人教版高中物理选修3带电粒子在电场中的运动ppt课件.ppt

J2459学生示波器 阴极射线管结构示意图 1 9带电粒子在静电场中的运动 1 教学目标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 4 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 2 导语 带电粒子在电场中受到电场力作用 所以产生加速度 速度的大小和方向都可能发生变化 利用电场来改变或控制带电粒子的运动 是在电子仪器设备中常用的方法和手段 一般情况下 电场对带电粒子的作用比较复杂 但离不开两种最基本的作用 一是使带电粒子加速 二是使带电粒子偏转 3 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 粒子 正负离子等 这些粒子所受重力和电场力相比小得多 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 除有说明或暗示外 一般都考虑重力 4 如图带电粒子初速度为0 阴极和阳极所加电压为U 带正电荷电量为q 求带电粒子到达阴极板时的速度v 可得速度 方法一 利用功能关系研究 一 带电粒子的加速 由动能定理得 U d E F v 1 受力分析 2 运动分析 5 若粒子的初速度为零 则 若粒子的初速度不为零 则 结论 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 由于电场力做功与场强是否匀强无关 与运动路径也无关 利用动能定理处理带电粒子加速的方法仍适用 6 炽热的金属丝可以发射电子 在金属丝和平行金属板间加以电压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 由动能定理得 7 方法二 利用动力学方法研究 电场场强 带电粒子的速度 带电粒子受力为 带电粒子加速度 由运动学公式 U d E F v 1 受力分析 2 运动分析 8 课堂练习 1 一质量为m 所带电荷量为 q的粒子以速度v0射入两带电平行极板间 如图所示 已知两极板间的电势差为U 距离为d 不计重力 则粒子穿出电场时的速度为 思考 若粒子从正极板水平射入电场 v0为多大时 粒子恰好到达负极板 D 9 2 如图所示 在P板附近有一电子由静止开始向Q板运动 则关于电子到达Q板时的速度 下列解释正确的是 A 两板间距离越大 加速的时间就越长 获得的速率就越大B 两板间距离越小 加速度就越大 获得的速度就越大C 与两板间距离无关 仅与加速电压U有关D 以上解释均不正确 C 解析 由得 v与加速电压U有关 10 3 如图为示波管中电子枪的原理示意图 示波管内被抽成真空 A为发射热电子的阴极 K为接在高电势点的加速阳极 A K间电压为U 电子离开阴极时的速度可以忽略 电子经加速后从K的小孔中射出的速度大小为v 下列说法中正确的是 A 如果A K间距离减半而电压仍为U不变 则电子离开K时的速度变为2vB 如果A K间距离减半而电压仍为U不变 则电子离开K时的速度为C 如果A K间距离保持不变而电压减半 则电子离开K时的速度变为D 如果A K间距离保持不变而电压减半 则电子离开K时的速度为 解析 选D 由动能定理得 带电粒子的速度v与成正比 与A K间距离无关 故D正确 11 3 如图所示 电子由静止开始从A板向B板运动 当到达B板时速度为v 若充完电后断开电源 则 A 当增大两极板间距时 v增大B 当减小两极板间距时 v增大C 当减小两极板正对面积时 v不变D 当增大两极板间距时 电子在两极板间运动的时间增大 AD 12 作业 1 P39问题与练习1 2 13 J2459学生示波器 阴极射线管结构示意图 1 9带电粒子在静电场中的运动 第2课时 14 二 带电粒子的偏转 以电子在匀强电场中的偏转为例 受力分析 电子受到竖直向下的电场力 运动分析 电子作类平抛运动 F 电子以垂直于电场方向的速度射入匀强电场 15 1 过程分析 16 e d 沿电场的速度为 类平抛运动 侧移 偏转角 与粒子比荷e m成正比 侧移距离 与粒子比荷e m成正比 与v02 d成反比 与U l成正比 2 侧移距离和偏转角 17 e d 电子射出速度方向的反向延长线交于初速度所在直线的中点 类平抛运动中 逆着出射方向看 粒子好像从初速度所在直线沿线段中点射出 3 电子射出速度方向的反向的特点 x 18 F 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 19 v0 vy 2 加速和偏转一体的情形 偏转情况与带电粒子质量 电量无关 v0 20 1 一束由不同种正离子组成的粒子流以相同的速度 从同一位置沿垂直于电场方向射入匀强电场中 所有离子的轨迹都是一样的 这说明所有粒子 A 都具有相同的比荷B 都具有相同的质量C 都具有相同的电量D 都属于同一元素的同位素 解析 当粒子从偏转电场中飞出时的侧移 速度的偏角相同时 则粒子的轨迹相同 由已知条件及结论得 当粒子的比荷相同时 轨迹相同 答案 A A 课堂练习 21 2 三个电子在同一地点沿同一直线垂直飞入偏转电场 如图所示 可判断 A b和c同时飞离电场B 在b飞离电场的瞬间 a刚好打在下极板上C 进入电场时 c速度最大 a速度最小D c的动能增量最小 a和b的动能增量一样大 BCD 22 3 如图 质量为m 电量为e的电子 从A点以速度v0垂直场强方向射入匀强电场中 从B点射出电场时的速度方向与电场线成120o角 问A B两点间的电势差是多少 120o 23 3 带电粒子离开电场后的运动 荧光屏 电子在极板外的偏移为 电子的总偏移为 y 24 实验录像 用阴极射线管演示带电粒子在电场中的偏转 25 作业 1 P39问题与练习3 4 5 2 总结带电粒子在匀强电场中的运动性质 不计重力 26 构造 1 电子枪 发射并加速电子 2 偏转电极 YY 使电子束竖直偏转 XX 使电子束水平偏转 3 荧光屏 电子束打到荧光屏上能使该处的荧光物质发光 三 示波管的原理 27 2 原理 的作用 被电子枪加速后在 的电场中做匀变速曲线运动 出电场后做匀速直线运动打到荧光屏上 出现亮斑 可推得在竖直方向偏移 即 若信号电压 28 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 Y Y X y 随信号电压同步变化 但由于视觉暂留和荧光物质的残光特性 只能看到一条竖直的亮线 X 示波器图象 29 扫描电压 的作用 同理可得亮斑在水平方向偏移随加在 上的电压而变化 若所加的电压为特定的周期性变化电压则亮斑在水平方向来回运动 扫描 如果扫描电压变化很快 亮斑看起来为一条水平的亮线 示波器图象 Y Y X X 30 如果在YY 之间加如图所示的交变电压 同时在XX 之间加锯齿形扫描电压 在荧光屏上会看到什么图形 X Y O A B C D E F A B C D E F A B O C t1 D E F t2 31 32 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 X 示波器图象 33 例 如图1 5 13所示 水平放置的两块平行金属板长l 5cm 两板间距d 1cm 两板间电压为U 90V 且上板带正电 一个电子沿水平方向以速度v0 2 0 107m s 从两板中央射入 求 1 电子偏离金属板的侧位移是多少 2 电子飞出电场时的速度是多少 3 电子离开电场后 打在屏上的P点 若s 10cm 求OP的长 34 一 带电粒子加速 二 带电粒子偏转 动力学角度分析 匀强电场 做功和能量的角度分析 任意电场 类平抛运动的分析方法 垂直电场方向上做 匀速直线运动 平行电场方向上做 v0 0的匀加速运动 小结 轨迹夹在力与速度之间 带电粒子离开电场后的运动 逆着出射方向看 粒子好像从初速度所在直线沿直线中点射出 l y 35 36 作业 1 P39问题与练习4 5 2 总结视