高中物理 第一章 靜電場 第九節(jié) 帶電粒子在電場中的運(yùn)動2 新人教版選修3-1

1、第一章 靜電場,第九節(jié) 帶電粒子在電場中的運(yùn)動,帶電粒子在電場中要受到哪些力的作用,對于象質(zhì)子、電子、離子等帶電微粒在電場中運(yùn) 動時(shí)，我們怎樣處理它們的受力,帶電粒子在電場中通常要受到重力和電場力,質(zhì)子、電子、離子等帶電微粒所受重力一般遠(yuǎn)小于電場力，重力可以忽略。重力勢能就可以不考慮,研究運(yùn)動前的”熱身,帶電粒子在電場中運(yùn)動時(shí)，所受電場力對粒子產(chǎn)生加速度，改變粒子的速度。電場力（合外力）對粒子做功，改變粒子的動能,帶電粒子在均強(qiáng)電場中運(yùn)動時(shí)，運(yùn)動有什么特點(diǎn),帶電粒子在均強(qiáng)電場中運(yùn)動時(shí)，所受電場力是恒力,產(chǎn)生恒定 的加速度，所以帶電粒子在均強(qiáng)電場中的運(yùn)動跟物體在重力場中 的自由落體和拋體運(yùn)動相似

2、,帶電粒子在電場中運(yùn)動時(shí)，電場力對粒子的運(yùn)動有什么效果,研究帶電粒子運(yùn)動的主要工具： 電場力 加速度 電場力的功 動能定理,F=qE,a=F/m,W=qU,粒子的運(yùn)動象重力場中的什么運(yùn)動,不計(jì)粒子重力,V0 =0,自由落體，你答對了,粒子的運(yùn)動象重力場中的什么運(yùn)動,不計(jì)粒子重力,上拋運(yùn)動，你答對了,粒子的運(yùn)動象重力場中的什么運(yùn)動,不 計(jì) 粒 子 重 力,平拋運(yùn)動，你答對了,下 面 我 們 來 研 究電 場 對 帶 電 粒 子 的加 速 問 題,方法1,從動力學(xué)和運(yùn)動學(xué)角度分析粒子被加速,動力學(xué),F=qE,a=F/m,運(yùn)動學(xué),方法,從做功和能量的角度分析粒子被加速,粒子只受到電場力做功,還有問題

3、：如果不是勻強(qiáng)電場，上面公式是否適用,由于電場力做功與場強(qiáng)是否勻強(qiáng)無關(guān)，與運(yùn)動路徑也無關(guān)，上面公式仍適用,顯然，用功能關(guān)系解題簡便,電荷量為e的電子從金屬絲移動到金屬板。兩處的電勢差為U，電勢能變化（減少）為e U.電勢能的變化全部轉(zhuǎn)化為電子的動能,解,所以,例1：實(shí)驗(yàn)表明，熾熱的金屬絲可以發(fā)射電子。在熾熱金屬絲和金屬板間加以電壓U=2500V，從熾熱金屬絲發(fā)射出的電子在真空中被加速后，從金屬板的小孔穿出。電子射出后的速度有多大？設(shè)電子剛從金屬絲射出時(shí)的速度為零,結(jié)論：由于電場力做功與場強(qiáng)是否勻強(qiáng)無關(guān)，與運(yùn)動路徑也無關(guān)，所以在處理電場對帶電粒子的加速問題時(shí)，一般都是利用動能定理進(jìn)行處理,下面我

4、們來研究電場對帶電粒子的偏轉(zhuǎn)問題,不計(jì)重力，初速度垂直于電場方向飛入勻強(qiáng)電場,處理方法,粒子在與電場垂直的方向上做 勻速直線運(yùn)動,粒子在與電場平行的方向上做 初速度為零的勻加速運(yùn)動,類似平拋運(yùn)動的分析方法,l,q,v,v0,vy,y,vx,v0,X,t,vy,at,y,v0,F,s,s,離開電場時(shí)偏移量,離開電場時(shí)偏轉(zhuǎn)角,在電場中飛行時(shí)間,例題2： 一電子水平射入如圖所示的電場中，射入時(shí)的速度V0=3.0X107m/s.兩極板的長度為L=6.0cm，相距d=2cm，極板間電壓U=200V.求電子離開電場時(shí)偏轉(zhuǎn)的角度,y,電子離開電場時(shí)沿電場方向的分速度為Vy,離開電場時(shí)的偏轉(zhuǎn)角度為,角度為6.

5、8度,結(jié)論：帶電粒子初速度垂直于電場方向飛入勻強(qiáng)電場的問題就是一個(gè)類平拋的問題。 粒子在與電場垂直的方向上做勻速直線運(yùn)動 粒子在與電場平行的方向上做初速為零的勻加速運(yùn)動,下面看看加速和偏轉(zhuǎn)一體的問題,例3、離子發(fā)生器發(fā)射出一束質(zhì)量為m，電荷量為q的負(fù)離子，從靜止經(jīng)加速電壓U 1 加速后，獲得速度 v0，并沿垂直于電場線方向射入兩平行板中央，受偏轉(zhuǎn)電壓U2作用后，以速度離開電場，已知平行板長為，兩板間距離為d，求,1）離子在偏轉(zhuǎn)電場中運(yùn)動的時(shí)間、加速度、速度的大??； 2）離子在離開偏轉(zhuǎn)電場時(shí)的橫向偏移量和偏轉(zhuǎn)角的正切值,解,l,q,v0,F,u1,vy,v0,由動能定理得到,即,v0,1）離子在

6、偏轉(zhuǎn)電場中運(yùn)動的時(shí)間、加速度、速度的大小,t,加速度,a,速度的大小,vy,at,v,時(shí)間,2）離子在離開偏轉(zhuǎn)電場時(shí)的橫向偏移量和偏轉(zhuǎn)角的正切值,l,q,y,v0,F,u1,vy,v0,橫向偏移量,解,a,t,速度偏轉(zhuǎn)角的正切值,tan,vy,偏轉(zhuǎn)量和帶電粒子q、m無關(guān)，只取決于加速電場和偏轉(zhuǎn)電場,和帶電粒子q、m無關(guān)，只取決于加速電場和偏轉(zhuǎn)電場,思考題：讓一價(jià)氫離子、一價(jià)氦離子和二價(jià)氦離子的混合物經(jīng)過 同一加速電場由靜止開始加速，然后在同一偏轉(zhuǎn)電場里 偏轉(zhuǎn)，在通過加速電場時(shí)獲得的動能是否相同？通過偏 轉(zhuǎn)電場時(shí)，它們是否會分為三股？請說明理由,答案：通過加速電場時(shí)獲得的動能Ek=qU,加速電壓

7、相同，二價(jià)氦離子電荷量最大，所以二價(jià)氦離子獲得動能最大。粒子的偏轉(zhuǎn)量和偏轉(zhuǎn)角由加速電場和偏轉(zhuǎn)電場決定，所以三種粒子不可能分開為三股。 你答對了嗎,3 示波管的原理,示波器,課堂小結(jié),一、利用電場使帶電粒子加速,二、利用電場使帶電粒子偏轉(zhuǎn),從動力學(xué)和運(yùn)動學(xué)角度分析,從做功和能量的角度分析,類似平拋運(yùn)動的分析方法,粒子在與電場垂直的方向上做 勻速直線運(yùn)動,粒子在與電場平行的方向上做 初速度為零的勻加速運(yùn)動,1如圖所示，邊長為L的正方形區(qū)域abcd內(nèi)存在著勻強(qiáng)電場。電量為q、動能為Ek的帶電粒子從a點(diǎn)沿ab方向進(jìn)入電場，不計(jì)重力。 （1）若粒子從c點(diǎn)離開電場，求電場強(qiáng)度的大小和粒子離開電場時(shí)的動能；

8、 （2）若粒子離開電場時(shí)動能為Ek ，則電場強(qiáng)度為多大,解:（1,Lv0t,所以,所以,2）若粒子由bc邊離開電場， Lv0t,所以,所以,1如圖所示，邊長為L的正方形區(qū)域abcd內(nèi)存在著勻強(qiáng)電場。電量為q、動能為Ek的帶電粒子從a點(diǎn)沿ab方向進(jìn)入電場，不計(jì)重力。 （1）若粒子從c點(diǎn)離開電場，求電場強(qiáng)度的大小和粒子離開電場時(shí)的動能； （2）若粒子離開電場時(shí)動能為Ek ，則電場強(qiáng)度為多大,2如圖所示，豎直平行直線為勻強(qiáng)電場的電場線，電場方向未知，A，B是電場中的兩點(diǎn)，AB兩點(diǎn)的連線長為l且與電場線所夾的銳角為一個(gè)質(zhì)量為m，電荷量為q的帶電粒子以初速度v0。從A點(diǎn)垂直進(jìn)入電場，該帶電粒子恰好能經(jīng)過

9、B點(diǎn)不考慮帶電粒子的重力大小 (1)根據(jù)你學(xué)過的物理學(xué)規(guī)律和題中所給的信息，對反映電場本身性質(zhì)的物理量(例如電場方向)，你能作出哪些定性判斷或求得哪些定量結(jié)果,1）因粒子帶負(fù)電且向下偏轉(zhuǎn)，故電場力方向向下，所以電場方向豎直向上,水平方向勻速運(yùn)動，有： l sin =v0t,豎直方向做初速度為零的勻加速運(yùn)動，有,解得加速度,由qE=ma，得電場強(qiáng)度大小,2如圖所示，豎直平行直線為勻強(qiáng)電場的電場線，電場方向未知，A，B是電場中的兩點(diǎn)，AB兩點(diǎn)的連線長為l且與電場線所夾的銳角為一個(gè)質(zhì)量為m，電荷量為q的帶電粒子以初速度v0。從A點(diǎn)垂直進(jìn)入電場，該帶電粒子恰好能經(jīng)過B點(diǎn)不考慮帶電粒子的重力大小 (1)

10、根據(jù)你學(xué)過的物理學(xué)規(guī)律和題中所給的信息，對反映電場本身性質(zhì)的物理量(例如電場方向)，你能作出哪些定性判斷或求得哪些定量結(jié)果,B點(diǎn)的電勢高于A點(diǎn)的電勢,有A、B兩點(diǎn)間的電勢差為,2如圖所示，豎直平行直線為勻強(qiáng)電場的電場線，電場方向未知，A，B是電場中的兩點(diǎn)，AB兩點(diǎn)的連線長為l且與電場線所夾的銳角為一個(gè)質(zhì)量為m，電荷量為q的帶電粒子以初速度v0。從A點(diǎn)垂直進(jìn)入電場，該帶電粒子恰好能經(jīng)過B點(diǎn)不考慮帶電粒子的重力大小 (2)若僅知道帶電小球的電荷量q、初動能k0以及AB兩點(diǎn)的連線與電場線所夾的銳角三個(gè)量，對反映電場本身性質(zhì)的物理量，你能求得哪些定量結(jié)果,2）設(shè)初速度大小為v0，小球過B點(diǎn)豎直分速度為vy，瞬時(shí)