高中物理 1.11 带电粒子在电场中的运动课件 新人教版选修31.ppt

第一章静电场 第十一讲带电粒子在电场中的运动 目标定位 带电粒子在电场中的运动 会从力和能量角度分析计算带电粒子在电场中加速和偏转的有关问题 知道示波管的主要构造和工作原理 1 2 目标定位 预习导学 课堂讲义 对点练习 预习导学 远小于 2 动量定理uq 一 带电粒子的加速 1 想一想 上述问题中如果两极板是其他形状 中间电场不再均匀 上面的结果是否仍然适用 为什么 忽略 答案 仍然适用 因为电场力做功公式w qu对任意电场都适用 1 1 v0匀速直线 2 零 二 带电粒子的偏转 带电粒子在电场中的运动 想一想 对带电粒子在电场中的偏转问题能否选择动能定理求解 答案 能 但只能求出速度大小 不能求出速度方向 涉及到方向问题 必须采用把运动分解的方法 目标定位 预习导学 课堂讲义 对点练习 预习导学 电子枪 2 2 发射热电子信号相同 三 示波管的原理 1 偏转电极荧光屏 带电粒子在电场中的运动 想一想 示波管荧光屏上的亮线是怎样产生的 所加的扫描电压和信号电压的周期要满足什么条件才能得到待测信号在一个周期内的稳定图象 答案 电子打在荧光屏上将出现一个亮点 若电子打在荧光屏上的位置快速移动 由于视觉暂留效应 能在荧光屏上看到一条亮线 周期相等 目标定位 预习导学 课堂讲义 对点练习 课堂讲义 一 带电粒子在电场中的直线运动 1 研究对象 1 基本粒子 如电子 质子 粒子 离子等 除特殊说明外一般忽略粒子的重力 但并不忽略质量 2 带电微粒 如液滴 油滴 尘埃 小球等 除特殊说明外 一般不忽略重力 2 运动状态分析 带电粒子沿平行电场线的方向进入匀强电场 受到的电场力与运动方向在同一直线上 做匀变速直线运动 3 物理过程分析方法 带电粒子在电场中的运动 1 根据带电粒子受的力 包含电场力 用牛顿定律求出加速度 结合运动学公式确定带电粒子的速度 位移等 2 由动能定理 粒子动能的变化量等于合外力做的功 电场可以是匀强电场或非匀强电场 目标定位 预习导学 课堂讲义 对点练习 课堂讲义 例1如图所示 在点电荷 q激发的电场中有a b两点 将质子和 粒子分别从a点由静止释放到达b点时 它们的速度大小之比为多少 解析 带电粒子在电场中的运动 由动能定理 对质子 mhv2 qhu 对 粒子 m v2 q u 联立解得 目标定位 预习导学 课堂讲义 对点练习 课堂讲义 例1如图所示 在点电荷 q激发的电场中有a b两点 将质子和 粒子分别从a点由静止释放到达b点时 它们的速度大小之比为多少 带电粒子在电场中的运动 借题发挥 该电场为非匀强电场 带电粒子在ab间的运动为变加速运动 不可能通过力和加速度的途径解出该题 但注意到电场力做功w qu这一关系对匀强电场和非匀强电场都适用 因此从能量的角度入手 由动能定理来解该题很方便 目标定位 预习导学 课堂讲义 对点练习 课堂讲义 二 带电粒子的偏转 带电粒子在电场中的运动 1 运动状态分析 带电粒子 不计重力 以初速度v0垂直于电场线方向飞入匀强电场时 受到恒定的与初速度方向垂直的静电力作用而做匀变速曲线运动 2 偏转问题的分析处理方法 类似于平抛运动的分析处理方法 即应用运动的合成与分解的知识分析处理 3 运动的规律 带电粒子在匀强电场中的偏转 沿初速度v0方向 沿电场力qe方向 偏转角度 速度 vx v0 位移 x v0t 速度 位移 目标定位 预习导学 课堂讲义 对点练习 课堂讲义 二 带电粒子的偏转 带电粒子在电场中的运动 4 两个特殊结论 1 粒子射出电场时速度方向的反向延长线过水平位移的中点 即粒子就像是从极板间l 2处射出的一样 证明 作粒子速度的反向延长线 设交于o点 利用 目标定位 预习导学 课堂讲义 对点练习 课堂讲义 二 带电粒子的偏转 带电粒子在电场中的运动 4 两个特殊结论 2 无论粒子的m q如何 只要经过同一电场加速 再垂直进入同一偏转电场 它们飞出的偏移量和偏转角 都是相同的 所以同性粒子运动轨迹完全重合 证明 若加速电场的电压为u0 y和tan 与m和q均无关 目标定位 预习导学 课堂讲义 对点练习 课堂讲义 例2一束电子流在经u 5000v的加速电压加速后 在距两极板等距离处垂直进入平行板间的匀强电场 如图所示 若两板间距离d 1 0cm 板长l 5 0cm 那么 要使电子能从平行板间飞出 两个极板上最大能加多大电压 进入偏转电场 电子在平行于板面的方向上做匀速直线运动 带电粒子在电场中的运动 解析 加速过程中 由动能定理有 l v0t 在垂直于板面的方向做匀加速直线运动 y 联立解得 加速度 u 目标定位 预习导学 课堂讲义 对点练习 偏转距离 课堂讲义 带电粒子在电场中的运动 三 示波管的工作原理 1 偏转电极不加电压时 从电子枪射出的电子将沿直线运动 射到荧光屏的心点形成一个亮斑 2 在xx 或yy 加电压时 若所加电压稳定 则电子被加速 偏转后射到xx 或yy 所在直线上某一点 形成一个亮斑 不在中心 3 示波管实际工作时 竖直偏转板和水平偏转板都加上电压 一般地 加在竖直偏转板上的电压是要研究的信号电压 加在水平偏转板上的电压是扫描电压 若两者周期相同 在荧光屏上就会显示出信号电压在一个周期内随时间变化的波形图 目标定位 预习导学 课堂讲义 对点练习 课堂讲义 例3图为示波管的原理图 如果在电极yy 之间所加的电压图按图a所示的规律变化 在电极xx 之间所加的电压按图b所示的规律变化 则在荧光屏上会看到的图形是 带电粒子在电场中的运动 解析 扫描电压 信号电压 ux 0且最大 水平向左偏转距离最大 uy 0 竖直方向距离为零 t 0时 之后 uy 0 电子向y板偏转 b 目标定位 预习导学 课堂讲义 对点练习 课堂讲义 四 带电粒子在交变电场中的运动 带电粒子在电场中的运动 例4在如图所示的平行板电容器的两板a b上分别加如图 所示的两种电压 开始b板的电势比a板高 在电场力作用下原来静止在两板中间的电子开始运动 若两板间距足够大 且不计重力 试分析电子在两种交变电压作用下的运动情况 并画出相应的v t图象 解析 t 0时 1 在0 t 2电子做朝正向做v0 0 匀加速直线运动 t 2 t电子做末速度为零的正向匀减速直线运动 然后周期性地重复前面的运动 目标定位 预习导学 课堂讲义 对点练习 课堂讲义 四 带电粒子在交变电场中的运动 带电粒子在电场中的运动 例4在如图所示的平行板电容器的两板a b上分别加如图 所示的两种电压 开始b板的电势比a板高 在电场力作用下原来静止在两板中间的电子开始运动 若两板间距足够大 且不计重力 试分析电子在两种交变电压作用下的运动情况 并画出相应的v t图象 解析 t 0时 2 在0 t 2做类似 1 的运动 t 2 t电子做反向先匀加速 后匀减速 末速度为零的直线运动 然后周期性地重复前面的运动 目标定位 预习导学 课堂讲义 对点练习 课堂讲义 四 带电粒子在交变电场中的运动 带电粒子在电场中的运动 例4在如图所示的平行板电容器的两板a b上分别加如图 所示的两种电压 开始b板的电势比a板高 在电场力作用下原来静止在两板中间的电子开始运动 若两板间距足够大 且不计重力 试分析电子在两种交变电压作用下的运动情况 并画出相应的v t图象 借题发挥 正负半周期电压相等 则电场强度大小相同 带电粒子的加速度大小相等 粒子的位移大小也相等 加速过程和减速过程具有对称性 目标定位 预习导学 课堂讲义 对点练习 对点练习 1 如图所示 电量和质量都相同的带正电粒子以不同的初速度通过a b两板间的加速电场后飞出 不计重力的作用 则 a 它们通过加速电场所需的时间相等b 它们通过加速电场过程中动能的增量相等c 它们通过加速电场过程中速度的增量相等d 它们通过加速电场过程中电势能的减少量相等 带电粒子的直线运动 带电粒子在电场中的运动 解析 粒子做匀加速直线运动 v0越大 t越短 t越短 v越小 ep w电 qu ep相同 根据动能定理 bd 目标定位 预习导学 课堂讲义 对点练习 对点练习 带电粒子的偏转 2 如图所示 有一带电粒子贴着a板沿水平方向射入匀强电场 当偏转电压为u1时 带电粒子沿 轨迹从两板正中间飞出 当偏转电压为u2时 带电粒子沿 轨迹落到b板中间 设粒子两次射入电场的水平速度相同 则两次偏转电压之比为 带电粒子在电场中的运动 a u1 u2 1 8b u1 u2 1 4c u1 u2 1 2d u1 u2 1 1 解析 由 得 u1 u2 1 8 目标定位 预习导学 课堂讲义 对点练习 a 对点练习 3 在如图甲所示平行板电容器a b两板上加上如图乙所示的交变电压 开始b板的电势比a板高 这时两板中间原来的静止的电子在电场力作用下开始运动 设电子在运动中不与极板发生碰撞 则下述说法正确的是 不计电子重力 带电粒子在交变电