人教版高中物理选修3 1第一章19带电粒子在电场中的运动课件

1.9带电粒子在电场中的运动1.9带电粒子在电场中的运动新课导入1、在电场中带电粒子受什么力的作用？+++++++-------qEmg通常要受到重力和电场力2、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，α粒子，正负离子等。一般都不考虑重力。②带电微粒：如带电小球、液滴、尘埃等。除非有说明或明确的暗示以外，一般都考虑重力。新课导入1、在电场中带电粒子受什么力的作用？++++3、带电粒子在均强电场中运动时，运动有什么特点？运动情况：受到恒定的电场力受力情况：类自由落体运动和类平抛运动水平位移x竖直位移y偏转角3、带电粒子在均强电场中运动时，运动有什么特点？运动情况：受4、研究带电粒子的主要理论公式

电场力F=qE加速度a=F/m电场力的功W=qU或W=qEd

+++++++-------Fq

dU4、研究带电粒子的主要理论公式

电场力一、带电粒子的加速UEq加速匀速匀速类似于自由落体运动U+++++++-------Fq一、带电粒子的加速UEq加速匀速匀速类似于自由落体运动qUm+_计算粒子到达另一个极板时的速度

d1、受力分析:F2、运动分析:初速度为零，加速度为a=qU/md的向右匀加速直线运动。水平向右的电场力qUm+_计算粒子到达另一个极板时的速度d1、受力分析:F解法一运用运动学知识求解粒子加速后的速度只与加速电压有关解法二运用动能定理知识求解解法一运用运动学知识求解粒子加速后的速度只与加速电压有关解思考与讨论

在上述问题中，两块金属板是平行的，两板间的电场是匀强电场。如果两极板是其他形状，中间的电场不在均匀，上面的结果是否仍然适用？为什么？若粒子的初速度为零,则:若粒子的初速度不为零,则:

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。思考与讨论在上述问题中，两块金属板是平行的，两例1：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？设电子刚刚离开金属丝时的速度为0.3.0×107m/s解：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，电势能的减少量是eU。电势能全部转化为动能，所以解出速度v并把数值代入，得例1：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MNUd+例3：如图所示，在

P

板附近有一电子由静止开始向N板运动，则关于电子在两板间的运动情况，下列叙述正确的是(

)A、匀速直线运动B、匀加速直线运动C、电子到达N板时的速度与板间距离无关，仅与加速电压有关D、电子的加速度和末速度都与板间距离无关PBC

MNUd+例3：如图所示，在P板附近有一电子由静止开始向思考与讨论E1（加速电压）E1、带电粒子平行于电场线进入电场，做匀加速直线运动。2、若粒子以初速度v0沿垂直场强方向进入电场，离子的运动情况如何？+++++++++++++-------------v0Eq思考与讨论E1（加速电压）E1、带电粒子平行于电场线进入电场

ld+Uv0q、mF+vv0vyyθ3、偏转角4、侧移二、带电粒子在电场中的偏转+++++++++++++++++++

--------------------2、物体做类平抛运动1、受力分析：粒子受到竖直向下的静电力F＝Eq=qU/d。ld+Uv0q、mF+vv0vyyθ3、偏转角4、例4：两个相同极板Y与Y、的长度l=6.0cm，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，射入时速度V0=3.0*107m/s。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和偏转角度&。解：电子在垂直于板面的方向受到静电力。由于电场不随时间改变，且是匀强电场，所以整个运动中在垂直于板面的方向上加速度是不变的。F例4：两个相同极板Y与Y、的长度l=6.0cm，相距d=2c电子射出电场时，在垂直于板面方向偏移的距离为

++++++------

lv0d-qθvv0v⊥θyx类平抛运动偏转角侧移电子射出电场时，在垂直于板面方向偏移的距离为++++++--其中t为飞行时间。由于电子在平行于板面的方向不受力，所以在这个方向做匀速运动，有l=V0t可求得将a和t代入y的表达式中，得到与粒子比荷q/m成正比与粒子初速度v0平方成反比与电场的属性U、l、d有关其中t为飞行时间。由于电子在平行于板面的方向不受力，所以在这由于电子在平行于板面的方向不受力，他离开电场时，这个方向的分速度仍是V0而垂直板面的分速度是：离开电场时的偏转角&可由下式确定：与粒子比荷q/m成正比与粒子初速度v0

平方成反比与电场的属性U、l、d有关由于电子在平行于板面的方向不受力，他离开电场时，这个方向的分例5：先后让一束电子和一束氢核通过一对平行板形成的偏转电场，进入时速度方向与板面平行。在下列两种情况下，分别求出离开时电子偏转角的正切于氢核偏转角的正切之比。（1）电子于氢核的初速度相同。（2）电子于氢核的初动能相同。解：先来认识三种常见的粒子例5：先后让一束电子和一束氢核通过一对平行板形成的偏转电场，电子在垂直于板面的方向受到静电力。由于电场不随时间改变，且是匀强电场，所以整个运动中在垂直于板面的方向上加速度是不变的。初速度相同则：初动能相同则：电子在垂直于板面的方向受到静电力。由于电场不随时间改变，且是

lF+++++++++++++++++++

--------------------v0vv0vyθ三、混合电场lF+++++++++++++++例6：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个加速电场由静止开始加速，然后在同一偏转电场里偏转，他们是否会分离为三股粒子束？请通过计算说明。解：设加速电场电压为U1，偏转电场电压为U2，宽为d，如图所示U1U2d加速电场：偏转电场：求得偏转位移：与带电粒子的质量电量都无关例6：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个U1U2d求的偏转角：同样与带电粒子电量质量都无关。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。U1U2d求的偏转角：同样与带电粒子电量质量都无关。粒子的偏四、示波管原理示波器作用：是一种用来观察电信号随时间变化的电子仪器。电子枪偏转电极-+荧光屏YYˊXXˊXˊXYYˊ产生高速飞行的电子束锯齿形扫描电压使电子沿Y方向偏移待显示的电压信号使电子沿X方向偏移四、示波管原理示波器作用：是一种用来观察电信号随时间变化的电思考与讨论1、如果在电极XX’之间不加电压，而在YY’之间加不变电压，使Y的电势比Y’高，电子将打在荧光屏的什么位置？-+XˊXˊXXYYˊYˊY电子枪偏转电极荧光屏电子沿Y方向向上偏移思考与讨论1、如果在电极XX’之间不加电压，而思考与讨论

如果在电极YY’之间不加电压，但在XX’之间加不变电压，使X的电势比X’高，电子将打在荧光屏的什么位置？-+XˊXˊXXYYˊYˊY电子枪偏转电极荧光屏电子沿X方向向里偏移思考与讨论如果在电极YY’之间不加电压，但在思考与讨论2、如果在电极XX’之间不加电压，但在YY’之间加如图所示的交变电压，在荧光屏上会看到什么图形？XˊXYˊUYtO

Yˊ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。思考与讨论2、如果在电极XX’之间不加电压，但思考与讨论3、如果在YY’之间加如图所示的交变电压，同时在XX’之间加不变电压，使X’的电势比X高，在荧光屏上会看到什么图形？看到一个点XˊXYYˊ思考与讨论3、如果在YY’之间加如图所示的交变思考与讨论4、如果在YYˊ

之间加如图所示的交变电压，同时在XXˊ

之间加锯齿形扫描电压，在荧光屏上会看到什么图形？ABCDFABCt1DEFt2XˊXYYˊtOUYUXOtABCDEEFt2t1t2t1看到一个余弦函数图像思考与讨论4、如果在YYˊ之间加如图所示的交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。示波器图象tOUYUXOtXˊXYYˊ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科学足迹密立根实验——电子电荷量的测定

密立根并没有直接测量电子的电荷量，而是测定很小的带电油滴所带的电荷量。一个带电的油滴在匀强电场中所受的静电力是一定的。如图1.9-8，设法使油滴带负电，它所受静电力的方向向上。如果油滴刚好悬浮在空中，那么它受到的静电力的大小正好与油滴所受的重力相等，由此可以测定油滴所带的电荷量。

在19世纪末发现电子以后，美国物理学家密立根多年间进行了多次实验，比较准确地测定了电子的电荷量。+++++++-------qEmg

现代实验测出的电子电荷量是e=1.60217733×10-19C科学足迹密立根实验——电子电荷量的测定密立根并科学漫步范德格拉夫静电加速器

当电刷E与几万伏的直流高压电源的正极接通时，E与大地之间就有几万伏的电势差。由于尖端放电，正电荷被喷射到传送带上，并被传送带带着向上运动。当正电荷到达电刷F附近时，F上被感应出异号电荷。由于尖端放电，F上的负电荷与传送带上的正电荷中和，从而使传送带失去电荷，而F上剩下了正电荷。由于导体带电电荷只能存在于外表面，所以F上的正电荷立即传到金属壳的外表面。这样，由于传送带的运送，正电荷不断从直流电源传到球壳的外表面，从而在金属壳与大地之间形成高电压。

图1.9-9是起电机部分的示意图。金属球壳固定在绝缘支柱顶端，绝缘材料制成的传送带套在两个转轮上，由电动机带动循环运转。E和F是两排金属针(称做电刷)。科学漫步范德格拉夫静电加速器当电刷E与几万伏的例7：电子从静止出发被1000V的电压加速，然后进入电场强度为5000N/c的匀强电场，进入时的速度方向与偏转电场的方向垂直。已知偏转电极长6cm，求电子离开偏转电场时的速度及其与进入偏转电场时的速度方向之间的夹角。U1U2d解：加速电场：偏转电场：例7：电子从静止出发被1000V的电压加速，然后进入电场强度求得偏转位移：求的偏转角：U1U2d求得偏转位移：求的偏转角：U1U2d课堂小结一、带电粒子的加速1、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，α粒子，正负离子等。一般都不考虑重力。②带电微粒：如带电小球、液滴、尘埃等。除非有说明或明确的暗示以外，一般都考虑重力。2、受力分析:水平向右的电场力课堂小结一、带电粒子的加速1、电场中的带电粒子一般可分为两类3、运动分析:初速度为零，加速度为a=qU/md的向右匀加速直线运动。粒子加速后的速度只与加速电压有关若粒子的初速度为零,则:若粒子的初速度不为零,则:二、带电粒子在电场中的偏转3、运动分析:初速度为零，加速度为a=qU/md的向右匀加速加速电场：偏转电场：求得偏转位移：与带电粒子的质量电量都无关求的偏转角：四、示波器作用：是一种用来观察电信号随时间变化的电子仪器。加速电场：偏转电场：求得偏转位移：与带电粒子的质量电量都无关1.9带电粒子在电场中的运动1.9带电粒子在电场中的运动新课导入1、在电场中带电粒子受什么力的作用？+++++++-------qEmg通常要受到重力和电场力2、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，α粒子，正负离子等。一般都不考虑重力。②带电微粒：如带电小球、液滴、尘埃等。除非有说明或明确的暗示以外，一般都考虑重力。新课导入1、在电场中带电粒子受什么力的作用？++++3、带电粒子在均强电场中运动时，运动有什么特点？运动情况：受到恒定的电场力受力情况：类自由落体运动和类平抛运动水平位移x竖直位移y偏转角3、带电粒子在均强电场中运动时，运动有什么特点？运动情况：受4、研究带电粒子的主要理论公式

电场力F=qE加速度a=F/m电场力的功W=qU或W=qEd

+++++++-------Fq

dU4、研究带电粒子的主要理论公式

电场力一、带电粒子的加速UEq加速匀速匀速类似于自由落体运动U+++++++-------Fq一、带电粒子的加速UEq加速匀速匀速类似于自由落体运动qUm+_计算粒子到达另一个极板时的速度

d1、受力分析:F2、运动分析:初速度为零，加速度为a=qU/md的向右匀加速直线运动。水平向右的电场力qUm+_计算粒子到达另一个极板时的速度d1、受力分析:F解法一运用运动学知识求解粒子加速后的速度只与加速电压有关解法二运用动能定理知识求解解法一运用运动学知识求解粒子加速后的速度只与加速电压有关解思考与讨论

在上述问题中，两块金属板是平行的，两板间的电场是匀强电场。如果两极板是其他形状，中间的电场不在均匀，上面的结果是否仍然适用？为什么？若粒子的初速度为零,则:若粒子的初速度不为零,则:

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。思考与讨论在上述问题中，两块金属板是平行的，两例1：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？设电子刚刚离开金属丝时的速度为0.3.0×107m/s解：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，电势能的减少量是eU。电势能全部转化为动能，所以解出速度v并把数值代入，得例1：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MNUd+例3：如图所示，在

P

板附近有一电子由静止开始向N板运动，则关于电子在两板间的运动情况，下列叙述正确的是(

)A、匀速直线运动B、匀加速直线运动C、电子到达N板时的速度与板间距离无关，仅与加速电压有关D、电子的加速度和末速度都与板间距离无关PBC

MNUd+例3：如图所示，在P板附近有一电子由静止开始向思考与讨论E1（加速电压）E1、带电粒子平行于电场线进入电场，做匀加速直线运动。2、若粒子以初速度v0沿垂直场强方向进入电场，离子的运动情况如何？+++++++++++++-------------v0Eq思考与讨论E1（加速电压）E1、带电粒子平行于电场线进入电场

ld+Uv0q、mF+vv0vyyθ3、偏转角4、侧移二、带电粒子在电场中的偏转+++++++++++++++++++

--------------------2、物体做类平抛运动1、受力分析：粒子受到竖直向下的静电力F＝Eq=qU/d。ld+Uv0q、mF+vv0vyyθ3、偏转角4、例4：两个相同极板Y与Y、的长度l=6.0cm，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，射入时速度V0=3.0*107m/s。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和偏转角度&。解：电子在垂直于板面的方向受到静电力。由于电场不随时间改变，且是匀强电场，所以整个运动中在垂直于板面的方向上加速度是不变的。F例4：两个相同极板Y与Y、的长度l=6.0cm，相距d=2c电子射出电场时，在垂直于板面方向偏移的距离为

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lv0d-qθvv0v⊥θyx类平抛运动偏转角侧移电子射出电场时，在垂直于板面方向偏移的距离为++++++--其中t为飞行时间。由于电子在平行于板面的方向不受力，所以在这个方向做匀速运动，有l=V0t可求得将a和t代入y的表达式中，得到与粒子比荷q/m成正比与粒子初速度v0平方成反比与电场的属性U、l、d有关其中t为飞行时间。由于电子在平行于板面的方向不受力，所以在这由于电子在平行于板面的方向不受力，他离开电场时，这个方向的分速度仍是V0而垂直板面的分速度是：离开电场时的偏转角&可由下式确定：与粒子比荷q/m成正比与粒子初速度v0

平方成反比与电场的属性U、l、d有关由于电子在平行于板面的方向不受力，他离开电场时，这个方向的分例5：先后让一束电子和一束氢核通过一对平行板形成的偏转电场，进入时速度方向与板面平行。在下列两种情况下，分别求出离开时电子偏转角的正切于氢核偏转角的正切之比。（1）电子于氢核的初速度相同。（2）电子于氢核的初动能相同。解：先来认识三种常见的粒子例5：先后让一束电子和一束氢核通过一对平行板形成的偏转电场，电子在垂直于板面的方向受到静电力。由于电场不随时间改变，且是匀强电场，所以整个运动中在垂直于板面的方向上加速度是不变的。初速度相同则：初动能相同则：电子在垂直于板面的方向受到静电力。由于电场不随时间改变，且是

lF+++++++++++++++++++

--------------------v0vv0vyθ三、混合电场lF+++++++++++++++例6：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个加速电场由静止开始加速，然后在同一偏转电场里偏转，他们是否会分离为三股粒子束？请通过计算说明。解：设加速电场电压为U1，偏转电场电压为U2，宽为d，如图所示U1U2d加速电场：偏转电场：求得偏转位移：与带电粒子的质量电量都无关例6：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个U1U2d求的偏转角：同样与带电粒子电量质量都无关。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。U1U2d求的偏转角：同样与带电粒子电量质量都无关。粒子的偏四、示波管原理示波器作用：是一种用来观察电信号随时间变化的电子仪器。电子枪偏转电极-+荧光屏YYˊXXˊXˊXYYˊ产生高速飞行的电子束锯齿形扫描电压使电子沿Y方向偏移待显示的电压信号使电子沿X方向偏移四、示波管原理示波器作用：是一种用来观察电信号随时间变化的电思考与讨论1、如果在电极XX’之间不加电压，而在YY’之间加不变电压，使Y的电势比Y’高，电子将打在荧光屏的什么位置？-+XˊXˊXXYYˊYˊY电子枪偏转电极荧光屏电子沿Y方向向上偏移思考与讨论1、如果在电极XX’之间不加电压，而思考与讨论

如果在电极YY’之间不加电压，但在XX’之间加不变电压，使X的电势比X’高，电子将打在荧光屏的什么位置？-+XˊXˊXXYYˊYˊY电子枪偏转电极荧光屏电子沿X方向向里偏移思考与讨论如果在电极YY’之间不加电压，但在思考与讨论2、如果在电极XX’之间不加电压，但在YY’之间加如图所示的交变电压，在荧光屏上会看到什么图形？XˊXYˊUYtO

Yˊ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。思考与讨论2、如果在电极XX’之间不加电压，但思考与讨论3、如果在YY’之间加如图所示的交变电压，同时在XX’之间加不变电压，使X’的电势比X高，在荧光屏上会看到什么图形？看到一个点XˊXYYˊ思考与讨论3、如果在YY’之间加如图所示的交变思考与讨论4、如果在YYˊ

之间加如图所示的交变电压，同时在XXˊ

之间加锯齿形扫描电压，在荧光屏上会看到什么图形？ABCDFABCt1DEFt2XˊXYYˊtOUYUXOtABCDEEFt2t1t2t1看到一个余弦函数图像思考与讨论4、如果在YYˊ之间加如图所示的交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。示波器图象tOUYUXOtXˊXYYˊ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科学足迹密立根实验——电子电荷量的测定

密立根并没有直接测量电子的电荷量，而是测定很小的带电油滴所带的电荷量。一个带电的油滴在匀强电场中所受的静电力是一定的。如图1.9-8，设法使油滴带负电，它所受静电力的方向向上。如果油滴刚好悬浮在空中，那么它受到的静电力的大小正好与油滴所受的重力相等，由此可以测定油滴所带的电荷量。