Download
1 / 50

9 带电粒子在电场中的运动 - PowerPoint PPT Presentation


  • 83 Views
  • Uploaded on

9 带电粒子在电场中的运动. 教学目标. 1 .了解带电粒子在电场中的运动 —— 只受电场力,带电粒子做匀变速运动。 2 .重点掌握初速度与场强方向垂直的带电粒子在电场中的运动 ( 类平抛运动 ) 。 3 .知道示波管的主要构造和工作原理。 4 .渗透物理学方法的教育:运用理想化方法,突出主要因素,忽略次要因素,不计粒子重力。 5 .培养综合分析问题的能力,体会物理知识的实际应用。. 重点难点. 重点 : 带电粒子在电场中的加速和偏转规律 难点 : 带电粒子在电场中的偏转问题及应用。. 1 .带电粒子在电场中的运动情况 (平衡、加速和减速).

loader
I am the owner, or an agent authorized to act on behalf of the owner, of the copyrighted work described.
capcha
Download Presentation

PowerPoint Slideshow about ' 9 带电粒子在电场中的运动' - sylvester-stewart


An Image/Link below is provided (as is) to download presentation

Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author.While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server.


- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E N D - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
Presentation Transcript

9带电粒子在电场中的运动


教学目标

1.了解带电粒子在电场中的运动——只受电场力,带电粒子做匀变速运动。

2.重点掌握初速度与场强方向垂直的带电粒子在电场中的运动(类平抛运动)。

3.知道示波管的主要构造和工作原理。

4.渗透物理学方法的教育:运用理想化方法,突出主要因素,忽略次要因素,不计粒子重力。

5.培养综合分析问题的能力,体会物理知识的实际应用。


重点难点

  • 重点:

    带电粒子在电场中的加速和偏转规律

  • 难点:

    带电粒子在电场中的偏转问题及应用。


1.带电粒子在电场中的运动情况(平衡、加速和减速)

  • ⑴.若带电粒子在电场中所受合力为零时,即∑F=0时,粒子将保持静止状态或匀速直线运动状态。


:带电粒子在电场中处于静止状态,该粒子带正电还是负电?

+ + + + + + +

Eq

mg

- - - - - - -

分析:带电粒子处于静止状态,∑F=0,Eq=mg,因为所受重力竖直向下,所以所受电场力必为竖直向上。又因为场强方向竖直向下,所以带电体带负电。


1 :带电粒子在电场中处于静止状态,该粒子带正电还是负电.带电粒子在电场中的运动情况(平衡、加速和减速)

  • ⑴.若带电粒子在电场中所受合力为零时,即∑F=0时,粒子将保持静止状态或匀速直线运动状态。

  • ⑵.若∑F≠0(只受电场力)且与初速度方向在同一直线上,带电粒子将做加速或减速直线运动。(变速直线运动)


:带电粒子在电场中处于静止状态,该粒子带正电还是负电打入正电荷(如图),将做匀加速直线运动。

设电荷所带的电量为q,板间场强为E,电势差为U,板距为d,电荷到达另一极板的速度为v,则:电场力所做的功为W=EqL=Uq

粒子到达另一极板的动能为Ek=mv2/2

由动能定理有Uq=mv2/2 (或EqL=mv2/2对恒力)

◎ 若初速为v0,则上列各式又应怎么样?

◎若打入的是负电荷(初速为v0),将做匀减速直线运动,其运动情况可能如何,请同学们讨论。

+ + + + + +

l l l l l l

vo


1 :带电粒子在电场中处于静止状态,该粒子带正电还是负电.带电粒子在电场中的运动情况(平衡、加速和减速)

  • ⑴.若带电粒子在电场中所受合力为零时,即∑F=0时,粒子将保持静止状态或匀速直线运动状态。

  • ⑵.若∑F≠0(只受电场力)且与初速度方向在同一直线上,带电粒子将做加速或减速直线运动。(变速直线运动)


讨论 :带电粒子在电场中处于静止状态,该粒子带正电还是负电:

关于重力是否考虑的问题

1 、题目明确了重力不计或不能忽略重力的情况

2 、题目未明确的情况下:

a)基本粒子(如电子、质子、离子等)重力一般忽略.

b)带电颗粒(如液滴、尘埃、小球等)重力一般不能忽略.


-mg(H+h)-qU :带电粒子在电场中处于静止状态,该粒子带正电还是负电AB=0- mV2

0

1

整理可得

2

m〔V2-2g(H+h)〕

UAB=

2q

A

h

B

V0

H

例题1:如图所示,水平放置的A、B两平行板相距h,上板A带正电。现有质量为m,带电量为+q的小球在B板下方距离为H处,以初速度V0竖直向上从B板小孔进入板间电场,欲使小球刚好打到A板,A、B间电势差UAB应为多少?

解:将动能定理用于运动全过程,由W=△Ek得


1 u a b c d
:带电粒子在电场中处于静止状态,该粒子带正电还是负电1、下列粒子从初速度为零的状态经加速电压为U的电场后,哪种粒子速度最大()A、质子B、氘核C、氦核 D、钠离子

A

C

哪种粒子动能最大( )


BCD :带电粒子在电场中处于静止状态,该粒子带正电还是负电


D :带电粒子在电场中处于静止状态,该粒子带正电还是负电

A

B

C

F

练习2:如图 从F处释放一个无初速度电子向B板方向运动,指出下列对电子运动描述中,正确的是(设电源电动势均为U) ( )

ABD

A.电子到达B板时的动能是Ue

B.电子从B板到达C板时动能的变化量为零

C.电子到达D板时动能为Ue

D.电子在A板与D板间作往返运动


2 v o e
2 :带电粒子在电场中处于静止状态,该粒子带正电还是负电.带电粒子在电场中的偏转(不计重力,且初速度vo⊥E,则带电粒子将在电场中做类平抛运动)

【思考与讨论】若带电粒子在电场中所受合力∑F≠0,且与初速度方向有夹角(不等于0°,180°),则带电粒子将做什么运动?

  • 物体在只受重力的作用下,被水平抛出,在水平方向上不受力,将做匀速直线运动,在竖直方向上只受重力,做初速度为零的自由落体运动。物体的实际运动为这两种运动的合运动。

曲线运动


v :带电粒子在电场中处于静止状态,该粒子带正电还是负电

v┴

θ

vo

详细分析讲解例题2。


2 :带电粒子在电场中处于静止状态,该粒子带正电还是负电、 带电粒子在电场中的偏转

v

v⊥

d

+

+

+

+

+

+

φ

v0

y

v0

-

-

-

-

-

-

l

-q

d

φ

l/2


解:粒子 :带电粒子在电场中处于静止状态,该粒子带正电还是负电vo在电场中做类平抛运动

沿电场方向匀速运动所以有: L=vot ①

电子射出电场时,

在垂直于电场方向偏移的距离为: y=at2/2 ②

粒子在垂直于电场方向的加速度:

a=F/m=eE/m=eU/md ③

由①②③得: ④

代入数据得: y=0.36m

即电子射出时沿垂直于板面方向偏离0.36m

电子射出电场时沿电场方向的速度不变仍为vo,而垂直于电场方向的速度: ⑤

故电子离开电场时的偏转θ角为: ⑥

代入数据得: θ=6.8°


:带电粒子在电场中处于静止状态,该粒子带正电还是负电讨论】


1 a b c d
:带电粒子在电场中处于静止状态,该粒子带正电还是负电1、带电粒子经加速电场加速后垂直进入两平行金属板间的偏转电场,要使它离开偏转电场时偏转角增大,可采用的办法有:()A、增加带电粒子的电量B、降低加速电压;C、提高偏转电压;D、减小两平行板间的距离。

BCD


ACD :带电粒子在电场中处于静止状态,该粒子带正电还是负电


练习一: :带电粒子在电场中处于静止状态,该粒子带正电还是负电

质子和α粒子由静止经相同加速电场加速后,又垂直进入同一匀强电场,出电场时,它们横向位移量之比和在偏转电场中经过时间之比分别为( )

A.2:1和 :1 B.1:1和 1:

C.1:2和2:1 D.1:4和1:2

2

2

B


- :带电粒子在电场中处于静止状态,该粒子带正电还是负电

V0

P

+

C

B

A

练习二:如图所示,有三个质量相等分别带正电、负电和不带电的小球,从平行板电场中的P点以相同的初速度垂直于E进入电场,它们分别落到A、B、C三点,则可判断( )

D

A.三个小球在电场中运动加速度关系是aA>aB>aC

B.三个小球到达正极时的动能关系是EKA>EKB>EKC

C.三个小球在电场中运动时间相等

D.落到A点的小球带正电,落到B点的小球不带电


3 :带电粒子在电场中处于静止状态,该粒子带正电还是负电.示波管的原理

  • (1)示波器:用来观察电信号随时间变化的电子仪器。其核心部分是示波管

  • (2)示波管的构造:由电子枪、偏转电极和荧光屏组成(如图)。

  • (3)原理:利用了带电粒子在电场中偏转的规律,灵敏、直观地显示出电信号随时间变化的图线。


小结: :带电粒子在电场中处于静止状态,该粒子带正电还是负电

  • 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

    (2)功和能的关系——动能定理

  • 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

    (2)整体法(全过程法)

    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.


v :带电粒子在电场中处于静止状态,该粒子带正电还是负电⊥

v

+

+

+

+

+

+

φ

v0

-q

Y

φ

y

d

v0

l/2

-

-

-

-

-

-

X

l

U


教学目标 :带电粒子在电场中处于静止状态,该粒子带正电还是负电完成了吗

1.了解带电粒子在电场中的运动——只受电场力,带电粒子做匀变速运动。

2.重点掌握初速度与场强方向垂直的带电粒子在电场中的运动(类平抛运动)。

3.知道示波管的主要构造和工作原理。


例题 :带电粒子在电场中处于静止状态,该粒子带正电还是负电2:一个电子以初速V0=3.0×106m/s沿着垂直于场强方向射入两带电平行金属板,金属板长L=6.0×10-2m,两板之间可以看成是匀强电场,场强大小为E=2×103N/C,电子的电量e=1.6×10-19C,质量m=9.1 × 10-31kg ,求:

(1)电子射离电场时的速度;

(2)出射点与入射点沿场强方向的侧移距离。


V :带电粒子在电场中处于静止状态,该粒子带正电还是负电0

O

X

y

[解析]

法一:电子射入电场以后,受恒定的电场力作用,由于V0⊥F电,电子做类平抛运动。将电子的运动看成是沿X轴方向、速度为V0的匀速直线运动和沿电场力y方向、初速度为零的匀加速直线运动的合成。

如图所示:


a= :带电粒子在电场中处于静止状态,该粒子带正电还是负电

{

L=V0t

y=7.0×10-2(m)

代入数据

eE

{

m

Vx=V0

y= at2

Vt=√

V2+(at)2

Vy

1

0

tanα=

代入数据

Vt=7.62 ×106(m/s)

Vy=at

代入数据

tanα=2.33

2

V0

从电子射入电场到飞出电场,两个方向

的位移和加速度为

电子飞离电场时的速度为

∴α=arctg2.33


然后根据 :带电粒子在电场中处于静止状态,该粒子带正电还是负电

y= at2

求出y=7.0×10-2(m),

再由动能定理:

eEy= mV2- mV2

t

O

1

1

1

2

2

2

法二:

由F=eE=ma 求出a, 由L= V0t 求出t,

求出Vt=7.62 ×106(m/s)

[总结]本题为典型的带电粒子在电场中的偏转问题,一般的处理方法是应用运动合成的方法,它是运动学知识在电场中的运用,运用动能定理解题,可以简化解题过程。


L :带电粒子在电场中处于静止状态,该粒子带正电还是负电

M

v

K

N

5.如图所示,相距为d的两块平行板M,N与电源相连,电键k闭合后,M,N间有匀强电场,一带电粒子垂直于电场方向从M板边缘射入电场,恰好打在N板的中央,不计重力.打开电键,粒子仍以原来速度由原位置射入,为了使粒子能刚好飞出电场而不碰到N板,N板应如何移动?移动多少距离?


+ :带电粒子在电场中处于静止状态,该粒子带正电还是负电

A

B

-

v0

3.质量为m=5×10-5kg的带电粒子以v0=2m/s的速度从水平放置的平行金属板A,B的中央飞入板间,如图所示,已知板长l=10cm,板间距离d=2cm,当UAB=103v时,带电粒子恰好沿中央直线穿过板间,则AB间所加电压在什么范围内带电粒子能从板间飞出.


B :带电粒子在电场中处于静止状态,该粒子带正电还是负电

+

_

A

P

4.如图,A、B为两块足够大的平行金属板,间距为d,接在电压为U的电源上。在A板的中央点放置一个电子放射源,可以向各个方向释放电子。设电子的质量为m 、电量为e,射出的初速度为v。求电子打在板上的区域面积?(不计电子的重力)


L :带电粒子在电场中处于静止状态,该粒子带正电还是负电

V0

d

U

y

θ

例3:如图所示,一束带电粒子(不计重力),垂直电场线方向进入偏转电场,试讨论在以下情况中,粒子应具备什么条件,才能得到相同的偏转距离y和偏转角θ,(U、d、L保持不变)

(1)进入偏转电场的速度相同;

(2)进入偏转电场的动能相同;

(3)进入偏转电场的动量相同;

(4)先由同一加速电场加速后,再进入偏转电场。


L :带电粒子在电场中处于静止状态,该粒子带正电还是负电

=

(1)因为V0相同,当q/m相同,y、tg 也相同

θ

V0

(2)因为 相同,当q相同,则y、 也相同

d

U

tg

θ

y

tg

tg

UqL2

θ

θ

(3)因为mV0相同,当m、q相同,或q/V0相同,

=

UqL

θ

=

Vy

1

mV2

1

0

Y= at2

2

2mdV2

Vx

2

0

则y、 也相同

mdV2

0

带电粒子在电场力作用下做类平抛运动

根据


q U :带电粒子在电场中处于静止状态,该粒子带正电还是负电’= mV2

0

y=

L

=

V0

d

U

tg

θ

=

y

tg

UqL2

θ

UL2

=

UqL

1

θ

=

UL

4d U’

2

Vy

2d U’

1

Y= at2

2mdV2

Vx

2

0

mdV2

0

(4)设加速电场的电压为U’,由

可得

可见,在(4)的条件下,y、θ与m、q无关,因此偏转距离y和偏转角θ都是相同的。


END :带电粒子在电场中处于静止状态,该粒子带正电还是负电


:带电粒子在电场中处于静止状态,该粒子带正电还是负电、带电粒子在电场中的偏转

当带电粒子以初速度、V0垂直进入匀强电场时:

1 、受力及运动状态

仅受电场力且与V0垂直,故作类平抛运动.

2 、处理方法:类比平抛运动

3 、基本公式:


L :带电粒子在电场中处于静止状态,该粒子带正电还是负电

练习1:如图所示AB、CD为平行金属板,A、B两板间电势差

为500V,C、D始终和电源相接,测的其间的场强为104V/m,

一质量为2.5×10-24㎏,电荷量为8×10-16C的带电粒子(重力

不计)由静止开始,经A、B加速后穿过CD发生偏转,最后打

在荧光屏上,已知C、D极板长均为4cm,荧光屏距CD右端

的距离为3cm,问: (1) 粒子带正电还是带负电?

分析:

C

  • 因为初速度为0,AB间为匀强电场,粒子在AB间做匀加速直线运动

+ + + +

(2) 在竖直电场中因为有

水平初速度,粒子做类

平抛运动

O

- - - -

(3) 出电场后,因为合外力为0粒子做匀速直线运动.

D

A

S

B

(1) 粒子带正电


:带电粒子在电场中处于静止状态,该粒子带正电还是负电AB电场时速度

L

其中

代入数据可得

(2) 粒子打在荧光屏上距O点下方多远处?

C

解答:

+ + + +

O

- - - -

水平方向:

D

A

S

B

竖直方向:

由此得到


由刚刚的推导知道 :带电粒子在电场中处于静止状态,该粒子带正电还是负电:

L

代入数据可得

(3)粒子打在荧光屏上时的动能为多大?

C

+ + + +

O

- - - -

D

A

S

B

所以粒子打在荧光屏上动能:


(1) :带电粒子在电场中处于静止状态,该粒子带正电还是负电受力情况

小结:

带电粒子在各类电场中运动性质取决于:

(2) 初始状态

再由运动的有关规律或动量,能量的有关规律来求解


V :带电粒子在电场中处于静止状态,该粒子带正电还是负电y

V

+

+

+

+

+

+

U

Vx

V0

例3 、如图,设质量为m,电量为q的带电粒子以初速度V0沿垂直于电场的方向进入长为L,间距为d,电势差为U的平行金属板间的匀强电场中,若不计粒子的重力.

(1) 粒子穿越电场的时间 t

粒子在垂直电场方向以V0

做匀速直线运动,L= V0 t,

-

-

-

-

-

-

L

(2) 粒子离开电场时的速度V

粒子沿电场方向做匀加速直线运动,加速度

粒子离开电场时平行电场方向的分速度

所以:


V :带电粒子在电场中处于静止状态,该粒子带正电还是负电y

V

+

+

+

+

+

+

U

Vx

y

V0

所以:

例3 、如图,设质量为m,电量为q的带电粒子以初速度V0沿垂直于电场的方向进入长为L,间距为d,电势差为U的平行金属板间的匀强电场中,若不计粒子的重力.

(3) 粒子离开电场时的侧移距离y

-

-

-

-

-

-

L

(4) 粒子离开电场时的速度偏角