高二物理帶電粒子在電場中的運(yùn)動

1、.,1,F=qE,電場強(qiáng)度,電勢差,.,2,學(xué)習(xí)運(yùn)用電場強(qiáng)度、電場力等概念研究帶電粒子在電場中運(yùn)動時的加速度、速度、位移等物理量的變化;,學(xué)習(xí)運(yùn)用電勢差、電場力做功等概念研究帶電粒子在電場中運(yùn)動時的能量的轉(zhuǎn)化.,.,3,1.9 帶電粒子在電場中的運(yùn)動1,.,4,帶電粒子在電場中 要受到哪些力的作用?,通常要受到重力和電場力,.,5,一個電子的質(zhì)量為0.9110-30 kg, 電荷量e=1.610-19 C，當(dāng)它位于E=5104V/m的電場中時: 受到的重力G為多大？ 受到的電場力F為多大？ F/G=？你會發(fā)現(xiàn)什么？,G=mg=910-30N,F/G=11015,F=qE=810-15N,電子、

2、質(zhì)子、離子等微觀帶電粒子所受重力一般遠(yuǎn)小于電場力，重力可以忽略（有說明或暗示除外）。,注意：忽略粒子的重力并不是忽略粒子的質(zhì)量,.,6,3、帶電體：是否考慮重力，要根據(jù)題目暗示或運(yùn)動狀態(tài)來判定.,1、微觀帶電粒子：如電子、質(zhì)子、離子等. 帶電粒子所受重力一般遠(yuǎn)小于電場力， 一般都不考慮重力(有說明或暗示除外).,2、宏觀帶電微粒：如帶電小球、液滴、塵埃等. 一般都考慮重力(有說明或暗示除外).,帶電體一般可分為兩類：,.,7,帶電粒子在電場中,受電場力,產(chǎn)生加速度,使速度變化,利用電場 使帶電粒子,加速,偏轉(zhuǎn),.,8,+qm V0,V=?,1、加速直線運(yùn)動,.,9,1、動力學(xué)觀點(diǎn)：,U,d,E

3、,F,v,由牛頓第二定律：,由運(yùn)動學(xué)公式：,初速度不為零呢？,只適用于勻強(qiáng)電場,一、帶電粒子的加速,電場力:F=qE,.,10,2、能量觀點(diǎn)：,U,d,E,v,由動能定理：,適用于 任何電場,一、帶電粒子的加速,電場力做功:W=qU,速度v與電勢差U、比荷q/m的平方根成正比 與距離d無關(guān),初速度不為零呢？,用動能定理解題簡便,.,11,電場力:,加速度:,末速度:,一、帶電粒子的加速 小結(jié),1、動力學(xué)觀點(diǎn)：,運(yùn)行時間:,2、能量觀點(diǎn)：,電場力做功:W=qU,.,12,解:根據(jù)動能定理得:,例題1：熾熱的金屬絲可以發(fā)射電子。在金屬絲和金屬板間加以電壓U=2500V，發(fā)射出的電子在真空中加速后，

4、從金屬板的小孔穿出。電子穿出時的速度有多大？設(shè)電子剛離開金屬絲時的速度為零。,.,13,1、下列粒子由靜止經(jīng)加速電壓為U的電場加速后，哪種粒子動能最大 （ ） 哪種粒子速度最大 （ ） A質(zhì)子11H B.氘核12H C.粒子24He D.鈉離子（Na+）,例與練,與電量成正比,與比荷平方根成正比,C,A,.,14,2、如圖所示，M、N是在真空中豎直放置的兩塊平行金屬板，質(zhì)量為m、電量為+q的帶電粒子，以極小的初速度由小孔進(jìn)入電場，當(dāng)M、N間電壓為U時，粒子到達(dá)N板的速度為v，如果要使這個帶電粒子到達(dá)N板的速度為2v ，則下述方法能滿足要求的是 （ ）A、使M、N間電壓增加為2U B、使M、N間

5、電壓增加為4U C、使M、N間電壓不變，距離減半 D、使M、N間電壓不變，距離加倍,例與練,M,N,U,d,v與電壓平方根成正比,B,.,15,3、如圖所示的電場中有A、B兩點(diǎn)，A、B的電勢差UAB100V，一個質(zhì)量為m=2.010-12kg、電量為q=-5.010-8C的帶電粒子，以初速度v0 =3.0103m/s由A點(diǎn)運(yùn)動到B點(diǎn)，求粒子到達(dá)B點(diǎn)時的速率。（不計粒子重力）,例與練,q為負(fù),.,16,4、如圖所示，A、B為平行金屬板電容器，兩板間的距離為d，在A板的缺口的正上方距離為h的P處，有一靜止的、質(zhì)量為m、帶電量為+q的液滴由靜止開始自由落下，若要使液滴不落在B板上，兩板間的電壓U至少

6、為多大？兩板間場強(qiáng)E至少為多大？,例與練,mg,mg,qE,對全過程由動能定理：,.,17,帶電粒子以垂直勻強(qiáng)電場的場強(qiáng)方向射入電場。,帶電粒子做類似平拋運(yùn)動。 （1）在沿平行板面方向（垂直電場強(qiáng)度方向，x軸）做 勻速直線運(yùn)動。 （2）在垂直板面方向（沿電場強(qiáng)度方向，y軸）做 初速度為零的勻加速直線運(yùn)動。,F,X軸,y軸,2、帶電粒子的偏轉(zhuǎn),.,18,動能定理：,平行于板面方向:,垂直于板面方向:,動力學(xué)基本公式：,A,B,U,m,.,19,該粒子射出電場時沿垂直于板面方向偏移的距離y:,在y軸：,利用同時性，在x軸：,U,m,.,20,該粒子射出電場時偏轉(zhuǎn)的角度:,在y軸：,利用同時性，在x

7、軸：,偏轉(zhuǎn)角度,U,m,.,21,例1. 靜止的電子在加速電壓U1的作用下從O經(jīng)P板的小孔射出,又垂直進(jìn)入平行金屬板間的電場,在偏轉(zhuǎn)電壓U2的作用下偏轉(zhuǎn)一段距離.現(xiàn)使U1加倍,要想使電子的運(yùn)動軌跡不發(fā)生變化,應(yīng)該（ ） A.使U2加倍 B.使U2變?yōu)樵瓉淼?倍 C.使U2變?yōu)樵瓉淼?倍 D.使U2變?yōu)樵瓉淼?2倍,A,要使電子的軌跡不變,則應(yīng)使電子進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場后,任一水平位移x所對應(yīng)的側(cè)移距離y不變.,解：電子先經(jīng)加速電場加速后進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場做類平拋運(yùn)動.,聯(lián)立兩式可得電子的偏移量,由此選項(xiàng)A正確,.,22,例2電子在電勢差為U1的加速電場中由靜止開始運(yùn)動,然后射入電勢差為U2的兩塊平行板間的勻

8、強(qiáng)電場中,在滿足電子射出平行板區(qū)的條件下,下述四種情況中,一定能使電子的偏轉(zhuǎn)角變大的是（ ）,A.U1變大,U2變大 B.U1變小,U2變大 C.U1變大,U2變小 D.U1變小,U2變小,B,解：電子先經(jīng)加速電場加速,后進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場做類平拋運(yùn)動.電子離開電場時的偏轉(zhuǎn)角,聯(lián)立兩式得,故選項(xiàng)B正確,平拋運(yùn)動不是分解速度，就是分解位移。,.,23,例3一束電子流在經(jīng)U15000V的加速電壓加速后，在距兩極板等距處垂直進(jìn)入平行板間的勻強(qiáng)電場，如圖所示，若兩板間距d1.0cm，板長L5.0cm，那么，要使電子能從平行板間飛出，兩個極板上最多能加多大電壓？,解：電子在加速電場中加速過程中,電子在偏轉(zhuǎn)電場

9、中做類平拋運(yùn)動過程中,聯(lián)立兩式可得兩個極板上所加電壓的最大值,瞬時速度是聯(lián)系兩個過程的橋梁。,.,24,例4一根粗細(xì)均勻的直桿，豎直固定在水平面上，置于豎直向上的勻強(qiáng)電場中，場強(qiáng)為E，桿上套著一個質(zhì)量為m、電量為-q的小球，小球在桿上滑動時受到的摩擦力為f，小球在高出水平面h的A 處以初速度v0豎直向上彈出，設(shè)豎直桿足夠長，小球與水平面碰撞時無能量損失，小球與桿、水平面絕緣.求小球向上的最大位移X 以及最大的路程s。,解 小球受重力、摩擦力和電場力作用向上做勻減速直線運(yùn)動，根據(jù)動能定理,小球最終停在水平面上，在整個過程中，根據(jù)動能定理,小球向上運(yùn)動的最大位移,所以小球運(yùn)動的最大路程,.,25,例5有一對長為L、相距為d的水平放置的金屬板A、B，在兩極板間加如圖所示的交變電壓。t=0時，一正離子以速度v0從d/2處平行于金屬板進(jìn)入電場，然后從電場中飛出。 .為保證正離子在d/2處離開電場，則交變電壓頻率應(yīng)滿足什么條件？.欲使正離子離開電場時速度與初速度相同，交變電壓的頻率應(yīng)滿足什么條件？,解：