《带电粒子在电场中的运动(第二课时)》课件

《带电粒子在电场中的运动（第二课时）》想一想荧光屏为什么带电粒子在电场中运动与示波器显示图像有关呢？用示波器来观察电信号例题1：

有一个带电粒子以水平方向的初速度进入一个竖直方向的匀强电场区域，在离开电场区域时与刚进入时相比较，这个粒子有哪些变化呢？+v0q+qEmgv0E该粒子的轨迹是一条抛物线实验装置高压静电发生器加速极板金属箔包裹的泡沫小球偏转极板例题2：如图所示，电子由静止开始经加速电场后以速度v0沿平行于板面方向射入竖直方向的偏转电场，AB两板间的电场看做匀强电场。已知极板间的电压U为200V，极板的长度l为6.0cm，两板相距d为2cm，v0为3.0×107m/s。求电子离开偏转电场时沿垂直板面方向的偏移距离Δy、偏转角度θ以及加速电场电压U0。按照解决平抛运动的方法来解决问题找准方法做一做-+++++++++---------

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

Δy=0.35cm+++++++++---------电子离开电场时的动能

想一想动能、速度？+++++++++---------

加速电场的电压+++++++++----------+++++++++---------加速电压不变时偏移距离与偏转电压成正比关系式中没有电子质量与电荷量示波管实物与原理图lL+++++++++---------屏幕上的亮斑位置反映了两极板间信号电压的大小。

y与U满足正比关系得出由前可知

三角函数得出

得出

进一步计算得出

由前可知从右向左看屏幕UX为正，表明X比X’电势高UY为正，表明Y比Y’电势高

时刻，UX变化，UY没变前面已求，同样可得：从右向左看屏幕UX为正，表明X比X’电势高UY为正，表明Y比Y’电势高前面已求，同样可得：

时刻，UX变化，UY没变从右向左看屏幕UX为正，表明X比X’电势高UY为正，表明Y比Y’电势高前面已求，同样可得：

时刻，UX变化，UY没变将曲线运动转化为两个方向的直线运动进行分析。3实际应用注意力学、电学规律的综合，并且结合实际。2运用规律牛顿定律与运动学规律，动能定理与能量守恒定律。1研究方法带电粒子偏转问题应用理解带电粒子在电场中运动规律示波管原理电子枪极板间电子撞击荧光屏形成图像电压引起加速过程偏转过程反映课堂小结探究一带电粒子的加速【情境导引】在真空中有一对平行金属板,由于接上电池组而带电,两板间电势差为U,若一个质量为m、带正电荷q的粒子,以初速度v0从正极板附近向负极板运动。试结合上述情境讨论:(1)怎样计算它到达负极板时的速度?(2)若粒子带的是负电荷(初速度为v0),将做匀减速直线运动,如果能到达负极板,其速度如何?(3)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,如果两金属板是其他形状,中间的电场不再均匀,上面的结果是否仍然适用?为什么?(3)结果仍然适用。因为不管是否为匀强电场,静电力做功都可以用W=qU计算,动能定理仍然适用。【知识归纳】1.带电粒子的分类及受力特点(1)电子、质子、α粒子、离子等基本粒子,一般都不考虑重力。(2)质量较大的微粒:带电小球、带电油滴、带电颗粒等,除有说明或有明确的暗示外,处理问题时一般都不能忽略重力。2.带电粒子在电场中做直线运动问题的分析方法

【典例示范】例1如图所示,三块平行放置的带电金属薄板A、B、C中央各有一小孔,小孔分别位于O、M、P点。由O点静止释放的电子恰好能运动到P点。现将C板向右平移到P'点,则由O点静止释放的电子(

)A.运动到P点返回B.运动到P和P'点之间返回C.运动到P'点返回D.穿过P'点答案

A解析

设A、B间电场强度为E1,B、C间电场强度为E2,由O点释放的电子恰好能运动到P点,根据动能定理,有:eE1xOM-eE2xMP=0-0

①,B、C板电荷量不变,B、C板间的电场强度为:

②,由②知B、C板间的电场强度不随距离的变化而变化,当C板向右平移到P'时,B、C板间的电场强度不变,由①知,电子仍然运动到P点返回,故A正确,B、C、D错误。规律方法

分析带电粒子在电场中加速运动的两种思路(1)牛顿第二定律和运动学公式探究二带电粒子的偏转【情境导引】如图所示,质量为m、电荷量为q的粒子以初速度v0垂直于电场方向射入两极板间,两平行板间存在方向竖直向下的匀强电场,已知板长为l,板间电压为U,板间距为d,不计粒子的重力。试结合上述情境讨论:(1)怎样求带电粒子在电场中运动的时间t?(2)粒子加速度大小是多少?方向如何?(3)怎样求粒子射出电场时在静电力方向上的偏转距离?(4)求粒子离开电场时垂直电场方向和沿电场方向的速度。(5)求合速度与初速度方向的夹角θ的正切值。(6)求粒子合位移与初速度方向的夹角α的正切值。【知识归纳】带电粒子在匀强电场中的偏转1.带电粒子在匀强电场中的偏转(1)条件分析:不计重力的带电粒子以垂直于电场线方向飞入匀强电场。(2)运动特点:类平抛运动。(3)处理方法:利用运动的合成与分解。2.带电粒子在匀强电场中的类平抛偏转的基本规律设粒子带电荷量为q,质量为m,两平行金属板间的电压为U,板长为l,板间距离为d(忽略重力影响),则有:3.几个常用推论

可类比平抛呀!(1)tanα=2tanβ。(2)粒子从偏转电场中射出时,其速度反向延长线与初速度方向交于沿初速度方向分位移的中点。(3)以相同的初速度进入同一个偏转电场的带电粒子,不论m、q是否相同,只要

相同,即比荷相同,则偏转距离y和偏转角α相同。(4)若以相同的初动能Ek0进入同一个偏转电场,只要q相同,不论m是否相同,则偏转距离y和偏转角α相同。(5)不同的带电粒子经同一加速电场加速后(即加速电压相同),进入同一偏转电场,则偏转距离y和偏转角α相同(,U1为加速电压,U2为偏转电压)。

【典例示范】例2一束电子流经U=500V的加速电压加速后,在距两极板等距处垂直进入平行板间的匀强电场,如图所示,若两极板间距d=1.0cm,板长l=5.0cm。(1)要使电子能从平行板间飞出,两个极板上最多能加多大电压?(2)在保持所加最大电压不变的情况下,将电子流改为质子流,质子能否从两极板间飞出?规律方法

若几种不同的带电粒子经同一电场加速后再进入同一个偏转电场,粒子的侧向位移、偏转角与粒子的q、m无关,仅取决于加速电场和偏转电场,即变式训练两个半径均为R的圆形平板电极,平行正对放置,相距为d,极板间的电势差为U,板间电场可以认为是匀强电场。一个α粒子从正极板边缘以某一初速度垂直于电场方向射入两极板之间,到达负极板时恰好落在极板中心。已知质子电荷量为e,质子和中子的质量均视为m,忽略重力和空气阻力的影响,求:(1)极板间的电场强度E。(2)α粒子在极板间运动的加速度a。(3)α粒子的初速度v0。探究三带电粒子在交变电场中的运动【知识归纳】1.常见的交变电场电压波形有方形波、锯齿波、正弦波等。2.常见的题目类型(1)粒子做单向直线运动(一般用牛顿运动定律求解)。(2)粒子做往返运动(一般分段研究)。(3)粒子做偏转运动(一般根据交变电场特点分段研究)。3.思维方法(1)注重全面分析(分析受力特点和运动规律),抓住粒子的运动具有周期性和在空间上具有对称性的特征,求解粒子运动过程中的速度、位移、做功或确定与物理过程相关的边界条件。(2)分析时从两条思路出发,一是力和运动的关系,根据牛顿第二定律及运动学规律分析;二是功能关系。(3)注意对称性和周期性变化关系的应用。【典例示范】例3如图甲所示,两平行正对的金属板A、B间加有如图乙所示的交变电压,一重力可忽略不