人教版3-1第一章第九节带电粒子在电场中的运动教学课件

1、引 言 物体的初速度和受的合外力决定了物体的初速度和受的合外力决定了物体的运动情况。带电粒子在电场物体的运动情况。带电粒子在电场中的运动，常见的有加速、减速、中的运动，常见的有加速、减速、偏转、圆周运动等。规律同力学。偏转、圆周运动等。规律同力学。和过去学过的力学来比，在受力分和过去学过的力学来比，在受力分析时要增加电场力分析。析时要增加电场力分析。电学搭台电学搭台力学唱戏力学唱戏带电粒子在电场中带电粒子在电场中要受到要受到哪些力哪些力的作用的作用? ?通常要受到通常要受到重力和电场力重力和电场力1、一个电子的质量为一个电子的质量为0.910.911010-30-30 kg, kg, 电荷量电

2、荷量e=1.6e=1.61010-19-19 C C，当它位于，当它位于E=5E=510104 4V/mV/m的电场的电场中时中时: :受到的重力受到的重力G G为多大？为多大？受到的电场力受到的电场力F F为多大？为多大？F/G=F/G=？你会发现什么？你会发现什么？G=mg=910- -30NF/G=11015F=qE=810- -15N 电子、质子、离子等微观带电粒子所受电子、质子、离子等微观带电粒子所受重力一般远小于电场力，重力可以忽略（有重力一般远小于电场力，重力可以忽略（有说明或暗示除外）。说明或暗示除外）。注意：忽略粒子的重力并不是忽略粒子的质量注意：忽略粒子的重力并不是忽略粒子

3、的质量 3、某些带电体是否考虑重力，要根据题目暗、某些带电体是否考虑重力，要根据题目暗示或运动状态来判定示或运动状态来判定电场中的带电体一般可分为两类电场中的带电体一般可分为两类：1、带电的、带电的基本粒子基本粒子：如电子，质子，正负离子等。：如电子，质子，正负离子等。这些粒子所受重力和电场力相比要小得多，除非有这些粒子所受重力和电场力相比要小得多，除非有说明或明确的暗示以外，一般都不考虑重力。（但说明或明确的暗示以外，一般都不考虑重力。（但并不能忽略质量）。并不能忽略质量）。2、带电微粒带电微粒：如带电小球、液滴、油滴、尘埃等。：如带电小球、液滴、油滴、尘埃等。除非有说明或明确的暗示以外，一

4、般都考虑重力。除非有说明或明确的暗示以外，一般都考虑重力。 带电粒子在电场中的运动情况带电粒子在电场中的运动情况 1.1.平衡平衡 2.2.加速或减速加速或减速 3.偏转 若带电粒子在电场中所受合力为零时，即若带电粒子在电场中所受合力为零时，即F0时，粒子将保持静止状态或匀速直线运动时，粒子将保持静止状态或匀速直线运动状态。状态。一、带电粒子的平衡带电粒子的平衡2、带电粒子在电场中处于静止状态，该粒、带电粒子在电场中处于静止状态，该粒子带正电还是负电子带正电还是负电?+ + + + + + +- - - - - - -Eqmg分析：带电粒子处于静止分析：带电粒子处于静止状态，状态，FF0 0，

5、Eq=mgEq=mg，因为所受重力竖直向下，因为所受重力竖直向下，所以所受电场力必为竖直所以所受电场力必为竖直向上。又因为场强方向竖向上。又因为场强方向竖直向下，所以带电体带负直向下，所以带电体带负电。电。二、带电粒子的加速或减速二、带电粒子的加速或减速 若若F0F0（只受电场力）且与初速度方向在同（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一直线上，带电粒子将做加速或减速直线运动。动。( (变速直线运动变速直线运动) )以带电粒子的加速为例来说明以带电粒子的加速为例来说明如图所示，在真空中有一对如图所示，在真空中有一对平行金属板，两板间加以电平行金属板，两板间加以电

6、压压U U。两板间有一带正电荷。两板间有一带正电荷q q的带电粒子。它在电场力的的带电粒子。它在电场力的作用下，由作用下，由静止静止开始从正极开始从正极板向负极板运动，到达负板板向负极板运动，到达负板时的速度有多大？时的速度有多大？( (不考虑粒不考虑粒子的重力子的重力）qUm+_带电粒子的加速带电粒子的加速 d d带电粒子的加速带电粒子的加速+ +_UUE加速加速匀速匀速匀速匀速+qmV0V=?qUm+_带电粒子的加速带电粒子的加速 d d1 1、受力分析、受力分析: : 水平向右的电场力水平向右的电场力 F FEq=qU/dEq=qU/dF F2 2、运动分析、运动分析: : 初速度为零，

7、加速度初速度为零，加速度为为a=qU/mda=qU/md的向右的向右匀加匀加速直线运动速直线运动。解法一运用运动学知识求解解法一运用运动学知识求解mqUdmdqUadv2222mqUv2解法二运用能量知识求解解法二运用能量知识求解mqUvmvqU2212思考题思考题如两极板间不是匀强电场该用何种如两极板间不是匀强电场该用何种方法求解？为什么？方法求解？为什么？由于电场力做功与场强是否匀强无由于电场力做功与场强是否匀强无关，与运动路径也无关，第二种方关，与运动路径也无关，第二种方法仍适用！法仍适用！解解: :根据动能定理得根据动能定理得: :emeUv2sm/1091. 02500106 . 1

8、23019sm/10373.3.炽热的金属丝可以发射电子。在金属丝和金炽热的金属丝可以发射电子。在金属丝和金属板间加以电压属板间加以电压U=2500VU=2500V，发射出的电子在真空，发射出的电子在真空中加速后，从金属板的小孔穿出。电子穿出时中加速后，从金属板的小孔穿出。电子穿出时的速度有多大？的速度有多大？设电子刚离开金属丝时的速度设电子刚离开金属丝时的速度为零。为零。221mvqU 电荷量为电荷量为e e的电子从的电子从金属丝移动到金属板金属丝移动到金属板, ,两处的电势差为两处的电势差为U U，电势，电势能减少量为能减少量为eUeU. .减少的电势能全部转化为减少的电势能全部转化为电子

9、的动能电子的动能:解：解：qUmv221下列粒子由静止经加速电压为下列粒子由静止经加速电压为U U的电场加的电场加速后，速后，哪种粒子动能最大哪种粒子动能最大 （ ） 哪种粒子速度最大哪种粒子速度最大 （ ） A A、质子、质子 B B、电子、电子 C C、氘核、氘核 D D、氦核、氦核 例与练例与练mqUv2qUmvEk221与与电量电量成正比成正比与与比荷平方比荷平方根根成正比成正比DB三、带电粒子在匀强电场中的偏转三、带电粒子在匀强电场中的偏转 ld+- - - - - - -+ + + + + + + +Uv0q、m1.q的受力怎样的受力怎样? q的受力又怎样的受力又怎样?2.水平方向

10、和竖直方向的运动性质怎样水平方向和竖直方向的运动性质怎样?3.与学过的哪种运动形式类似与学过的哪种运动形式类似?三、带电粒子的偏转三、带电粒子的偏转平行电场方向平行电场方向:做初速度为做初速度为0的匀的匀加速直线运动加速直线运动垂直垂直电场方向电场方向:做匀速直线运动做匀速直线运动带电粒子沿垂直电场的方向进入匀带电粒子沿垂直电场的方向进入匀强电场强电场,做类平抛运动做类平抛运动1 1、运动的性质：、运动的性质： ld+- - - - - - - - - - - + + + + + + + + +Uv0q、mF+vv0vyy偏转角偏转角侧移侧移两类关系：位移关系与速度关系两类关系：位移关系与速度

11、关系xmFamqEmdqU0vlt atvydmvqUl00tanvvydmvqUl20 2、分析分析221aty dmvqUl2022类平抛运动类平抛运动垂直垂直电场方向电场方向:平行平行电场方向电场方向:偏移距离偏移距离偏转角偏转角220yvvv粒子好象是从入射线中点直接射出来的粒子好象是从入射线中点直接射出来的 例与练例与练dmvqUly2022dmvqUl20tantanyx dmvqUldmvqUl2020222lx例与练例与练tan2tanx2tanLyLytan例与练例与练tandmvqUl20dmvqUly2022与与电量电量成正比成正比与与电量电量成正比成正比1:21:2 例

12、与练例与练BCD一个电荷量为一个电荷量为-q-q质量为质量为m m的带电粒子，由静止进入的带电粒子，由静止进入一个电压为一个电压为U U1 1的加速电场加速后，又垂直进入一的加速电场加速后，又垂直进入一个电压为个电压为U U2 2的偏转电场，经偏转电场偏转后打在的偏转电场，经偏转电场偏转后打在荧光屏上荧光屏上, ,整个装置如图示整个装置如图示. . ( (不计粒子的重力不计粒子的重力).).求求: : (1)(1)出偏转电场时的偏移距离出偏转电场时的偏移距离y y；(2)(2)出偏转电场时的偏转角；出偏转电场时的偏转角；(3)(3)打在荧光屏上时的偏移距离打在荧光屏上时的偏移距离Y.Y.v v

13、0 0+- U2 d lv vyv vy y_+U1-qmv v0 0OYL三、带电粒子的先加速再偏转后匀速三、带电粒子的先加速再偏转后匀速v v0 0+- U2 d lv vyv vy y_+U1-qmv v0 0OYL20121mvqU经加速电场经加速电场U1加速后加速后:经偏转电场经偏转电场U2偏转后偏转后:(1)偏移距离偏移距离y:dmvql U20222y(2)偏转角偏转角:dmvqlU202tan (3)偏移距离偏移距离Y: tan)L2(lYdUl U122dUlU1224dUl U122 7、如图，电子在电势差为、如图，电子在电势差为U1的加速电场中由静止的加速电场中由静止开始

14、加速，然后射入电势差为开始加速，然后射入电势差为U2的两块平行极板间的两块平行极板间的电场中，入射方向跟极板平行。整个装置处在真的电场中，入射方向跟极板平行。整个装置处在真空中，重力可忽略。在满足电子能射出平行板区的空中，重力可忽略。在满足电子能射出平行板区的条件下，下述四种情况中，一定能使电子的偏转角条件下，下述四种情况中，一定能使电子的偏转角变大的是变大的是 A、U1变大、变大、U2变大变大 B、U1变小、变小、U2变大变大C、U1变大、变大、U2变小变小 D、U1变小、变小、U2变小变小例与练例与练dmvleU202tandUl U122BABCdUlUy1224带电粒子的偏移量和偏转角

15、由系统决定，而与粒子的质带电粒子的偏移量和偏转角由系统决定，而与粒子的质量、电量无关量、电量无关. .只要电性相同的带电粒子只要电性相同的带电粒子, ,在电场中留下在电场中留下的轨迹相同的轨迹相同, ,所以无法将电性相同的粒子分开所以无法将电性相同的粒子分开. .例与练例与练dUl U122tan tan)L2(lYdUl U122电子枪电子枪荧光屏荧光屏偏转电极偏转电极+ +- -X XX X、y y、y yX XX X、y y、y y亮斑亮斑四、示波管原理四、示波管原理1、构成、构成YYXX-+-+-若金属板水平放置若金属板水平放置电子将电子将竖直偏转竖直偏转若金属板竖直放置若金属板竖直放

16、置电子将电子将水平偏转水平偏转2、偏转电极的放置方式及作用、偏转电极的放置方式及作用3、各部分的作用、各部分的作用产生产生高速高速飞飞行的行的电子束电子束待显示待显示的的电压信号电压信号锯齿形锯齿形扫扫描电压描电压使电子沿使电子沿Y Y方向方向偏移偏移使电子沿使电子沿x x方向方向偏移偏移4、示波管的原理的问题讨论、示波管的原理的问题讨论1 1、如果在电极、如果在电极XXXX之间不加电压，而在之间不加电压，而在YYYY之间之间不不加加电压电压，电子将打在荧光屏的什么位，电子将打在荧光屏的什么位置？置？电子将做直线运动，打在荧光屏上产生电子将做直线运动，打在荧光屏上产生一个亮点一个亮点2 2、如

17、果在电极、如果在电极XXXX之间不加电压，而在之间不加电压，而在YYYY之间加之间加不变电压不变电压，使，使Y Y的电势比的电势比YY高，电子高，电子将打在荧光屏的什么位置？将打在荧光屏的什么位置？电子沿电子沿Y Y方方向向向上向上偏移偏移3 3、如果在电极、如果在电极XXXX之间不加电压，而在之间不加电压，而在YYYY之间加之间加不变电压不变电压，使，使YY的电势比的电势比Y Y高，电子高，电子将打在荧光屏的什么位置？将打在荧光屏的什么位置？电子沿电子沿Y Y方方向向向下向下偏移偏移4 4、如果在电极、如果在电极 YYYY之间不加电压，但在之间不加电压，但在XXXX之间加之间加不变电压不变电

18、压，使，使X X的电势比的电势比XX高，高，电子将打在荧光屏的什么位置？电子将打在荧光屏的什么位置？电子沿电子沿X X方方向向向里向里偏移偏移5 5、如果在电极、如果在电极 YYYY之间不加电压，但在之间不加电压，但在XXXX之间加之间加不变电压不变电压，使，使XX的电势比的电势比X X高，高，电子将打在荧光屏的什么位置？电子将打在荧光屏的什么位置？电子沿电子沿X X方方向向向外向外偏移偏移6 6、如果在电极、如果在电极XXXX之间不加电压，但在之间不加电压，但在YYYY之间加如图所示的之间加如图所示的交变电压交变电压，在荧光屏上会，在荧光屏上会看到什么图形？看到什么图形？0tt0tt1 1电

19、子沿电子沿Y Y方向方向向上向上偏移偏移电子在极板间飞行的时间远小于极板电压变化周期电子在极板间飞行的时间远小于极板电压变化周期，电子在平行板间运动时认为电压不变，一个时刻，电子在平行板间运动时认为电压不变，一个时刻，一个电子，一个电压，荧光屏上一个亮点。，一个电子，一个电压，荧光屏上一个亮点。7 7、如果在电极、如果在电极XXXX之间不加电压，但在之间不加电压，但在YYYY之间加如图所示的之间加如图所示的交变电压交变电压，在荧光屏上会，在荧光屏上会看到什么图形？看到什么图形？t t1 1tttt2 2电子沿电子沿Y Y方向方向向下向下偏移偏移8 8、如果在、如果在YYYY之间加如图所示的之间

20、加如图所示的交变电压交变电压，同时在同时在XXXX之间加之间加不变电压不变电压，使，使X X的电势比的电势比XX高高，在荧光屏上会看到什么图形？在荧光屏上会看到什么图形？0tt0tt1 1电子沿电子沿Y Y方向方向向上向上偏，沿偏，沿X X方向方向向里向里偏偏9 9、如果在、如果在YYYY之间加如图所示的之间加如图所示的交变电压交变电压，同时在同时在XXXX之间加之间加不变电压不变电压，使，使X X的电势比的电势比XX高，在荧光屏上会看到什么图形？高，在荧光屏上会看到什么图形？t t1 1tttt2 2电子沿电子沿Y Y方向方向向下向下偏，沿偏，沿X X方向方向向里向里偏偏1010、如果在、如

21、果在YYYY之间加如图所示的之间加如图所示的交变电交变电压压，同时在，同时在XXXX之间加之间加不变电压不变电压，使，使XX的的电势比电势比X X高，在荧光屏上会看到什么图形？高，在荧光屏上会看到什么图形？电子沿电子沿Y Y方向方向向向上向下上向下偏，沿偏，沿X X方向方向向外向外偏偏1111、如果在、如果在YYYY之间加如图所示的之间加如图所示的交变电交变电压压，同时在，同时在XXXX之间加之间加锯齿形扫描电压锯齿形扫描电压，在荧光屏上会看到什么图形？在荧光屏上会看到什么图形？XYOA B CD E FA B CD E FABOCt1DEFt212、如果信号电压是周期性的，并且扫描电压、如果信号电压是周期性的，并且扫描电压与信号