《帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)》精品課件

1、新人教版物理選修新人教版物理選修3-13-11.91.9帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)3 3、某些帶電體是否考慮重力，要根據(jù)題目暗示或運(yùn)動(dòng)狀、某些帶電體是否考慮重力，要根據(jù)題目暗示或運(yùn)動(dòng)狀態(tài)來(lái)判定態(tài)來(lái)判定電場(chǎng)中的帶電粒子一般可分為兩類(lèi)：電場(chǎng)中的帶電粒子一般可分為兩類(lèi)：1 1、帶電的基本粒子：如電子，質(zhì)子，、帶電的基本粒子：如電子，質(zhì)子， 粒子，正負(fù)離子粒子，正負(fù)離子等。這些粒子所受重力和電場(chǎng)力相比在小得多，除非有等。這些粒子所受重力和電場(chǎng)力相比在小得多，除非有說(shuō)明或明確的暗示以外，一般都不考慮重力。（但并不說(shuō)明或明確的暗示以外，一般都不考慮重力。（但并不能忽略質(zhì)量）。能忽略質(zhì)量）

2、。2 2、帶電微粒：如帶電小球、液滴、塵埃等。除非有說(shuō)明、帶電微粒：如帶電小球、液滴、塵埃等。除非有說(shuō)明或明確的暗示以外，一般都考慮重力?；蛎鞔_的暗示以外，一般都考慮重力。帶電粒子在勻強(qiáng)電場(chǎng)中帶電粒子在勻強(qiáng)電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)情況：運(yùn)動(dòng)情況：受到恒定的電場(chǎng)力受到恒定的電場(chǎng)力受力情況：受力情況： 做勻變速運(yùn)動(dòng)做勻變速運(yùn)動(dòng)一一. 帶電粒子在電場(chǎng)中的加速帶電粒子在電場(chǎng)中的加速00v?tvUE1用牛頓運(yùn)動(dòng)定律分析用牛頓運(yùn)動(dòng)定律分析用動(dòng)能定理分析用動(dòng)能定理分析（加速電壓）（加速電壓）根據(jù)動(dòng)能定理：根據(jù)動(dòng)能定理：qU = mv v2/2或根據(jù)牛頓定律：或根據(jù)牛頓定律：a = F/ /m m = qU/dm和運(yùn)動(dòng)學(xué)公

3、式：和運(yùn)動(dòng)學(xué)公式：v v2 = =2ad得得2qUmv v = 粒子加速后的速度只與加速電壓有關(guān)粒子加速后的速度只與加速電壓有關(guān)此式也適用于不是勻強(qiáng)電場(chǎng)的情況此式也適用于不是勻強(qiáng)電場(chǎng)的情況一一. 帶電粒子在電場(chǎng)中的加速帶電粒子在電場(chǎng)中的加速例例題題1 1：右：右圖圖所示，兩平行金屬板所示，兩平行金屬板間間加一加一電壓電壓U U， ，有一有一帶帶正正電電荷荷q q、 、質(zhì)質(zhì)量量為為m m的的帶電帶電粒子在粒子在電電場(chǎng)場(chǎng)力的作用下以初速力的作用下以初速v v0 0開(kāi)始從正極板向開(kāi)始從正極板向負(fù)負(fù)極板運(yùn)極板運(yùn)動(dòng)動(dòng)。 。則則（ （1 1） ）帶電帶電粒子在粒子在電場(chǎng)電場(chǎng)中作什么中作什么運(yùn)運(yùn)動(dòng)動(dòng)？（？（

4、2 2）粒子穿出）粒子穿出負(fù)負(fù)極板極板時(shí)時(shí)的速度多大？的速度多大？（ （3 3）粒子穿出）粒子穿出負(fù)負(fù)極板后做什么運(yùn)極板后做什么運(yùn)動(dòng)動(dòng)？一般用一般用“動(dòng)能定理動(dòng)能定理”求解求解分析：對(duì)于粒子來(lái)說(shuō)，一般有分析：對(duì)于粒子來(lái)說(shuō)，一般有mgmgF F，故可忽略。，故可忽略。(1)(1)帶電粒子在電場(chǎng)中以加速度帶電粒子在電場(chǎng)中以加速度a=F/m=qU/mda=F/m=qU/md做勻加做勻加 速直線運(yùn)動(dòng)。速直線運(yùn)動(dòng)。(2)(2)由由v v2 2-v-vo o2 2=2ad =2ad 解得：解得：mqUvv220或：由動(dòng)能定理或：由動(dòng)能定理qU=mvqU=mv2 2/2-mv/2-mv0 02 2/2/2解

5、得：解得：mqUvv220 U1+ + +v v0 0v v1 1：非勻強(qiáng)電場(chǎng)中：非勻強(qiáng)電場(chǎng)中, , 如何計(jì)算？如何計(jì)算？電場(chǎng)力做功，只于始末位置電勢(shì)差有關(guān)電場(chǎng)力做功，只于始末位置電勢(shì)差有關(guān)2 2：若帶正電粒子以：若帶正電粒子以V V0 0負(fù)板向正板運(yùn)動(dòng)，分析負(fù)板向正板運(yùn)動(dòng)，分析粒子運(yùn)動(dòng)情況粒子運(yùn)動(dòng)情況明確粒子明確粒子V V，a a的變化情況的變化情況3.3.若粒子以初速度若粒子以初速度V V0 0沿垂直場(chǎng)強(qiáng)方向進(jìn)入電場(chǎng)，沿垂直場(chǎng)強(qiáng)方向進(jìn)入電場(chǎng)， 離子的運(yùn)動(dòng)情況如何？離子的運(yùn)動(dòng)情況如何？思考討論思考討論二二. 帶電粒子在電場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)帶電粒子在電場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)dyqm,0vl)(偏轉(zhuǎn)電壓U試根據(jù)類(lèi)平

6、拋運(yùn)動(dòng)的知識(shí)，推導(dǎo)偏移量試根據(jù)類(lèi)平拋運(yùn)動(dòng)的知識(shí)，推導(dǎo)偏移量 y和偏轉(zhuǎn)角和偏轉(zhuǎn)角偏移量偏移量 y的計(jì)算的計(jì)算（1）畫(huà)出電場(chǎng)線，并進(jìn)行受力分析）畫(huà)出電場(chǎng)線，并進(jìn)行受力分析（2）粒子做什么性質(zhì)的運(yùn)動(dòng)？）粒子做什么性質(zhì)的運(yùn)動(dòng)？（3）為計(jì)算）為計(jì)算y，需要知道哪些物理量？，需要知道哪些物理量？（4）這些物理量能計(jì)算出嗎？）這些物理量能計(jì)算出嗎？y221aty ta,?tEFa?y2202mdvqULy 偏轉(zhuǎn)角偏轉(zhuǎn)角的計(jì)算的計(jì)算（1）什么叫偏轉(zhuǎn)角）什么叫偏轉(zhuǎn)角v0vyv（2）怎樣計(jì)算偏轉(zhuǎn)角）怎樣計(jì)算偏轉(zhuǎn)角？?tan0vvyLymdVqUL2tan20對(duì)偏移公式的討論對(duì)偏移公式的討論2202221mdvqU

7、Laty對(duì)于不同的帶電粒子對(duì)于不同的帶電粒子（2）若以相同的動(dòng)能射入，）若以相同的動(dòng)能射入，（3）若經(jīng)相同電壓）若經(jīng)相同電壓U0加速后射入，則加速后射入，則0220242dUULmdVqULyy與與 q m無(wú)關(guān)無(wú)關(guān),隨加速電壓隨加速電壓的增大而減小，隨偏轉(zhuǎn)電的增大而減小，隨偏轉(zhuǎn)電壓的增大而增大。壓的增大而增大。（1）若以相同的速度射入）若以相同的速度射入則則yq/m則則yq例：離子發(fā)生器發(fā)射出一束質(zhì)量為例：離子發(fā)生器發(fā)射出一束質(zhì)量為mm，電荷量為，電荷量為q q的負(fù)離子，的負(fù)離子，從靜止從靜止 經(jīng)加速電壓經(jīng)加速電壓U U 1 1 加速后，獲得速度加速后，獲得速度 ，并沿垂直于，并沿垂直于電場(chǎng)線

8、方向射入兩平行板中央，受偏轉(zhuǎn)電壓電場(chǎng)線方向射入兩平行板中央，受偏轉(zhuǎn)電壓U U2 2作用后，以作用后，以速度速度離開(kāi)電場(chǎng)，已知平行板長(zhǎng)為離開(kāi)電場(chǎng)，已知平行板長(zhǎng)為，兩板間距離為，兩板間距離為d d，0v 1 1）離子在偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)）離子在偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng) 的時(shí)間、加速度、速度的時(shí)間、加速度、速度 的大?。坏拇笮?； 2 2）離子在離開(kāi)偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)時(shí)）離子在離開(kāi)偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)時(shí) 的橫向偏移量和偏轉(zhuǎn)角的橫向偏移量和偏轉(zhuǎn)角 的正切值。的正切值。 l+ + + + + +- - - - - -u u1 1dv v0 0 求：求：思考題：讓一價(jià)氫離子、一價(jià)氦離子和二價(jià)氦離子的混合物思考題：讓一價(jià)氫離子、一價(jià)氦離子和二價(jià)

9、氦離子的混合物經(jīng)過(guò)同一加速電場(chǎng)由靜止開(kāi)始加速，然后在同一偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)里經(jīng)過(guò)同一加速電場(chǎng)由靜止開(kāi)始加速，然后在同一偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)里偏轉(zhuǎn)，在通過(guò)加速電場(chǎng)時(shí)獲得的動(dòng)能是否相同？通過(guò)偏轉(zhuǎn)電偏轉(zhuǎn)，在通過(guò)加速電場(chǎng)時(shí)獲得的動(dòng)能是否相同？通過(guò)偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)時(shí)，它們是否會(huì)分為三股？請(qǐng)說(shuō)明理由。場(chǎng)時(shí)，它們是否會(huì)分為三股？請(qǐng)說(shuō)明理由。答案：答案：通過(guò)加速電場(chǎng)時(shí)獲得的動(dòng)能通過(guò)加速電場(chǎng)時(shí)獲得的動(dòng)能E Ek k= =qUqU, ,加速電壓相同，加速電壓相同，二價(jià)氦離子電荷量最大，所以二價(jià)氦離子獲得動(dòng)能最大。二價(jià)氦離子電荷量最大，所以二價(jià)氦離子獲得動(dòng)能最大。粒子的偏轉(zhuǎn)量和偏轉(zhuǎn)角由加速電場(chǎng)和偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)決定，所粒子的偏轉(zhuǎn)量和偏轉(zhuǎn)角由加速電場(chǎng)和偏

10、轉(zhuǎn)電場(chǎng)決定，所以三種粒子不可能分開(kāi)為三股。以三種粒子不可能分開(kāi)為三股。一束電子流經(jīng)一束電子流經(jīng) U=5000V 的電壓加速后，在距兩的電壓加速后，在距兩極板等間距處垂直進(jìn)入平行板間的勻強(qiáng)電場(chǎng)中，極板等間距處垂直進(jìn)入平行板間的勻強(qiáng)電場(chǎng)中，若兩板間距若兩板間距 d=1.0cm，板長(zhǎng)，板長(zhǎng) l=5.0cm，那么，要，那么，要使電子能從平行板間飛出，兩個(gè)板之間的電壓使電子能從平行板間飛出，兩個(gè)板之間的電壓最多能加多少？最多能加多少？三、示波器的原理三、示波器的原理示波器是一種用來(lái)觀察電信號(hào)隨時(shí)間變化的電子儀器。它的核心部件是示波管：由電子槍、偏轉(zhuǎn)電極和熒光屏組成，管內(nèi)抽成真空。（1 1）電子槍部分：）

11、電子槍部分：E E電源作用是使金屬絲變熱發(fā)射電源作用是使金屬絲變熱發(fā)射出電子，出電子，U U1 1電源作用是使發(fā)射出的電子在真空中被加速，獲得很電源作用是使發(fā)射出的電子在真空中被加速，獲得很大的速度從金屬板的小孔穿出。大的速度從金屬板的小孔穿出。（2 2）偏轉(zhuǎn)電極部分：）偏轉(zhuǎn)電極部分：YYYY/ /平行金屬板為豎直方向偏轉(zhuǎn)電極即使平平行金屬板為豎直方向偏轉(zhuǎn)電極即使平行金屬板入射的電子產(chǎn)生豎直方向的偏轉(zhuǎn)，行金屬板入射的電子產(chǎn)生豎直方向的偏轉(zhuǎn)，XXXX/ /平行金屬為水平平行金屬為水平方向偏轉(zhuǎn)電極即使平行金屬板入射的電子產(chǎn)生水平方向的偏轉(zhuǎn)。方向偏轉(zhuǎn)電極即使平行金屬板入射的電子產(chǎn)生水平方向的偏轉(zhuǎn)。（

12、3 3）熒光屏部分：玻璃屏上涂有熒光物質(zhì)。高速電子打到熒光物）熒光屏部分：玻璃屏上涂有熒光物質(zhì)。高速電子打到熒光物質(zhì)，熒光物質(zhì)受激發(fā)后會(huì)發(fā)出可見(jiàn)光，電子本身并不能發(fā)光，從質(zhì)，熒光物質(zhì)受激發(fā)后會(huì)發(fā)出可見(jiàn)光，電子本身并不能發(fā)光，從屏上觀察亮點(diǎn)，可知打到屏上電子的偏移情況。屏上觀察亮點(diǎn)，可知打到屏上電子的偏移情況。已知：已知：U1、l、YY?偏轉(zhuǎn)電極的電壓偏轉(zhuǎn)電極的電壓U2、板間距、板間距d 、板端到熒板端到熒光屏的距離光屏的距離L。求：電子射出偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)時(shí)的偏向角正切值求：電子射出偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)時(shí)的偏向角正切值tan及打到屏上及打到屏上電子的偏移量電子的偏移量y?。122tandUlU Lly 2tan

13、LlydUlU 2212yyUKULldUly 21)2(2偏移量與偏移量與YY?偏轉(zhuǎn)偏轉(zhuǎn)電極的電壓電極的電壓U2成正成正比比yyUKy xxUKx yyUKy xxUKx 如圖是示波管的原理圖，它是由電子槍、豎直偏轉(zhuǎn)電極YY、水平偏轉(zhuǎn)電極XX和熒光屏組成，電子槍發(fā)射的電子打在熒光屏上將出現(xiàn)亮點(diǎn)，若亮點(diǎn)很快移動(dòng)，由于視覺(jué)暫留原因，能在熒光屏上看到一條亮線。 （1 1）如果只在偏轉(zhuǎn)電極）如果只在偏轉(zhuǎn)電極YYYY上加上如上加上如圖所示的電壓圖所示的電壓U Uy y=U=Ummsinsin t t，在熒光屏，在熒光屏圖上畫(huà)出所觀察到的亮線的形狀（設(shè)圖上畫(huà)出所觀察到的亮線的形狀（設(shè)T T很?。┖苄。? 2）如果只在偏轉(zhuǎn)電極）如果只在偏轉(zhuǎn)電極XXXX上加上圖上加上圖所示電壓，試在圖上畫(huà)出所觀察到所示電壓，試在圖上畫(huà)出所觀察到的亮線的形狀。的亮線的形狀。（3 3）如果在）如果在YYYY和和XXXX上同時(shí)加上上上同時(shí)加上上述電壓，試在圖上畫(huà)出所觀察到的亮述電壓，試在圖上畫(huà)出所觀察到的亮線的形狀。線的形狀。課堂小結(jié)：課堂小結(jié)：一、利用電場(chǎng)使帶電粒子加速一、利用電