高中物理靜電場(chǎng)帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)1 新人教版選修PPT課件

1.1.掌握帶電粒子在電場(chǎng)中加速和偏轉(zhuǎn)所遵循的規(guī)律掌握帶電粒子在電場(chǎng)中加速和偏轉(zhuǎn)所遵循的規(guī)律2 2知道示波器的主要構(gòu)造和工作原理知道示波器的主要構(gòu)造和工作原理3 3學(xué)習(xí)運(yùn)用靜電力做功，電勢(shì)、電勢(shì)差，等勢(shì)面等概念學(xué)習(xí)運(yùn)用靜電力做功，電勢(shì)、電勢(shì)差，等勢(shì)面等概念研究帶電粒子在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)的能量轉(zhuǎn)化研究帶電粒子在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)的能量轉(zhuǎn)化. .學(xué)習(xí)目標(biāo)學(xué)習(xí)目標(biāo)第1頁(yè)/共20頁(yè)二、二、帶電粒子的帶電粒子的偏轉(zhuǎn)偏轉(zhuǎn)_+U1-qmv v0 0一、一、帶電粒子的帶電粒子的加速加速v v0 0+-U2 d lv v-qmv v0 0yv vy y20121mvqU0vlt 垂直電場(chǎng)方向:mFa mqEmdqU平行電場(chǎng)方向:2221aty 偏移距離dmvql U202220tanvvy偏轉(zhuǎn)角dmvqlU202類(lèi)平拋運(yùn)動(dòng)類(lèi)平拋運(yùn)動(dòng)第2頁(yè)/共20頁(yè)第3頁(yè)/共20頁(yè) 一個(gè)電荷量為一個(gè)電荷量為- -q質(zhì)量為質(zhì)量為m的帶電粒子，由靜止進(jìn)入一個(gè)電壓為的帶電粒子，由靜止進(jìn)入一個(gè)電壓為U1的加速的加速電場(chǎng)加速后，又垂直進(jìn)入一個(gè)電壓為電場(chǎng)加速后，又垂直進(jìn)入一個(gè)電壓為U2的偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)，經(jīng)偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)偏轉(zhuǎn)后的偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)，經(jīng)偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)偏轉(zhuǎn)后打在熒光屏上打在熒光屏上,整個(gè)裝置如圖示整個(gè)裝置如圖示.試分析帶電粒子的運(yùn)動(dòng)情況試分析帶電粒子的運(yùn)動(dòng)情況(不計(jì)粒子的重力不計(jì)粒子的重力).v v0 0+- U2 d lv vyv vy y_+U1-qmv v0 0OYL加速偏轉(zhuǎn)勻速瞬時(shí)速度是聯(lián)系兩個(gè)過(guò)程的橋梁瞬時(shí)速度是聯(lián)系兩個(gè)過(guò)程的橋梁三、三、帶電粒子的帶電粒子的加速偏轉(zhuǎn)加速偏轉(zhuǎn)第4頁(yè)/共20頁(yè)v v0 0+- U2 d lv vyv vy y_+U1-qmv v0 0OYL 一個(gè)電荷量為一個(gè)電荷量為- -q質(zhì)量為質(zhì)量為m的帶電粒子，由靜止進(jìn)入一個(gè)電壓為的帶電粒子，由靜止進(jìn)入一個(gè)電壓為U1的加的加速電場(chǎng)加速后，又垂直進(jìn)入一個(gè)電壓為速電場(chǎng)加速后，又垂直進(jìn)入一個(gè)電壓為U2的偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)，經(jīng)偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)偏轉(zhuǎn)的偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)，經(jīng)偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)偏轉(zhuǎn)后打在熒光屏上后打在熒光屏上,整個(gè)裝置如圖示整個(gè)裝置如圖示.求求:(1)出偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)時(shí)的偏移距離出偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)時(shí)的偏移距離y；(2)出偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)時(shí)的偏轉(zhuǎn)角；出偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)時(shí)的偏轉(zhuǎn)角；(3)打在熒光屏上時(shí)的偏移距離打在熒光屏上時(shí)的偏移距離Y.三、三、帶電粒子的帶電粒子的加速偏轉(zhuǎn)加速偏轉(zhuǎn)第5頁(yè)/共20頁(yè)20121mvqU經(jīng)加速電場(chǎng)經(jīng)加速電場(chǎng)U1加速后加速后:經(jīng)偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)經(jīng)偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)U2偏轉(zhuǎn)后偏轉(zhuǎn)后:(1)偏移距離偏移距離y:dmvql U20222y(2)偏轉(zhuǎn)角偏轉(zhuǎn)角:dmvqlU202tan (3)偏移距離偏移距離Y: tan)L2(lY+d Ul U122d Ul U1224三、三、帶帶電電粒粒子子的的加加速速偏偏轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)v v0 0+- U2 d lv vyv vy y_+U1-qmv v0 0OYL第6頁(yè)/共20頁(yè)YYXX-+-+-若金屬板水平放置電子將豎直偏轉(zhuǎn)若金屬板豎直放置 電子將水平偏轉(zhuǎn)偏轉(zhuǎn)電極的放置方式偏轉(zhuǎn)電極的放置方式第7頁(yè)/共20頁(yè) 例例1、如圖，電子在電勢(shì)差為如圖，電子在電勢(shì)差為U1的加速電場(chǎng)中由靜止開(kāi)始加速，的加速電場(chǎng)中由靜止開(kāi)始加速，然后射入電勢(shì)差為然后射入電勢(shì)差為U2的兩塊平行的兩塊平行極板間的電場(chǎng)中，入射方向跟極極板間的電場(chǎng)中，入射方向跟極板平行。整個(gè)裝置處在真空中，板平行。整個(gè)裝置處在真空中，重力可忽略。在滿足電子能射出重力可忽略。在滿足電子能射出平行板區(qū)的條件下，下述四種情平行板區(qū)的條件下，下述四種情況中，一定能使電子的偏轉(zhuǎn)角況中，一定能使電子的偏轉(zhuǎn)角變變大的是大的是 A.U1變大、變大、U2變大變大 B.U1變小、變小、U2變大變大C.U1變大、變大、U2變小變小 D.U1變小、變小、U2變小變小對(duì)加速過(guò)程由動(dòng)能定理：對(duì)加速過(guò)程由動(dòng)能定理：21012qUmv對(duì)偏轉(zhuǎn)過(guò)程由偏轉(zhuǎn)角正切公式對(duì)偏轉(zhuǎn)過(guò)程由偏轉(zhuǎn)角正切公式220taneU lm vddUl U122dUlUy1224電學(xué)搭臺(tái)電學(xué)搭臺(tái)力學(xué)唱戲力學(xué)唱戲B第8頁(yè)/共20頁(yè) 例例2、如圖所示，二價(jià)氦離子和質(zhì)子、如圖所示，二價(jià)氦離子和質(zhì)子的混合體，經(jīng)同一加速電場(chǎng)加速后，的混合體，經(jīng)同一加速電場(chǎng)加速后，垂直射入同一偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)中，偏轉(zhuǎn)后，垂直射入同一偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)中，偏轉(zhuǎn)后，打在同一熒光屏上，則它打在同一熒光屏上，則它( ) A.側(cè)移距離相同側(cè)移距離相同 B.偏轉(zhuǎn)角相同偏轉(zhuǎn)角相同 C.到達(dá)屏上同一點(diǎn)到達(dá)屏上同一點(diǎn) D.到達(dá)屏上不同點(diǎn)到達(dá)屏上不同點(diǎn)dUlUy1224dmvleU202tandUl U122帶電粒子的帶電粒子的偏移量和偏轉(zhuǎn)角由系統(tǒng)偏移量和偏轉(zhuǎn)角由系統(tǒng)決定決定，而與粒子的質(zhì)量、電量無(wú)關(guān)，而與粒子的質(zhì)量、電量無(wú)關(guān). .只要只要電性相同電性相同的帶電粒子的帶電粒子, ,在電場(chǎng)在電場(chǎng)中留下的中留下的軌跡相同軌跡相同, ,所以無(wú)法將電所以無(wú)法將電性相同的粒子分開(kāi)性相同的粒子分開(kāi). .ABC第9頁(yè)/共20頁(yè)例例3、如圖所示，有一電子、如圖所示，有一電子(電量為電量為e、質(zhì)量為質(zhì)量為m)經(jīng)電壓經(jīng)電壓U1加速后，沿平行金加速后，沿平行金屬板屬板A、B中心線進(jìn)入兩板，中心線進(jìn)入兩板，A、B板板間距為間距為d、長(zhǎng)度為、長(zhǎng)度為l， A、B板間電壓為板間電壓為U2，屏，屏CD足夠大，距離足夠大，距離A、B板右邊板右邊緣緣2l，AB板的中心線過(guò)屏板的中心線過(guò)屏CD的中心且的中心且與屏與屏CD垂直。試求電子束打在屏上的垂直。試求電子束打在屏上的位置到屏中心間的距離。位置到屏中心間的距離。 對(duì)加速過(guò)程由動(dòng)能定理：對(duì)加速過(guò)程由動(dòng)能定理：解析解析21012qUmv220taneU lm vdd Ul U122電子離開(kāi)電場(chǎng)，就好象從中電子離開(kāi)電場(chǎng)，就好象從中點(diǎn)沿直線離開(kāi)的：點(diǎn)沿直線離開(kāi)的：tan)22(llY+d UlU12245Y第10頁(yè)/共20頁(yè)四、四、示波管的示波管的原理原理1 1、示波器的作用：、示波器的作用： 觀察電信號(hào)隨時(shí)間變化的情況觀察電信號(hào)隨時(shí)間變化的情況2 2、示波管的結(jié)構(gòu)：、示波管的結(jié)構(gòu)： 由電子槍、偏轉(zhuǎn)電極和熒光屏組成由電子槍、偏轉(zhuǎn)電極和熒光屏組成第11頁(yè)/共20頁(yè)3 3、示波管的原理、示波管的原理產(chǎn)生產(chǎn)生高速高速 飛行的飛行的電子束電子束待顯示待顯示的信號(hào)的信號(hào)電壓電壓鋸齒形鋸齒形 掃描掃描電壓電壓使電子沿使電子沿 Y Y方向方向偏移偏移使電子沿使電子沿 x x方向方向偏移偏移第12頁(yè)/共20頁(yè)例例4、初速度為、初速度為2107m/s的電子沿平行的電子沿平行金屬板間的中心線射入板中，板長(zhǎng)為金屬板間的中心線射入板中，板長(zhǎng)為30cm，相距為，相距為4cm，在兩板間加上如圖，在兩板間加上如圖所示的正弦交變電壓。已知電子的質(zhì)量所示的正弦交變電壓。已知電子的質(zhì)量為為910-31kg，電量為，電量為1.610-19C，不，不計(jì)電子重力，求：要使所有的電子都能計(jì)電子重力，求：要使所有的電子都能離開(kāi)電場(chǎng)，圖中電壓的最大值離開(kāi)電場(chǎng)，圖中電壓的最大值U0需滿足需滿足什么條件？什么條件？設(shè)電子在兩板間的運(yùn)動(dòng)時(shí)間為設(shè)電子在兩板間的運(yùn)動(dòng)時(shí)間為t801.510ltsv0.02ts設(shè)電子在偏轉(zhuǎn)電壓為設(shè)電子在偏轉(zhuǎn)電壓為U0時(shí)進(jìn)時(shí)進(jìn)入板間入板間202022eU ldym v d22002m v dUel40V第13頁(yè)/共20頁(yè) 1如圖所示，邊長(zhǎng)為L(zhǎng)的正方形區(qū)域abcd內(nèi)存在著勻強(qiáng)電場(chǎng)。電量為q、動(dòng)能為Ek的帶電粒子從a點(diǎn)沿ab方向進(jìn)入電場(chǎng)，不計(jì)重力。（1）若粒子從c點(diǎn)離開(kāi)電場(chǎng)，求電場(chǎng)強(qiáng)度的大小和粒子離開(kāi)電場(chǎng)時(shí)的動(dòng)能；（2）若粒子離開(kāi)電場(chǎng)時(shí)動(dòng)能為Ek ，則電場(chǎng)強(qiáng)度為多大？ abcdE解:（1） Lv0t，2220122qEqELLtmmv所以4kEEqLktkqELEE所以5ktkkEqELEE+第14頁(yè)/共20頁(yè)（2）若粒子由bc邊離開(kāi)電場(chǎng)，Lv0t，0yqEtqELvmmv2222222201224kkykq E Lq E LEEmvmvE 所以2()kkkEEEEqL kkqELEE所以kkEEEqL 1如圖所示，邊長(zhǎng)為L(zhǎng)的正方形區(qū)域abcd內(nèi)存在著勻強(qiáng)電場(chǎng)。電量為q、動(dòng)能為Ek的帶電粒子從a點(diǎn)沿ab方向進(jìn)入電場(chǎng)，不計(jì)重力。（1）若粒子從c點(diǎn)離開(kāi)電場(chǎng)，求電場(chǎng)強(qiáng)度的大小和粒子離開(kāi)電場(chǎng)時(shí)的動(dòng)能；（2）若粒子離開(kāi)電場(chǎng)時(shí)動(dòng)能為Ek ，則電場(chǎng)強(qiáng)度為多大？ abcdE第15頁(yè)/共20頁(yè)2如圖所示，豎直平行直線為勻強(qiáng)電場(chǎng)的電場(chǎng)線，電場(chǎng)方向未知，A，B是電場(chǎng)中的兩點(diǎn)，AB兩點(diǎn)的連線長(zhǎng)為l且與電場(chǎng)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(chǎng)，該帶電粒子恰好能經(jīng)過(guò)B點(diǎn)不考慮帶電粒子的重力大小(1)根據(jù)你學(xué)過(guò)的物理學(xué)規(guī)律和題中所給的信息，對(duì)反映電場(chǎng)本身性質(zhì)的物理量(例如電場(chǎng)方向)，你能作出哪些定性判斷或求得哪些定量結(jié)果?ABv0（1）因粒子帶負(fù)電且向下偏轉(zhuǎn)，故電場(chǎng)力方向向下，所以電場(chǎng)方向豎直向上。水平方向勻速運(yùn)動(dòng)，有： l sin =v0t 豎直方向做初速度為零的勻加速運(yùn)動(dòng)，有21cos2lat解得加速度：2022cossinval由qE=ma，得電場(chǎng)強(qiáng)度大小2022cossinmvmaEqql第16頁(yè)/共20頁(yè)2如圖所示，豎直平行直線為勻強(qiáng)電場(chǎng)的電場(chǎng)線，電場(chǎng)方向未知，A，B是電場(chǎng)中的兩點(diǎn)，AB兩點(diǎn)的連線長(zhǎng)為l且與電場(chǎng)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(chǎng)，該帶電粒子恰好能經(jīng)過(guò)B點(diǎn)不考慮帶電粒子的重力大小(1)根據(jù)你學(xué)過(guò)的物理學(xué)規(guī)律和題中所給的信息，對(duì)反映電場(chǎng)本身性質(zhì)的物理量(例如電場(chǎng)方向)，你能作出哪些定性判斷或求得哪些定量結(jié)果?ABv0B B點(diǎn)的電勢(shì)高于點(diǎn)的電勢(shì)高于A A點(diǎn)的電勢(shì)點(diǎn)的電勢(shì), ,有有A A、B B兩點(diǎn)間的電勢(shì)差為：兩點(diǎn)間的電勢(shì)差為：22022202coscossin2cotABmvUElqmvq 第17頁(yè)/共20頁(yè)2如圖所示，豎直平行直線為勻強(qiáng)電場(chǎng)的電場(chǎng)線，電場(chǎng)方向未知，A，B是電場(chǎng)中的兩點(diǎn)，AB兩點(diǎn)的連線長(zhǎng)為l且與電場(chǎng)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(chǎng)，該帶電粒子恰好能經(jīng)過(guò)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(dòng)能k0以及AB兩點(diǎn)的連線與電場(chǎng)線所夾的銳角三個(gè)量，對(duì)反映電場(chǎng)本身性質(zhì)的物理量，你能求得哪些定量結(jié)果?ABv0（2）設(shè)初速度大小為v0，小球過(guò)B點(diǎn)豎直分速度為vy，瞬時(shí)速度為vB，水平和豎直位移分別為x和y，則有：y=vyt/2 x= v0t 而 y/x=cot 02cotyvv由動(dòng)能定理得：2222200021111()222212ABByyqUmvmvm vvmvmv+所以A、B間的電勢(shì)差 024cotkABEUq 第18頁(yè)/共20頁(yè)3平行板間加如圖4（a）所示周期變化的電壓，重力不計(jì)的帶電粒子靜止在平行板中央，從t=0時(shí)刻開(kāi)始將其釋放，運(yùn)動(dòng)過(guò)程無(wú)碰板情況。圖4（b）中，能定性描述粒子運(yùn)動(dòng)的速度圖象正確的是 ( )T/23T/2UU0-U0圖4(a)T2Tt0圖4（b)vt0vt0vt0vt0ABCDA第19頁(yè)/共20頁(yè)感謝您的觀看！第20頁(yè)/共20頁(yè)