L保持不變）（1）進入偏轉(zhuǎn)電場的速度相同；（2）進入偏轉(zhuǎn)電場的動能相同；（3）進入偏轉(zhuǎn)電場的動量相同；（4）先由同一加速電場加速后，再進入偏轉(zhuǎn)電場。LdUV0yθLdUV0yθ帶電粒子在電場力作用下做類平拋運動根據(jù)Y=at212=UqL22mdV20tgθ=VyVx=UqLmdV20(1)因為V0相同，當(dāng)q/m相同，y、tg也相同θ（2)因為相同，當(dāng)q相同，則y、也相同mV2012θtg（3)因為mV0相同，當(dāng)m、q相同，或q/V0相同，θtg則y、也相同(4)設(shè)加速電場的電壓為U’,由qU’=mV2012可得y=UL24dU’θtg=UL2dU’可見，在（4）的條件下，y、θ與m、q無關(guān)，因此偏轉(zhuǎn)距離y和偏轉(zhuǎn)角θ都是相同的。LdUV0yθY=at212=UqL22mdV20tgθ=VyVx=UqLmdV20二、帶電粒子在電場中的偏轉(zhuǎn)當(dāng)帶電粒子以初速度、V0垂直進入勻強電場時:1、受力及運動狀態(tài)僅受電場力且與V0垂直,故作類平拋運動.2、處理方法:類比平拋運動3、基本公式:因為初速度為0,AB間為勻強電場,粒子在AB間做勻加速直線運動----練習(xí)１:如圖所示AB、CD為平行金屬板,A、B兩板間電勢差為500V,C、D始終和電源相接,測的其間的場強為104V/m,一質(zhì)量為2.5×10-24㎏,電荷量為8×10-16C的帶電粒子(重力不計)由靜止開始,經(jīng)A、B加速后穿過CD發(fā)生偏轉(zhuǎn),最后打在熒光屏上,已知C、D極板長均為4cm,熒光屏距CD右端的距離為3cm,問:(1)粒子帶正電還是帶負(fù)電?++++DABSLOC分析:(2)在豎直電場中因為有水平初速度,粒子做類平拋運動(3)出電場后,因為合外力為0粒子做勻速直線運動.(1)粒子帶正電(2)粒子打在熒光屏上距O點下方多遠處?----++++DABSLOC解答:出AB電場時速度水平方向:豎直方向:其中由此得到代入數(shù)據(jù)可得(3)粒子打在熒光屏上時的動能為多大?-