人教版高中物理选修3-1第一章 第9节 带电粒子在电场中的运动 课件 ( 共54张PPT)

课件54张PPT。第九节 带电粒子在电场中的运动知识储备（1）牛顿第二定律的内容是什么?
（2）动能定理的表达式是什么?
（3）平抛运动的相关知识点。
（4）静电力做功的计算方法。F=qE电场强度电势差 学习运用电场强度、电场力等概念研究带电粒子在电场中运动时的加速度、速度、位移等物理量的变化; 学习运用电势差、电场力做功等概念研究带电粒子在电场中运动时的能量的转化.3、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。这些粒子所受重力和电场力相比小得多，除非有说明或明确的暗示以外，一般都不考虑重力。（但并不能忽略质量）。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。电场的基本性质是: 对放入
电场中的电荷有力的作用。电荷会有加速度。 加速度a可能是恒定的也可
能是变化的。 速度v 的大小和方向都有可
能发生变化。轨迹既可能是直线也可能是曲线。a 。v 。轨迹 。增大增大直线a 。v 。轨迹 。减小减小曲线带电粒子在匀强电场中运动情况：受到恒定的电场力受力情况： 做匀变速运动带电粒子在电场中受电场力产生加速度使速度变化利用电场

使带电粒子加速偏转一、带电粒子在电场中的加速 两板间电势差为U质量为 m 电量为 q 的粒子。 从正极板静止开始运动，求到
达负极板时的速度。探究思路静电力做的功：设末速度为 v ，由动能定理：①②由①②可得：变换已知条件两板间电势差: ③由①②③可得：思考 如两极板间不是匀强电场该用何种方法求解？为什么？ 由于电场力做功与场强是否匀强无关，与运动路径也无关，第二种方法仍适用！粒子在匀强电场中加速⑴从动力学观点：粒子的加速度U、dl运动学公式：①②由①②可得相关量！⑵能量观点：粒子运动过程中由动能定理有：由③可得相关量！粒子在非匀强电场中加速适合从能量观点解决问题例题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？设电子刚离开金属丝时的速度为零。解：由动能定理代入数据得：例题2 如图所示，在点电荷+Q 的电场中有A、B两点，将质子和
α 粒子分别从A点释放，到达B点时，求它们的速度大小之比？对质子：U对 α 粒子：1、下列粒子由静止经加速电压为U的电场加速后，哪种粒子动能最大 （ ）
哪种粒子速度最大 （ ）
A、质子 B、电子C、氘核 D、氦核

自主训练与电量成正比与比荷平方根成正比2、如图所示，M、N是在真空中竖直放置的两块平行金属板，质量为m、电量为+q的带电粒子，以极小的初速度由小孔进入电场，当M、N间电压为U时，粒子到达N板的速度为v，如果要使这个带电粒子到达N板的速度为2v ，则下述方法能满足要求的是（ ）A、使M、N间电压增加为2U B、使M、N间电压增加为4U C、使M、N间电压不变，距离减半 D、使M、N间电压不变，距离加倍 MNUdv与电压平方根成正比自主训练3、如图M、N是在真空中竖直放置的两块平行金属板，质量为m电量为-q的带电粒子，以初速度V0由小孔进入电场，当M、N间电压为U时，粒子刚好能到达N板，如果要使这个带电粒子能够到达M、N两板间距的1/2处返回，则下述方法能满足要求的是（ ）A、使初速度减半B、使M、N间电压加倍C、使M、N间电压提高4倍D、使初速度和M、N间电压都加倍MNUd-v0自主训练4、如图所示的电场中有A、B两点，A、B的电势差UAB＝100V，一个质量为m=2.0×10-12kg、电量为q=-5.0×10-8C的带电粒子，以初速度v0 =3.0×103m/s由A点运动到B点，求粒子到达B点时的速率。（不计粒子重力）q为负自主训练5、如图所示，A、B为平行金属板电容器，两板间的距离为d，在A板的缺口的正上方距离为h的P处，有一静止的、质量为m、带电量为+q的液滴由静止开始自由落下，若要使液滴不落在B板上，两板间场强至少为多大？两板间的电压U至少为多大？ mgmgqE对全过程由动能定理：自主训练二、带电粒子在匀强电场中的偏转dUv0q、mdUv0q、mFvv0vyyθ偏转角侧移二、带电粒子在匀强电场中的偏转类平抛运动与粒子比荷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有关二、带电粒子在匀强电场中的偏转与粒子比荷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有关类平抛运动二、带电粒子在匀强电场中的偏转例题3 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
的速度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 和偏转的角度θ 。解：电子在垂直于板面方向的加速度电子在极板间运动的时间 t ①②电子垂直于极板方向的偏移距离 y③由①②③得：偏转的角度θ例题4 有一质量为m 带电荷+q 的粒子经电压U0加速后，进入两块间距为d，长度为l 的平行金属板，板间电压为U，求电荷的偏移量y和偏转角θ 。解：设电荷进入偏转电场时速度大小为
V0 ，则①电荷在偏转电场中加速度为a②电荷在偏转电场中运动时间为t③偏移量：④注: 不同的带电粒子被同一电场加速后进入偏转电场, 运动情景一样！例题5 如图所示，a、b、c表示点电荷的电场中的三个等势面，它们的电势分别为 ， ， 。一带电粒子从等势面a上某处由静止释放后，仅受电场力作用而运动，已知它经过等势面b时的速率为vb，则它经过等势面c处时的速率为（ ）A. B. C. D. 解析: 电荷从a 到b，由动能定理有电荷从b 到c，由动能定理有C例题6 如图，水平放置的两平行金属板，板长为l、板间距为d，一束电子以v0的初速度从两板中央水平射入板间，然后从板间飞出射到距板、宽D 的荧光屏上（荧光屏中点在两板中垂线上）。
⑴电子飞入两板前所经历的加速电场的电压多大？
⑵为了使电子能射至荧光屏上，求图中D应满足的条件？
⑶为了使电子能射至荧光屏上，求偏转电压UAB的范围？解：⑴设加速电压为U1，则⑵电子的最大偏移量为d/2O得：AB⑶电子达到荧光屏边缘
，对应的偏转电压最大。6、质量为m、带电量为q的粒子以初速度v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0.25
B、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0.25
C、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0.25
D、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0.25自主训练偏转角正切与比荷成正比偏转角正切与初动能成反比偏转角正切与电压成正比7、质子(质量为m、电量为e)和二价氦离子(质量为4m、电量为2e)以相同的初动能垂直射入同一偏转电场中，离开电场后，它们的偏转角正切之比为 ，侧移之比为 。
与电量成正比与电量成正比自主训练8、三个电子在同一地点沿同一直线垂直飞入偏转电场，如图所示。则由此可判断（ ）
A、 b和c同时飞离电场
B、在b飞离电场的瞬间，a刚好打在下极板上
C、进入电场时，c速度最大，a速度最小
D、c的动能增量最小，a和b的动能增量一样大 自主训练分析与解答9、如图，电子在电势差为U1的加速电场中由静止开始加速，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变小自主训练对加速过程由动能定理：对偏转过程由偏转角正切公式：与粒子的电量q、质量m无关分析与解答10、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、到达屏上不同点与粒子的电量q、质量m无关自主训练11、试证明：带电粒子垂直进入偏转电场，离开电场时就好象是从初速度所在直线的中点沿直线离开电场的。 θx自主训练12、如图所示，有一电子(电量为e、质量为m)经电压U0加速后，沿平行金属板A、B中心线进入两板，A、B板间距为d、长度为L， A、B板间电压为U，屏CD足够大，距离A、B板右边缘2L，AB板的中心线过屏CD的中心且与屏CD垂直。试求电子束打在屏上的位置到屏中心间的距离。 自主训练电子离开电场，就好象从中点沿直线离开的：θ对加速过程由动能定理：分析与解答13、质量为1×10-25kg、电量为1×10-16C的带电粒子以2×106m/s速度从水平放置的平行金属板A、B中央沿水平方向飞入板间，如图所示。已知板长L＝10cm，间距d＝2cm，当AB间电压在 范围内时，此带电粒子能从板间飞出。自主训练v0+ + + + + - - - - - θ对偏转过程由偏转角正切公式：或对偏转过程由侧移公式：分析与解答14、初速度为2×107m/s的电子沿平行金属板间的中心线射入板中，板长为30cm，相距为4cm，在两板间加上如图所示的正弦交变电压。已知电子的质量为9×10-31Kg，电量为1.6×10-19C，不计电子重力，求：要使所有的电子都能离开电场，图中电压的最大值U0需满足什么条件？自主训练可认为在t时间内电场不变设电子在两板间的运动时间为t设电子在偏转电压为U0时进入板间分析与解答?带电粒子在交变电场中的运动 在两个相互平行的金属板间加交变电压时，在两板间便可获得交变电场。此类电场从空间看是匀强电场，即同一时刻，电场中各个位置处电场强度的大小、方向都相同；从时间上看是变化的，即电场强度的大小、方向都可随时间变化。 研究带电粒子在这种交变电场中的运动， 关键是根据电场变化的特点，正确地判断粒子的运动情况。 当带电粒子通过电场的时间远远小于电场变化的周期时，可认为电场强度的大小、方向都不变。小 结产生高速飞行的电子束使电子沿x方向偏移※四、示波器的原理使电子沿y方向
偏移示波器是一种用来观察电信号随时间变化的电子仪器。核心部件：由电子枪、偏转电极和荧光屏组成，管内抽成真空。示波管电子枪部分：偏转电极部分：荧光屏部分：发射出电子使电子沿两方向偏转电子使荧光物质受激而发光※四、示波器的原理※思考与讨论：电子将打在光屏上的哪一点？试在图中标出来。电子将打在光屏上的哪一点？试在图中标出来。 如果信号电压是周期性的，并且扫描电压与信号电压周期相同，就可以在荧光屏上出现稳定的图象了。※15、如图所示的示波管，如果在YY’之间加如图所示的交变电压，同时在XX’之间加如图所示的锯齿形电压，使X的电势比X’高，在荧光屏上会看到什么图形？自主训练※15、如图所示的示波管，如果在YY’之间加如图所示的交变电压，同时在XX’之间加如图所示的锯齿形电压，使X的电势比X’高，在荧光屏上会看到什么图形？XYO0（1）电子进入AB板时的初速度；?
（2）要使所有的电子都能离开AB板，图乙中电压的最大值U0需满足什么条件？
（3）在荧光屏上
会看到什么图形？自主训练设电子进入AB板时的初速度为v0设电子在偏转电压为U0时进入AB板间分析与解答1、研究带电粒子在电场中运动的两条主要线索（1）力和运动的关系——牛顿第二定律
根据带电粒子受到的电场力，用牛顿第二定律找出加速度，结合运动学公式确定带电粒子的速度、位移等．这条线索通常适用于恒力作用下做匀变速运动的情况．（2）功和能的关系——动能定理
根据电场力对带电粒子所做的功，引起带电粒子的能量发生变化，利用动能定理或从全过程中能量的转化，研究带电粒子的速度变化，经历的位移等．这条线索同样也适用于不均匀的电场．2、研究带电粒子在电场中运动的两类重要的思维技巧（1）类比与等效
电场力和重力都是恒力，在电场力作用下的运动可与重力作用下的运动类比．例如，垂直射入平行板电场中的带电粒子的运动可类比于平抛，带电单摆在竖直方向匀强电场中的运动可等效于重力场强度g值的变化等．（2）整体法(全过程法)
电荷间的相互作用是成对出现的，把电荷系统的整体作为研究对象，就可以不必考虑其间的相互作用．
电场力的功与重力的功一样，都只与始末位置有关，与路径无关．它们分别引起电荷电势能的变化和重力势能的变化，从电荷运动的全过程中功能关系出发(尤其从静止出发末速度为零的问题)往往能迅速找到解题入口或简化计算．2、研究带电粒子在电场中运动的两类重要的思维技巧