1.9带电粒子在电场中的运动.ppt

教学目标 一 知识与技能1 了解带电粒子在电场中的运动 只受电场力 带电粒子做匀变速运动 2 重点掌握初速度与场强方向垂直的带电粒子在电场中的运动 类平抛运动 3 知道示波管的主要构造和工作原理 二 过程与方法培养学生综合运用力学和电学的知识分析解决带电粒子在电场中的运动 三 情感态度与价值观1 渗透物理学方法的教育 运用理想化方法 突出主要因素 忽略次要因素 不计粒子重力 2 培养学生综合分析问题的能力 体会物理知识的实际应用 重点 带电粒子在电场中的加速和偏转规律难点 带电粒子在电场中的偏转问题及应用 电场的基本性质是 对放入电场中的电荷有力的作用 电荷会有加速度 加速度a可能是恒定的也可能是变化的 速度v的大小和方向都有可能发生变化 轨迹既可能是直线也可能是曲线 a v 轨迹 增大 增大 直线 a v 轨迹 减小 减小 曲线 复习旧知识 是否考虑重力的影响 微观带电粒子 电子 质子 粒子如质子不计重力宏观带电颗粒 液滴 小球等如普通小液滴体积约为质量约为应考虑重力特殊说明的例外 一 带电粒子在电场中的加速 两板间电势差为U 质量为m电量为q的粒子 从正极板静止开始运动 求到达负极板时的速度 合作探究 静电力做的功 设末速度为v 由动能定理 由 可得 变换已知条件 两板间电势差 由 可得 粒子在匀强电场中加速 从动力学观点 粒子的加速度 U d l 运动学公式 由 可得相关量 能量观点 粒子运动过程中由动能定理有 由 可得相关量 粒子在非匀强电场中加速 适合从能量观点解决问题 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 发射出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 设电子刚离开金属丝时的速度为零 解 由动能定理 代入数据得 练习1如图所示 在点电荷 Q的电场中有A B两点 将质子和 粒子分别从A点释放 到达B点时 求它们的速度大小之比 解 质子 粒子 对质子 U 对 粒子 二 带电粒子的偏转 基本关系 初速度方向 电场线方向 导出关系 侧位移 速度偏角 几个推论 M M是粒子沿极板方向的中点 两个相同极板Y与的长度 相距d 2cm 极板间的电压U 200V 一个电子沿平行于板面的方向射入电场中 射入时的速度 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 解 电子在垂直于板面方向的加速度 电子在极板间运动的时间t 电子垂直于极板方向的偏移距离y 由 得 电子出极板时在垂直于极板方向的速度 偏转的角度 代入得 解决带电粒子在电场中运动的基本思路 1 明确研究对象 受力分析 研究对象有两种 1 带电的基本粒子 如电子 质子 正负离子等 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 一般都考虑重力 2 运动轨迹和过程分析 带电粒子运动形式决定于 粒子的受力情况和初速度情况 3 解题的依据 1 力的观点 牛顿运动定律和运动学公式 2 能量的观点 动能定理 能量守恒定律 练习2有一质量为m带电荷 q的粒子经电压U0加速后 进入两块间距为d 长度为l的平行金属板 板间电压为U 求电荷的偏移量y和偏转角 解 设电荷进入偏转电场时速度大小为V0 则 电荷在偏转电场中加速度为a 电荷在偏转电场中运动时间为t 偏移量 注 不同的带电粒子被同一电场加速后进入偏转电场 运动情景一样 练习3如图所示 a b c表示点电荷的电场中的三个等势面 它们的电势分别为 一带电粒子从等势面a上某处由静止释放后 仅受电场力作用而运动 已知它经过等势面b时的速率为vb 则它经过等势面c处时的速率为 A B C D 解析 电荷从a到b 由动能定理有 电荷从b到c 由动能定理有 C 练习4如图 水平放置的两平行金属板 板长为l 板间距为d 一束电子以v0的初速度从两板中央水平射入板间 然后从板间飞出射到距板L 宽D的荧光屏上 荧光屏中点在两板中垂线上 电子飞入两板前所经历的加速电场的电压多大 为了使电子能射至荧光屏上 求图中D应满足的条件 为了使电子能射至荧光屏上 求偏转电压UAB的范围 解 设加速电压为U1 则 电子的最大偏移量为d 2 O 得 A B 电子达到荧光屏边缘 对应的偏转电压最大 三 示波器的原理 示波器是一种用来观察电信号随时间变化的电子仪器 核心部件 由电子枪 偏转电极和荧光屏组成 管内抽成真空 示波管 电子枪部分 偏转电极部分 荧光屏部分 发射出电子 使电子沿两方向偏转 电子使荧光物质受激而发光 思考与讨论 如果在电极之间不加电压 但在之间加不变的电压 使的电势比高 电子束运动过程中受哪个方向的力 电子将打在光屏上的哪一点 试在图中标出来 如果在电极之间不加电压 但在之间加不变的电压 使的电势比高 电子束运动过程中受哪个方向的力 电子将打在光屏上的哪一点 试在图中标出来 如果在电极之间不加电压 但在之间加如图的电压 使在荧光屏上会看到什么图形 试着画出来 如果之间的电压仍然如图所示 而在电极之间加不变的电压 在荧光屏上会看到什么图形 试着画出来 如果之间的电压仍然如图所示 而在电极之间加如图的电压 在荧光屏上会看到什么图形 试着画出来 示波器的偏转电极上加的是待显示的信号电压 如果信号电压是周期性的 并且扫描电压与信号电压周期相同 就可以在荧光屏上出现稳定的图象了 偏转电极上通常加的是自身产生的锯齿形电压 叫做扫描电压 课堂小结 1 研究带电粒子在电场中运动的两条主要线索带电粒子在电场中的运动 是一个综合电场力 电势能的力学问题 研究的方法与质点动力学相同 它同样遵循运动的合成与分解 力的独立作用原理 牛顿运动定律 动能定理 功能原理等力学规律 研究时 主要可以按以下两条线索展开 1 力和运动的关系 牛顿第二定律根据带电粒子受到的电场力 用牛顿第二定律找出加速度 结合运动学公式确定带电粒子的速度 位移等 这条线索通常适用于恒力作用下做匀变速运动的情况 2 功和能的关系 动能定理根据电场力对带电粒子所做的功 引起带电粒子的能量发生变化 利用动能定理或从全过程中能量的转化 研究带电粒子的速度变化 经历的位移等 这条线索同样也适用于不均匀的电场 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 例如 垂直射入平行板电场中的带电粒子的运动可类比于平抛 带电单摆在竖直方向匀强电场中的运动可等效于重力场强度g值的变化等 2 整体法 全过程法 电荷间的相