高中物理选修3-1-带电粒子在电场中的运动课件

上节回放9带电粒子在电场中的运动电容器1电容2平行板电容器的电容3平行板电容器间电场4上节回放9带电粒子在电场中的运动电容器1电容2平行板电容器的带电体在电场中的平衡问题带电体1①带电粒子：质子、电子、正负离子、α粒子……一般不考虑带电粒子的重力粒②带电微粒：小球、尘埃、液滴……微通常要考虑带电微粒的重力一般视为质点带电体在电场中的平衡问题带电体1①带电粒子：质子、电子、正带电体在电场中受力分析2例1一个电子的质量为9.1×10-31kg,电荷量q=1.6×10-19C，当它位于E=5×104V/m的电场中时:受到的重力G为多大？受到的电场力F为多大？G=mg=9×10-30NF=qE=8×10-15NF=1×1015G带电体在电场中受力分析2例1一个电子的质量为9.1×10-例2用细线将一质量为m，电荷量为q

的小球悬挂在开花板下方，设空间存在水平方向的匀强电场，当小球静止时把细线烧断，那么此后小球将______________________________运动。沿悬线延长线方向做匀加速直线例2用细线将一质量为m，电荷量为q沿悬线延长线方向做匀加例3如图，平行金属板水平放置并接到直流电源上，一个带电微粒P恰好静止在两板之间。现用外力将P固定住，然后固定导线各接点，使两板均匀转过α角，再撤去外力，则P在两板间将（）A.保持静止B.水平向左做直线运动C.向右下做直线运动D.α大小未知，无法确定

P运动状态ααPB例3如图，平行金属板水平放置并接到直流电ααPB带电体在电场中的平衡问题3例4如图1所示，A、B两个点电荷，相距为r，A带有9Q的正电荷，B带有4Q的正电荷，如果A和B固定，应如何放置第三个点电荷q，才能使此电荷处于平衡状态？rABAB连线间距A为x=

—

r

3

5

与q的带电量无关如果A和B是自由的，应如何放置第三个点电荷，使三个点电荷都处于平衡状态，并求第三个点电荷C的电量q的大小及电性。AB连线间距A为x=

—

r

3

5

q带负电，电量q=-—

Q

36

25

带电体在电场中的平衡问题3例4如图1所示，A、B两个点电例5现要测量一个带电小球（小球质量已知，设为m）的带电量，某同学设计如下测量方案：取一个和带电小球完全相同的不带电小球，使两小球接触后分开，然后分别用等长的绝缘细线悬挂起来，测出它们稳定后悬线偏离竖直方向的夹角为θ，从而算出小球的带电量。你认为他的方案是否可行？若可行，则还需测量哪些物理量，并推导出小球所带电量的表达式。ABOθθ此方案可行。还需测量的物理量是悬线的长度l（或悬点到球心的距离）。mgtanθ4l————ksinθ原小球的带电量例5现要测量一个带电小球（小球质量已知，设为m）的带电例6如图所示，两根长为的绝缘细线上端固定在O点，下端各悬挂质量为的带电小球A、B，A、B带电分别为+q、-q。今在水平向左的方向上加匀强电场，场强E，使连接AB长为的绝缘细线拉直，使两球处于静止状态，问：要使两小球处于这种状态，外加电场E的大小为多少？ABEO例6如图所示，两根长为的绝缘细线上端固定在O点，下端各例7两个质量相同，分别带有等值异号电荷的小球，先将它们用绝缘细线连接再用另一绝缘细线拴住带正电荷的小球，将它们悬挂于O点，整个装置处于水平向右的匀强电场中，平衡后，它们的正确位置是下图示中的哪一个？E+qA-qCE+q-qB+q-qE-qD+qEB例7两个质量相同，分别带有等值异号电荷的小球，先将它们用绝例8电子所带电荷量最早是由美国科学家密立根通过油滴实验测出的。原理如图所示，两块水平放置的平行金属板与电源连接，上、下板分别带正、负电荷，两板间的电场为匀强电场。油滴从喷雾器喷出后，由于摩擦而带电，油滴进入上板中央小孔后落到匀强电场中，通过显微镜可以观察到油滴的运动情况.两金属板间的距离为d，忽略空气对油滴的浮力和阻力。调节两金属板间的电势差u，当u=U0时，使得某个质量为ml的油滴恰好做匀速下降。求此油滴所带电荷量q为多少？q=——

m1gd

Uo

例8电子所带电荷量最早是由美国科学家密立根通过油滴实验测出带电体在电场中的加速问题带电粒子在匀强电场中的加速1+-匀速加速匀速末速度？vtvo已知m、q、U、v0带电体在电场中的加速问题带电粒子在匀强电场中的加速1+-匀速方法1：牛顿定律+运动学公式受力分析：不计重力，只受电场力加速度a:a=F

m—F=qEd—U

E=

a=qUmd——速度位移公式:vt2–v02=2ad末速度度vt=v02+

2qUm——方法1：牛顿定律+运动学公式受力分析：不计重力，只受电场方法2：动能定理做功分析：只受电场力，电场力做正功电场力的功：W=qU动能定理：W=—12_mvt2—12mv02

∴qU=—12_mvt2—12mv02末速度度vt=v02+

2qUm——方法2：动能定理做功分析：只受电场力，电场力做正功电场力的功例9三块相同的金属平行板A、B、D自上而下水平放置，间距分别为h和d，如图所示。A、B两板中心开孔，在A板的开孔上搁有一金属容器P且与A板接触良好，其内盛有导电液体。A板通过闭合的电键与电池的正极相连，B板与电池的负极相连并接地，电池提供A、B两极板电压为U0，容器P内的液体在底部小孔O处形成质量为m，带电量为q的液滴后自由下落，穿过B板的开孔O`落在D板上，其电荷被D板吸咐，液体随即蒸发，接着容器顶部又形成相同的液滴自由下落，如此继续，设整个装置放在真空中。求：(1)第一个液滴到达D板的速度为多少?(2)D板最终可达到的电势为多少?POO`ABDSU0hd例9三块相同的金属平行板A、B、D自上而下水平放置，间带电粒子在非匀强电场中的加速2+QPA例10如图所示的电场中P点与A板间电势差为90V。一个二价氧离子从P点由静止释放，经加速电场后离子金属板A小孔时的速度是多少？（已知据氧离子的质量m=2.7×10－26kg）vqU=ΔEk动能定理ΔEk=—12mv2–0∴qU=—12mv2v=2qUm——=4.6×104m/s带电粒子在非匀强电场中的加速2+QPA例10如图所示的电归纳与总结：带电体在电场中加速运动问题的基本思路1.在匀强电场中(1)牛顿第二定律与运动规律综合处理(2)动能定理2.在非匀强电场中应用能量观点分析注意：是否考虑重力的要根据具体情况确定归纳与总结：带电体在电场中加速运动问题的基本思路1.在匀强例11如图从F处释放一个无初速度电子向B板方向运动，指出下列对电子运动描述中，正确的是（设电势差均为U）()FADCBA.电子到达B板时的动能是eUB.电子从B板到达C板时动能的变化量为零C.电子到达D板时动能为eUＤ.电子在Ａ板与Ｄ板间作往返运动ＡＢＤ例11如图从F处释放一个无初速度电子向B板方向直线加速器3……U1U2Unvnv=2qUm——vn=2q(U1+U2+…+Un)m直线加速器3……U1U2Unvnv=2qUm——vn=带电粒子在电场中的偏转偏转装置结构模型1l参量：极板长l

d极板间距d充电后：极板间匀强电场E极板间电势差UU--------+++++++E带电粒子在电场中的偏转偏转装置结构模型1l参量：极v0带电粒子进入偏转装置方式及其受力分析2--------+++++++E进入方式：以初速度v0垂直电场方向进入偏转电场受力分析：不计重力正电荷：负电荷：qEqEv0带电粒子进入偏转装置方式及其受力分析2---偏转粒子的运动性质3初速度v0

电场力（恒力）垂直类平抛运动匀变速曲线运动轨迹：抛物线加速度：a=qE

——

m

qU

md

——=动画模拟偏转粒子的运动性质3初速度v0垂直类平抛运动匀变速曲线运v0--------+++++++EqEly偏转距离vθ偏转方向几个特征参量4①偏转时间t

垂直电场方向做_____________匀速直线运动l=v0t则：t=lv0—v0--------++②偏转距离y

初速度为零的匀加速直线运动平行于电场方向做_____________________________y=12—at2

a=qU

md

——

t=lv0—y=12—qUl2

mdv02②偏转距离y初速度为零的匀加速直线运动平行于电场方向做③偏转方向θ

v0--------+++++++Evθ偏转方向v0

vy

θ

tanθ=vy

v0

—vy=ata=qU

md

——

tanθ=qUlmdv02t=l/v0③偏转方向θv0-------例12两个相同的平行金属板的长度为l=6.0cm，相距d=2cm，极板间电压U=200V。一个电子沿平行于板面的方向射入电场中，射时的速度v0=3.0×107m/s。求：电子射出电场时，沿垂直于板方向偏移距离y；(2)偏转的角度θ；(3)电子的电势能、机械能、能量如何变化；(4)电子射出极板后做什么运动？y=0.36cmθ=6.80电势能减少、机械能增加；总能量不变匀速直线运动例12两个相同的平行金属板的长度为l=6.0cm，例13质量为m、带电量为q的粒子以初速度v0从中线垂直进入偏转电场，刚好离开电场，它在离开电场后偏转角正切为0.5，则下列说法中正确的是（）A.如果偏转电场的电压为原来的一半，则粒子离开电场后的偏转角正切为0.25B.如果带电粒子的比荷为原来的一半，则粒子离开电场后的偏转角正切为0.25C.如果带电粒子的初速度为原来的2倍，则粒子离开电场后的偏转角正切为0.25D.如果带电粒子的初动能为原来的2倍，则粒子离开电场后的偏转角正切为0.25ABD例13质量为m、带电量为q的粒子以初速度v0从中线垂直进入偏例14试证明下图中，带电粒子垂直进入偏转电场，离开电场时，粒子好象是从入射线中点直接射出来的。v0--------+++++++Evl2—例14试证明下图中，带电粒子垂直进v0---加速→偏转5U1加速偏转U2(1)出射时偏距离y(2)出射时偏转方向θ(3)出射时速度大小加速→偏转5U1加速偏转U2(1)出射时偏距离y(2例15如图，电子在电势差为U1的加速电场中由静止开始运动，然后射入电势差为U2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θ变大的是()A.U1变大、U2变大B.U1变小、U2变大C.U1变大、U2变小D.U1变小、U2变小U1U2B例15如图，电子在电势差为U1的加速电场中由静止开始例16如图所示，一束带电粒子（不计重力），垂直电场线方向进入偏转电场，试讨论在以下情况中，粒子应具备什么条件，才能得到相同的偏转距离y和偏转角θ，（U、d、l保持不变）（1）进入偏转电场的速度相同；（2）进入偏转电场的动能相同；（3）进入偏转电场的mv0相同；（4）先由同一加速电场加速后进入偏转电场。例16如图所示，一束带电粒子（不计重力），垂直电场线方向进加速→偏转→匀速6U1加速偏转U2b匀速Y=？加速→偏转→匀速6U1加速偏转U2b匀速Y=？例17如图所示，二价氦离子和质子的混合体，经同一加速电场加速后，垂直射入同一偏转电场中，偏转后，打在同一荧光屏上，则它们（）A.侧移相同B.偏转角相同C.到达屏上同一点D.到达屏上不同点v0例17如图所示，二价氦离子和质子的混合体，经同一加速电场加例18如图所示AB、CD为平行金属板，A、B两板间电势差为500V，C、D始终和电源相接，测的其间的场强为104V/m，一质量为2.5×10-24㎏，电荷量为8×10-16C的带电粒子(重力不计)由静止开始，经A、B加速后穿过CD发生偏转，最后打在荧光屏上，已知C、D极板长均为4cm，荧光屏距CD右端的距离为3cm，问:(1)粒子带正电还是带负电?(2)粒子打在荧光屏上距O点下方多远处?(3)粒子打在荧光屏上时的动能为多大?例18如图所示AB、CD为平行金属板，A、B两板间电势差为(1)粒子带正电(2)Y=2×10－2m(3)Ek=4.64×10－23J----++++DABCOY(1)粒子带正电(2)Y=2×10－2m(3)示波器示波器及其作用1作用：观察电信号随时间变化的情况示波器示波器及其作用1作用：观察电信号随时间变化的情况示波器的核结构——示波管2由电子枪、偏转电极和荧光屏组成偏转电极电子枪荧光屏加速偏转显示示波器的核结构——示波管2由电子枪、偏转电极和荧光屏组示波管的工作原理3热电子电子加速度待显示的信号扫描电压x方向偏转y方向偏转示波管的工作原理3热电子电子加速度待显示的信号扫描电压x方模拟显示模拟显示分析与研讨4①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？0<t<t1电子沿Y方向向上偏移分析与研讨4①如果在电极XX’之间不加电压，但在Yt1<t<t2电子沿Y方向向下偏移分析与研讨4①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？t1<t<t2电子沿Y方向向下偏移分析与研讨4①如果在电极②如果在YY’之间加如图所示的交变电压，同时在XX’