119带电粒子在电场中运动.ppt

带电粒子在电场中的运动 公主岭一中 制作杨平平 2020年1月14日星期二3时11分52秒 1 一 复习提问 1通过复习场强 动能定理等知识为本节教学做好理论支持 2通过复习平抛运动的研究方法为本节的类比教学打下基础 2 返回 2020年1月14日3时11分 二 导入新课 首先 演示教学仪器示波器 展示科学现象之美 激发学生的好奇心 其次 设疑 你想知道它的工作原理吗 那么我们一起学习本堂课吧 现代技术中 常用电场控制带电粒子的运动 利用电场使粒子加速 利用电场使粒子偏转 3 返回 2020年1月14日3时11分 三 新课教学 任务一 关于重力是否考虑的问题任务二 讲解带电粒子的加速任务三 讲解带电粒子的偏转任务四 讲解示波管的原理 4 返回 2020年1月14日3时11分 任务一 关于重力是否考虑的问题 1 基本粒子 如电子 质子 氘核 氚核 a粒子等由于质量很小 重力比电场力小得多 所以无特殊说明可不计粒子的重力 2 带电颗粒 如带电的小球 液滴 尘埃等由于质量较大 无特殊说明应考虑重力 5 返回 2020年1月14日3时11分 任务二 带电粒子的加速 第一步 创设物理情景 例题 第二步 迁移训练 1 通过大屏幕显示教材中的例1 2 迁移训练2 6 返回 2020年1月14日3时11分 7 第一步带电粒子的加速物理情景 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 分析答案思考与讨论 返回 2020年1月14日3时11分 加速电场 exe 分析 1 受力分析 重力不计受水平向右的电场力F Eq qU d2 2 运动分析 初速度为零加速度为a qU md做向右匀加速直线运动 3 各力做功分析只有电场力在做功W qu4 各状态动能分析初状态动能0 末状态动 EK mv2 2 8 返回 2020年1月14日3时11分 9 一 带电粒子的加速物理情景答案 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 解法一运用运动学知识求解 解法二运用动能定理求解 分析思考与讨论返回物理情景 返回 2020年1月14日3时11分 思考与讨论 上述问题 两块金属板是平行的 两板间是匀强电场 如果两极板是其他形状 中间不是匀强电场那么两种方法都适用吗 由此你能得出什么结论 解 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 结论 方法一 必须在匀强电场中才能使用 方法二 在任何电场中均适用可见应用能量的观点研究加速问题比较简单 10 返回 2020年1月14日3时11分 第二步迁移训练1 教材中的例1 学生自己分析 11 返回 解 利用能量知识求解由w eu再由动能定理 w mv2 2得 eu mv2 2即v 2eu m 3 0 107m s 2020年1月14日3时11分 炽热的金属丝可以发射电子 在金属丝和金属板之间加以电压U 2500V 发射的电子在真空中加速后 从金属板的小孔穿出 电子穿出时的速度有多大 设电子刚刚离开金属板的速度是零 第二步迁移训练2 如果带点粒子以一定的初速度v0沿着平行于电场线的方向进入匀强电场中 粒子飞出加速电场时的速度是多少呢 解 粒子做匀加速 或匀减速 直线运动 根据动能定理eu mv2 2 mv02 2得v v02 2eu m当v0 0时 v 2eu m 12 返回 2020年1月14日3时11分 返回任务二 任务三 带电粒子的偏转 第一步 在大屏幕上展示教材中的例2第二步 迁移练习3迁移训练4 13 返回 2020年1月14日3时11分 第一步 例题2 总结答案 14 返回 1 电场力和速度方向什么关系 2 电场力有什么特点 3 电子做什么性质的运动 4 这种性质的运动我们学过吗 电子的这种运动叫类平抛运动可用平抛运动方法研究 学生分析 学生动手 2020年1月14日3时11分 偏转模拟演示 exe 两个相同的极板长度L 6 0cm相距d 2 0cm板间的电压U 200V 一个电子沿平行于极板的方向射入电场中 射入的速V0 3 0 107m s 把两板间的电场看做匀强电场 求电子射出电场时沿垂直于板面方向偏移的距离Y和偏转的角度 第一步 例题2答案 总结返回例题2 15 返回 学生分析 解 1 在电场中的运动时间t L v0 2 粒子的加速度为a qu md 3 离开电场时竖直方向的偏转距离y at2 2 quL2 2mdv02代入数据后 求得y 0 36cm 4 离开电场时竖直方向的分速度为Vy at quL mdv0 5 粒子离开电场时偏转角的正切值为tan vy v0 quL mvo2d代入数据后 求得 6 80 学生动手 1 电场力和速度方向什么关系 2 电场力有什么特点 3 电子做什么性质的运动 4 这种性质的运动我们学过吗 电子的这种运动叫类平抛运动可用平抛运动方法研究 2020年1月14日3时11分 两个相同的极板长度L 6 0cm相距d 2 0cm板间的电压U 200V 一个电子沿平行于极板的方向射入电场中 射入的速V0 3 0 107m s 把两板间的电场看做匀强电场 求电子射出电场时沿垂直于板面方向偏移的距离Y和偏转的角度 任务二总结 带电粒子的加速和偏转是粒子在电场中较为常见的运动 对于加速问题常用能量的观点解决 对于偏转问题 有时涉及到矢量的方向问题 此时 要用到运动的合成与分解来进行处理了 16 返回 返回原题 2020年1月14日3时11分 第二步迁移练习3 让质子与a粒子均由静止开始经同一电场加速 再经同一电场偏转 最终都飞出偏转电场 求 两个粒子的偏转位移之比和偏转角之比 17 解 设加速电场电压为U1 偏转电场电压为U2 偏转电场极板长L 两极板间距为d 粒子质量为m 电量为q 粒子加速后的速度为vo 偏转角为 加速电场中由qu1 mvo2 2偏转电场中由a qu2 mdy at2 2vy attan vy v0整理得y u2L2 4du1tan u2L 2du1从y和tan 的表达式中可以看出 y和 与粒子的比荷无关 所以y和 的比值均为1 返回 2020年1月14日3时11分 第二步迁移训练4 结果 op和po 相等 这个结论对于类平抛运动具有普遍性 一个很有用的结论 当粒子沿垂直于电场线的方向从两极板正中央进入电场时 把粒子飞出电场时的速度反向延长 其反向延长线与初速度v0的延长线恰好交与电容器的中心 在某些题中直接应用这个结论会是问题大大简化 18 o o p qm 如果把粒子飞出电场时的速度反向延长 其反向延长线与初速度v0的延长线oo 相交于p点 那么op和po 之间的距离有什么关系呢 返回 2020年1月14日3时11分 任务四 示波管的原理 首先介绍示波器并演示示波器其次介绍示波管的构造最后介绍示波管的原理 19 返回 2020年1月14日3时11分 首先示波器介绍 示波器是加速电场和偏转电场的具体应用 示波器是用来观察电信号随时间变化的电子仪器 20 示波器的面板 返回 2020年1月14日3时11分 其次示波器构造 电子枪偏转电极 21 返回 2020年1月14日3时11分 最后示波管原理 前面的例题1就是电子枪的加速原理 例题2就是偏转电场的偏转原理荧光屏就是利用荧光物质的荧光特性和人的视觉暂留来显示电信号随间变化的 将这几个方面综合到一起 层层推进 示波管的原理也就迎刃而解了 22 返回 2020年1月14日3时11分 示波器工作原理 swf 四 小结 通过本节教学 我们知道在匀强电场中 当带电粒子速度与电场力方向相同时 粒子将被加速 当带电粒子速度与电场力方向垂直时 粒子将做类平抛运动 解决这类问题涉及到的物理规律有牛顿运动定律 运动的合成与分解 动能定理等 23 返回 2020年1月14日3时11分 五 布置作业 作业一课后3 4题作业二阅读教材后面的 科学足迹 和 科学漫步 24