高中物理 第一章静电场第9节《带电粒子在电场中的运动》教学课件 新人教版选修31.ppt

9带电粒子在电场中的运动 1 带电粒子在电场中的运动情况 平衡 加速和减速 若带电粒子在电场中所受合力为零时 即 f 0时 粒子将保持静止状态或匀速直线运动状态 分析 带电粒子处于静止状态 f 0 eq mg 因为所受重力竖直向下 所以所受电场力必为竖直向上 又因为场强方向竖直向下 所以带电体带负电 1 带电粒子在电场中的运动情况 平衡 加速和减速 若带电粒子在电场中所受合力为零时 即 f 0时 粒子将保持静止状态或匀速直线运动状态 若 f 0 只受电场力 且与初速度方向在同一直线上 带电粒子将做加速或减速直线运动 变速直线运动 打入正电荷 如图 将做匀加速直线运动 设电荷所带的电量为q 板间场强为e 电势差为u 板距为d 电荷到达另一极板的速度为v 则 电场力所做的功为w eql uq粒子到达另一极板的动能为ek mv2 2由动能定理有uq mv2 2 或eql mv2 2对恒力 若初速为v0 则上列各式又应怎么样 若打入的是负电荷 初速为v0 将做匀减速直线运动 其运动情况可能如何 请同学们讨论 llllll vo 1 带电粒子在电场中的运动情况 平衡 加速和减速 若带电粒子在电场中所受合力为零时 即 f 0时 粒子将保持静止状态或匀速直线运动状态 若 f 0 只受电场力 且与初速度方向在同一直线上 带电粒子将做加速或减速直线运动 变速直线运动 关于重力是否考虑的问题 1 题目明确了重力不计或不能忽略重力的情况 2 题目未明确的情况下 a 基本粒子 如电子 质子 离子等 重力一般忽略 b 带电颗粒 如液滴 尘埃 小球等 重力一般不能忽略 讨论 例题1 如图所示 水平放置的a b两平行板相距h 上板a带正电 现有质量为m 带电量为 q的小球在b板下方距离为h处 以初速度v0竖直向上从b板小孔进入板间电场 欲使小球刚好打到a板 a b间电势差uab应为多少 解 将动能定理用于运动全过程 由w ek得 例1 下列粒子从初速度为零的状态经加速电压为u的电场后 哪种粒子速度最大 a 质子b 氘核c 氦核d 钠离子 a 哪种粒子动能最大 c 练习 如图从f处释放一个无初速度电子向b板方向运动 指出下列对电子运动描述中 正确的是 设电源电动势均为u a 电子到达b板时的动能是ue b 电子从b板到达c板时动能的变化量为零 c 电子到达d板时动能为ue 电子在 板与 板间作往返运动 2 带电粒子在电场中的偏转 不计重力 且初速度vo e 则带电粒子将在电场中做类平抛运动 物体在只受重力的作用下 被水平抛出 在水平方向上不受力 将做匀速直线运动 在竖直方向上只受重力 做初速度为零的自由落体运动 物体的实际运动为这两种运动的合运动 思考与讨论 若带电粒子在电场中所受合力 f 0 且与初速度方向有夹角 不等于0 180 则带电粒子将做什么运动 曲线运动 详细分析讲解例题2 2 带电粒子在电场中的偏转 d q l 2 解 粒子vo在电场中做类平抛运动沿电场方向匀速运动所以有 l vot 电子射出电场时 在垂直于电场方向偏移的距离为 y at2 2 粒子在垂直于电场方向的加速度 a f m ee m eu md 由 得 代入数据得 y 0 36m即电子射出时沿垂直于板面方向偏离0 36m电子射出电场时沿电场方向的速度不变仍为vo 而垂直于电场方向的速度 故电子离开电场时的偏转 角为 代入数据得 6 8 讨论 例1 带电粒子经加速电场加速后垂直进入两平行金属板间的偏转电场 要使它离开偏转电场时偏转角增大 可采用的办法有 a 增加带电粒子的电量b 降低加速电压 c 提高偏转电压 d 减小两平行板间的距离 bcd b 练习二 如图所示 有三个质量相等分别带正电 负电和不带电的小球 从平行板电场中的p点以相同的初速度垂直于e进入电场 它们分别落到a b c三点 则可判断 a 三个小球在电场中运动加速度关系是aa ab ac d 落到a点的小球带正电 落到b点的小球不带电 c 三个小球在电场中运动时间相等 b 三个小球到达正极时的动能关系是eka ekb ekc d 3 示波管的原理 1 示波器 用来观察电信号随时间变化的电子仪器 其核心部分是示波管 2 示波管的构造 由电子枪 偏转电极和荧光屏组成 如图 3 原理 利用了带电粒子在电场中偏转的规律 灵敏 直观地显示出电信号随时间变化的图线 小结 1 研究带电粒子在电场中运动的两条主要线索 1 力和运动的关系 牛顿第二定律 2 功和能的关系 动能定理2 研究带电粒子在电场中运动的两类重要的思维技巧 1 类比与等效电场力和重力都是恒力 在电场力作用下的运动可与重力作用下的运动类比 2 整体法 全过程法 电场力的功与重力的功一样 都只与始末位置有关 与路径无关 它们分别引起电荷电势能的变化和重力势能的变化 从电荷运动的全过程中功能关系出发 尤其从静止出发末速度为零的问题 往往能迅速找到解题入口或简化计算 u 3 质量为m 5 10 5kg的带电粒子以v0 2m s的速度从水平放置的平行金属板a b的中央飞入板间 如图所示 已知板长l 10cm 板间距离d 2cm 当uab 103v时 带电粒子恰好沿中央直线穿过板间 则ab间所加电压在什么范围内带电粒子能从板间飞出 4 如图 a b为两块足够大的平行金属板 间距为d 接在电压为u的电源上 在a板的中央点放置一个电子放射源 可以向各个方向释放电子 设电子的质量为m 电量为e 射出的初速度为v 求电子打在板上的区域面积 不计电子的重力 5 如图所示 相距为d的两块平行板m n与电源相连 电键k闭合后 m n间有匀强电场 一带电粒子垂直于电场方向从m板边缘射入电场 恰好打在n板的中央 不计重力 打开电键 粒子仍以原来速度由原位置射入 为了使粒子能刚好飞出电场而不碰到n板 n板应如何移动 移动多少距离 二 带电粒子在电场中的偏转 当带电粒子以初速度 v0垂直进入匀强电场时 1 受力及运动状态 仅受电场力且与v0垂直 故作类平抛运动 2 处理方法 类比平抛运动 3 基本公式 带电粒子在各类电场中运动性质取决于 2 初始状态 再由运动的有关规律或动量 能量的有关规律来求解 小结 例3 如图 设质量为m 电量为q的带电粒子以初速度v0沿垂直于电场的方向进入长为l 间距为d 电势差为u的平行金属板间的匀强电场中 若不计粒子的重力 1 粒子穿越电场的时间t 粒子在垂直电场方向以v0做匀速直线运动 l v0t 2 粒子离开电场时的速度v 粒子沿电场方向做匀加速直线