高中物理选修3-1人教版课件-1带点粒子在电场中的运动

高中物理选修3-1人教版课件-1带点粒子在电场中的运动

第一章　静电场 第八节　带点粒子在电场中的运动 某些带电体是否考虑重力， 要根据题目暗示或运动状态来判定 电场中的带电粒子一般可分为两类： 1、带电的基本粒子：如电子，质子，α粒子，正 负离子等。这些粒子所受重力和电场力相比在小 得多，除非有说明或明确的暗示以外，一般都不 考虑重力。（但并不能忽略质量）。 2、带电微粒：如带电小球、液滴、尘埃等。除 非有说明或明确的暗示以外，一般都考虑重力。 带电粒子在匀强电场中运动状态： 匀变速直线运动—加速、减 速 匀变速曲线运动—偏转 1.平衡 （F合 =0） 2.匀变速运动 （F合≠0） 静止 匀速直线运动 如图所示，在真空中有一对平行金属板， 两板间加以电压U。两板间有一带正电荷q的带 电粒子。它在电场力的作用下，由静止开始从 正极板向负极板运动，到达负板时的速度有多 大？(不考虑粒子的重力） q U m + _ 带电粒子的加速 d 一、带电粒子的加速 1、受力分析: 水平向右的电场力 F＝Eq=qU/d 2、运动分析: 初 速 度 为 零 ， 加 速 度 为 a=qU/md的向右匀加速直 线运动。 F 如图所示，在真空中有一对平行金属板， 两板间加以电压U。两板间有一带正电荷q的带 电粒子。它在电场力的作用下，由静止开始从 正极板向负极板运动，到达负板时的速度有多 大？(不考虑粒子的重力） q U m + _ 带电粒子的加速 d 一、带电粒子的加速 F 解法一　运用运动学知识求解 adv 22  m qUv 2 md qU m Fa  如图所示，在真空中有一对平行金属板， 两板间加以电压U。两板间有一带正电荷q的带 电粒子。它在电场力的作用下，由静止开始从 正极板向负极板运动，到达负板时的速度有多 大？(不考虑粒子的重力） q U m + _ 带电粒子的加速 d 一、带电粒子的加速 F 解法二　运用能量知识求解 2 2 1 mvqUW 总 m qUv 2 如两极板间不是匀强电场该用何种方 法求解？为什么？ 由于电场力做功与场强是否匀强无关， 与运动路径也无关，第二种方法仍适用！ 思考: 若粒子的初速度为零,则: qUmv 2 2 1 若粒子的初速度不为零,则: qUmvmv  22 0 2 1 2 1 例题1：炽热的金属丝可以发射电子。在金属 丝和金属板间加以电压U=2500V，发射出的电 子在真空中被加速后，从金属板的小孔穿出。 电子射出后的速度有多大？设电子刚从金属丝 射出时的速度为零。 解:电子电荷量为e,根据动能定理可得 qUmv 2 2 1 em eUv 2 sm /1091.0 2500106.12 30 19     sm /103 7 所以 如图所示,从灯丝逸出的电子,其速度 可以认为是零,那么电子通过A板小孔时的 动能为 eV,通过B板小孔时的动能 为 eV,打到C板时的动能为 eV O A B C 45V 30V 45 45 15 加速 匀速 减速 结论： 由于电场力做功与场强是否匀 强无关，与运动路径也无关，所以 在处理电场对带电粒子的加速问题 时，一般都是利用动能定理进行处 理。 如图所示，在真空中水平放置一对金属板Y和 Y’，板间距离为d。在两板间加以电压U，一电 荷量为q质量为m的带电粒子从极板中央以水平 速度v0射入电场。试分析带电粒子在电场中的运 动情况。(不计粒子的重力) 二、带电粒子的偏转 1、受力分析： 2、运动规律分析: 粒子受到竖直向下的 电场力F＝Eq=qU/d 粒子作类平抛运动。 U L + + + + + + - - - - - - Y d Y ′ v0 q U L + + + + + + - - - - - - Y d Y ′ v0 q x方向：匀速直线运动 md qU m Fa  0vvx  tvL 0 0v L md qUatvy  Y方向：初速度为零的 匀加速直线运动v0 y 离开电场时的偏转角： dmv qULaty 2 0 2 2 2 1 2 1  2 00 mdv qUL v vtin y  离开电场时偏转量： 推论:粒子从偏转电场中射出时,其速度反向延长线与 初速度方向交一点,此点平分沿初速度方向的位移 vvy Φ 解:电子进入偏转电场后,在竖直方 向做初速度为零的匀加速直线运动. 加速度 md eU m Fa  所以偏移距离 所以偏移角度 dmv eUlaty 2 0 2 2 2 1 2 1  2 00 tan mdv eUl v v y  粒子在与电场平行的方向上做 　　　　初速为零的匀加速运动 结论： 带电粒子初速度垂直于电场方向飞入 匀强电场的问题就是一个类平抛的问题 粒子在与电场垂直的方向上做 　　　　　　匀速直线运动 让质子、 、 的混合物沿着与电场垂 直的方向进入匀强电场偏转，要使它们的 偏转角相同，则这些粒子必须具有相同的 ( ) A.初速度 B.初动能 C.初动量 D.质量 H2 1 H3 1 2 00 tan mdv qUL v v y  2 0 1 mvd qUL  三个α粒子在同一地点沿同一方向垂直 飞入同一偏转电场,出现了如图所示的轨迹, 由此可以判断( ) A.在b飞离电场的同时,a刚好打在其极板上 B.b和c同时飞离电场 C.进入电场时,c的速度最大,a的速度最小 D.动能的增加值c最小,a和b一样大 a b c 2 2 1 aty  dmv qUlaty 2 0 2 2 2 1 2 1 tvL 0 kEW  如图所示,相距为d长度为l的平行板AB 加上电压后,可在A、B之间的空间中产生电 场,在A、B左端距AB等距离处的O点,有一 电量为+q质量为m的粒子以初速度V0沿水 平方向(与A、B板平行)射入.不计重力,要使 此粒子能从C处射出,则A、B间的电压应为 ( ) A. B. C. D. 2 2 0 2 ql mvd 2 2 0 2 qd mvl qd lmv0 ql qmv0 Vo + + + + + + + + - - - - - - - - d A B O C dmv qUlaty 2 0 2 2 2 1 2 1  2 d 如图所示,两极板与电源相连接,电子从 负极板边缘垂直电场方向射入匀强电场,且 恰好从正极板边缘飞出,现在使电子射入速 度变为原来的两倍,而电子仍从原来位置射 入,且仍从正极板边缘飞出,则两极板间距离 就变为原来的( ) A.2倍 B.4倍 C. 倍 D. 倍2 1 4 1 U Vo dmv qULaty 2 0 2 2 2 1 2 1  dmv qULdy 2 0 2 2 1 0 1 vd  如图所示，在真空中竖直放置一对金属板x和x’, 加电压U1;水平放置一对金属板Y和Y’，板间距 离为d。加电压U2，一电荷量为-q质量为m的带 电粒子从x极板由静止出发。试分析带电粒子的 运动情况。(不计粒子的重力) + + + + + + - - - - - - +_ U1 U2 -q m 三、 加速和偏转一体 L v 0 v 加速 偏转 m qUv 1 0 2 1 2 2 2 0 2 2 42 dU LU v L md qUy  1 2 2 0 2 2tan dU LU mdv LqU  三、 加速和偏转一体 + + + + + + - - - - - - +_ U1 U2 v -q m L v 0 加速 偏转 电荷经 加速电 场加速 后进入 偏转电 场 通过加速电场的末速度为进入偏转电场的初速度 如图所示,初速度为零的电子在电势差 为U1的电场中加速后,垂直进入电势差为 U2的偏转电场,在满足电子能射出偏转电场 的条件下,下列四种情况中,一定能使电子的 偏转角度变大的是( ) A. U1变大, U2变大 B. U1变小, U2变大 C. U1变大, U2变小 D. U1变小, U2变小 U 2 U 1 1 2 2 0 2 2tan dU LU mdv LqU  一束电子流在经U=5000V的加速电压 加速后,在距两极板等距处垂直进入平行板 间的匀强电场,如图所示,若两板间距d=1.0 cm,板长l=5.0cm,那么,要使电子能从平行 板间飞出,两个极板上最多能加多大电压. U d l 偏转电压越高,偏转量就越大. 设电子刚好能从极板边缘飞出. 即这时偏转量最大等于d/2,所加 电压为最大值. 1 2 2 2 0 2 2 42 dU LU v L md qUy  如图所示,初速度为零的α粒子和电子在电势 差为U1的电场中加速后,垂直进入电势差为U2的 偏转电场,在满足电子能射出偏转电场的条件下, 正确的说法是( ) A. α粒子的偏转量大于电子的偏转量 B. α粒子的偏转量小于电子的偏转量 C. α粒子的偏转角大于电子的偏转角 D. α粒子的偏转角等于电子的偏转角 U 2 U 1 1 2 2 0 2 2tan dU LU mdv LqU  1 2 2 2 0 2 2 42 dU LU v L md qUy  带电粒子的偏移量由系统决定, 而与粒子的质量、电荷量无关 设偏转极板长为l=1.6cm, 两板间的距离为 d=0.50cm,偏转板的右端距屏L=3.2cm,若带粒 子的质量为1.6X10-10kg,以20m/s的初速度垂直 电场方向进入偏转电场,两偏转板间的电压是 8.0X103V,若带电粒子打到屏上的点距原射入方 向的距离是2.0cm,求这带电粒子所带电荷量(不 计空气阻力和重力). V0 2.0cm y l L 偏转 匀速直线运动 V1 l/2 Y Y’ X X’ - + - - + - 若金属平行板水平 放置,电子将在竖直 方向发生偏转 若金属平行板竖直 放置,电子将在水平 方向发生偏转 偏转电极的不同放置方式 四、示波器 1、作用：观察电信号随时间变化的情况 2、组成：示波管（内部是真空的）、电 子枪、偏转电极和荧光屏组成。 电子枪 偏转电极 - + 荧光屏 Y Y’ XX’Y Y’ X X’ 电子枪 偏转电极 - + 荧光屏 Y Y’ XX’Y Y’ X X’ 1.如果在电极XX’之间不加电压,但在YY’之间加不变 的电压,使Y的电势比Y’高(有时说这种情况是”Y正、 Y’负”),电子束运动过程中受哪个方向的力?电子将 打在荧光屏的什么位置? 电子枪 偏转电极 - + 荧光屏 Y Y’ XX’Y Y’ X X’ 1.如果在YY’ 之间不加电压,而在XX’之间加不变的 电压, (X正、X’负), 电子将打在荧光屏的什么位置? 电子枪 偏转电极 - + 荧光屏 Y Y’ XX’Y Y’ X X’ 2.如果在XX’ 之间不加电压,而在YY’之间所加的电压 按图所示的规律随时间变化，在荧光屏会看到什么图形？ Uy t 电子枪 偏转电极 - + 荧光屏 Y Y’ XX’Y Y’ X X’ 3.如果YY’之间的电压仍然如图所示，而在XX’ 之间 加不变的电压(X正、X’负”), 在荧光屏会看到什么图 形？ Ux t 电子枪 偏转电极 - + 荧光屏 Y Y’ XX’Y Y’ X X’ 3.如果YY’之间的电压仍然如图所示，而在XX’ 之间 加不变的电压(X负、X’正), 在荧光屏会看到什么图形？ Uy t 电子枪 偏转电极 - + 荧光屏 Y Y’ XX’Y Y’ X X’ 3.如果YY’之间的电压仍然如图所示，而在XX’ 之间 所加的电压按图所示, 在荧光屏会看到什么图形？ Uy t UX tt2 t2 如果信号电压是周期性的，并且扫描电压与 信号电压的周期相同，就可以在荧光屏上得 到待测信号在一个周期内随时间变化的稳定 图象 电子枪 偏转电极 - + 荧光屏 Y Y’ XX’Y Y’ X X’ UX t