高中物理 第一章 静电场 第九节 带电粒子在电场中的运动课件2 新人教版选修31.ppt

第一章静电场 第九节带电粒子在电场中的运动 带电粒子在电场中要受到哪些力的作用 对于象质子 电子 离子等带电微粒在电场中运动时 我们怎样处理它们的受力 带电粒子在电场中通常要受到重力和电场力 质子 电子 离子等带电微粒所受重力一般远小于电场力 重力可以忽略 重力势能就可以不考虑 研究运动前的 热身 带电粒子在电场中运动时 所受电场力对粒子产生加速度 改变粒子的速度 电场力 合外力 对粒子做功 改变粒子的动能 带电粒子在均强电场中运动时 运动有什么特点 带电粒子在均强电场中运动时 所受电场力是恒力 产生恒定的加速度 所以带电粒子在均强电场中的运动跟物体在重力场中的自由落体和抛体运动相似 带电粒子在电场中运动时 电场力对粒子的运动有什么效果 研究带电粒子运动的主要工具 电场力加速度电场力的功动能定理 f qe a f m w qu 粒子的运动象重力场中的什么运动 不计粒子重力 v0 0 自由落体 你答对了 粒子的运动象重力场中的什么运动 不计粒子重力 上抛运动 你答对了 粒子的运动象重力场中的什么运动 不计粒子重力 平抛运动 你答对了 下面我们来研究电场对带电粒子的加速问题 方法1 从动力学和运动学角度分析粒子被加速 动力学 f qe a f m 运动学 方法 从做功和能量的角度分析粒子被加速 粒子只受到电场力做功 还有问题 如果不是匀强电场 上面公式是否适用 由于电场力做功与场强是否匀强无关 与运动路径也无关 上面公式仍适用 显然 用功能关系解题简便 电荷量为e的电子从金属丝移动到金属板 两处的电势差为u 电势能变化 减少 为eu 电势能的变化全部转化为电子的动能 解 所以 例1 实验表明 炽热的金属丝可以发射电子 在炽热金属丝和金属板间加以电压u 2500v 从炽热金属丝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 结论 由于电场力做功与场强是否匀强无关 与运动路径也无关 所以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 下面我们来研究电场对带电粒子的偏转问题 不计重力 初速度垂直于电场方向飞入匀强电场 处理方法 粒子在与电场垂直的方向上做匀速直线运动 粒子在与电场平行的方向上做初速度为零的匀加速运动 类似平抛运动的分析方法 l q v v0 vy y vx v0 x t vy at y v0 f s s 离开电场时偏移量 离开电场时偏转角 在电场中飞行时间 例题2 一电子水平射入如图所示的电场中 射入时的速度v0 3 0x107m s 两极板的长度为l 6 0cm 相距d 2cm 极板间电压u 200v 求电子离开电场时偏转的角度 y 电子离开电场时沿电场方向的分速度为vy 离开电场时的偏转角度为 角度为6 8度 结论 带电粒子初速度垂直于电场方向飞入匀强电场的问题就是一个类平抛的问题 粒子在与电场垂直的方向上做匀速直线运动 粒子在与电场平行的方向上做初速为零的匀加速运动 下面看看加速和偏转一体的问题 例3 离子发生器发射出一束质量为m 电荷量为q的负离子 从静止经加速电压u1加速后 获得速度v0 并沿垂直于电场线方向射入两平行板中央 受偏转电压u2作用后 以速度 离开电场 已知平行板长为 两板间距离为d 求 1 离子在偏转电场中运动的时间 加速度 速度 的大小 2 离子在离开偏转电场时的横向偏移量和偏转角的正切值 解 l q v0 f u1 vy v0 由动能定理得到 即 v0 1 离子在偏转电场中运动的时间 加速度 速度 的大小 t 加速度 a 速度 的大小 vy at v 时间 2 离子在离开偏转电场时的横向偏移量和偏转角的正切值 l q y v0 f u1 vy v0 横向偏移量 解 a t 速度偏转角的正切值 tan vy 偏转量和带电粒子q m无关 只取决于加速电场和偏转电场 和带电粒子q m无关 只取决于加速电场和偏转电场 思考题 让一价氢离子 一价氦离子和二价氦离子的混合物经过同一加速电场由静止开始加速 然后在同一偏转电场里偏转 在通过加速电场时获得的动能是否相同 通过偏转电场时 它们是否会分为三股 请说明理由 答案 通过加速电场时获得的动能ek qu 加速电压相同 二价氦离子电荷量最大 所以二价氦离子获得动能最大 粒子的偏转量和偏转角由加速电场和偏转电场决定 所以三种粒子不可能分开为三股 你答对了吗 3示波管的原理 示波器 课堂小结 一 利用电场使带电粒子加速 二 利用电场使带电粒子偏转 从动力学和运动学角度分析 从做功和能量的角度分析 类似平抛运动的分析方法 粒子在与电场垂直的方向上做匀速直线运动 粒子在与电场平行的方向上做初速度为零的匀加速运动 1 如图所示 边长为l的正方形区域abcd内存在着匀强电场 电量为q 动能为ek的带电粒子从a点沿ab方向进入电场 不计重力 1 若粒子从c点离开电场 求电场强度的大小和粒子离开电场时的动能 2 若粒子离开电场时动能为ek 则电场强度为多大 解 1 l v0t 所以 所以 2 若粒子由bc边离开电场 l v0t 所以 所以 1 如图所示 边长为l的正方形区域abcd内存在着匀强电场 电量为q 动能为ek的带电粒子从a点沿ab方向进入电场 不计重力 1 若粒子从c点离开电场 求电场强度的大小和粒子离开电场时的动能 2 若粒子离开电场时动能为ek 则电场强度为多大 2 如图所示 竖直平行直线为匀强电场的电场线 电场方向未知 a b是电场中的两点 ab两点的连线长为l且与电场线所夹的锐角为 一个质量为m 电荷量为 q的带电粒子以初速度v0 从a点垂直进入电场 该带电粒子恰好能经过b点 不考虑带电粒子的重力大小 1 根据你学过的物理学规律和题中所给的信息 对反映电场本身性质的物理量 例如电场方向 你能作出哪些定性判断或求得哪些定量结果 1 因粒子带负电且向下偏转 故电场力方向向下 所以电场方向竖直向上 水平方向匀速运动 有 lsin v0t 竖直方向做初速度为零的匀加速运动 有 解得加速度 由qe ma 得电场强度大小 2 如图所示 竖直平行直线为匀强电场的电场线 电场方向未知 a b是电场中的两点 ab两点的连线长为l且与电场线所夹的锐角为 一个质量为m 电荷量为 q的带电粒子以初速度v0 从a点垂直进入电场 该带电粒子恰好能经过b点 不考虑带电粒子的重力大小 1 根据你学过的物理学规律和题中所给的信息 对反映电场本身性质的物理量 例如电场方向 你能作出哪些定性判断或求得哪些定量结果 b点的电势高于a点的电势 有a b两点间的电势差为 2 如图所示 竖直平行直线为匀强电场的电场线 电场方向未知 a b是电场中的两点 ab两点的连线长为l且与电场线所夹的锐角为 一个质量为m 电荷量为 q的带电粒子以初速度v0 从a点垂直进入电场 该带电粒子恰好能经过b点 不考虑带电粒子的重力大小 2 若仅知道带电小球的电荷量 q 初动能 k0以及ab两点的连线与电场线所夹的锐角 三个量 对反映电场本身性质的物理量 你能求得哪些定量结果 2 设初速度大小为v0 小球过b点竖直分速度为vy