高中物理靜電場帶電粒子在電場中的運動1 新人教版選修

會計學(xué)1高中物理高中物理 靜電場靜電場 帶電粒子在電場中的帶電粒子在電場中的運動運動1 新人教版選修新人教版選修二、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 垂直垂直電場方向電場方向:mFa mqEmdqU平行平行電場方向電場方向:2221aty 偏移距離偏移距離dmvql U202220tanvvy偏轉(zhuǎn)角偏轉(zhuǎn)角dmvqlU202類平拋運動類平拋運動第2頁/共20頁第3頁/共20頁 一個電荷量為一個電荷量為- -q質(zhì)量為質(zhì)量為m的帶電粒子，由靜止進入一個電壓為的帶電粒子，由靜止進入一個電壓為U1的加速的加速電場加速后，又垂直進入一個電壓為電場加速后，又垂直進入一個電壓為U2的偏轉(zhuǎn)電場，經(jīng)偏轉(zhuǎn)電場偏轉(zhuǎn)后的偏轉(zhuǎn)電場，經(jīng)偏轉(zhuǎn)電場偏轉(zhuǎn)后打在熒光屏上打在熒光屏上,整個裝置如圖示整個裝置如圖示.試分析帶電粒子的運動情況試分析帶電粒子的運動情況(不計粒子的重力不計粒子的重力).v v0 0+- U2 d lv vyv vy y_+U1-qmv v0 0OYL加速加速偏轉(zhuǎn)偏轉(zhuǎn)勻速勻速瞬時速度是聯(lián)系兩個過程的橋梁瞬時速度是聯(lián)系兩個過程的橋梁三、三、帶電粒子的帶電粒子的加速偏轉(zhuǎn)加速偏轉(zhuǎn)第4頁/共20頁v v0 0+- U2 d lv vyv vy y_+U1-qmv v0 0OYL 一個電荷量為一個電荷量為- -q質(zhì)量為質(zhì)量為m的帶電粒子，由靜止進入一個電壓為的帶電粒子，由靜止進入一個電壓為U1的的加速電場加速后，又垂直進入一個電壓為加速電場加速后，又垂直進入一個電壓為U2的偏轉(zhuǎn)電場，經(jīng)偏轉(zhuǎn)電場偏的偏轉(zhuǎn)電場，經(jīng)偏轉(zhuǎn)電場偏轉(zhuǎn)后打在熒光屏上轉(zhuǎn)后打在熒光屏上,整個裝置如圖示整個裝置如圖示.求求:(1)出偏轉(zhuǎn)電場時的偏移距離出偏轉(zhuǎn)電場時的偏移距離y；(2)出偏轉(zhuǎn)電場時的偏轉(zhuǎn)角；出偏轉(zhuǎn)電場時的偏轉(zhuǎn)角；(3)打在熒光屏上時的偏移距離打在熒光屏上時的偏移距離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/共20頁20121mvqU經(jīng)加速電場經(jīng)加速電場U1加速后加速后:經(jīng)偏轉(zhuǎn)電場經(jīng)偏轉(zhuǎn)電場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/共20頁YYXX-+-+-若金屬板水平放置若金屬板水平放置電子將電子將豎直偏轉(zhuǎn)豎直偏轉(zhuǎn)若金屬板豎直放置若金屬板豎直放置 電子將電子將水平偏轉(zhuǎn)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/共20頁 例例1、如圖，電子在電勢差為如圖，電子在電勢差為U1的加速電場中由靜止開始加速，的加速電場中由靜止開始加速，然后射入電勢差為然后射入電勢差為U2的兩塊平行的兩塊平行極板間的電場中，入射方向跟極極板間的電場中，入射方向跟極板平行。整個裝置處在真空中，板平行。整個裝置處在真空中，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變小變小對加速過程由動能定理：對加速過程由動能定理：21012qUmv對偏轉(zhuǎn)過程由偏轉(zhuǎn)角正切公式對偏轉(zhuǎn)過程由偏轉(zhuǎn)角正切公式220taneU lm vddUl U122dUlUy1224電學(xué)搭臺電學(xué)搭臺力學(xué)唱戲力學(xué)唱戲B第8頁/共20頁 例例2、如圖所示，二價氦離子和質(zhì)子、如圖所示，二價氦離子和質(zhì)子的混合體，經(jīng)同一加速電場加速后的混合體，經(jīng)同一加速電場加速后，垂直射入同一偏轉(zhuǎn)電場中，偏轉(zhuǎn)，垂直射入同一偏轉(zhuǎn)電場中，偏轉(zhuǎn)后，打在同一熒光屏上，則它后，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.到達屏上同一點到達屏上同一點 D.到達屏上不同點到達屏上不同點dUlUy1224dmvleU202tandUl U122帶電粒子的帶電粒子的偏移量和偏轉(zhuǎn)角由系偏移量和偏轉(zhuǎn)角由系統(tǒng)決定統(tǒng)決定，而與粒子的質(zhì)量、電量，而與粒子的質(zhì)量、電量無關(guān)無關(guān). .只要只要電性相同電性相同的帶電粒子的帶電粒子, ,在電場中留下的在電場中留下的軌跡相同軌跡相同, ,所以無所以無法將電性相同的粒子分開法將電性相同的粒子分開. .ABC第9頁/共20頁例例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中心線進入兩板，中心線進入兩板，A、B板板間距為間距為d、長度為、長度為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板的中心線過屏板的中心線過屏CD的中心的中心且與屏且與屏CD垂直。試求電子束打在屏上垂直。試求電子束打在屏上的位置到屏中心間的距離。的位置到屏中心間的距離。 對加速過程由動能定理對加速過程由動能定理：解析解析21012qUmv220taneU lm vdd Ul U122電子離開電場，就好象從中電子離開電場，就好象從中點沿直線離開的：點沿直線離開的：tan)22(llY+d UlU12245Y第10頁/共20頁四、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： 觀察電信號隨時間變化的情況觀察電信號隨時間變化的情況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/共20頁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的信號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方方向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/共20頁例例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，板長為金屬板間的中心線射入板中，板長為30cm，相距為，相距為4cm，在兩板間加上如，在兩板間加上如圖所示的正弦交變電壓。已知電子的圖所示的正弦交變電壓。已知電子的質(zhì)量為質(zhì)量為910-31kg，電量為，電量為1.610-19C，不計電子重力，求：要使所有的電，不計電子重力，求：要使所有的電子都能離開電場，圖中電壓的最大值子都能離開電場，圖中電壓的最大值U0需滿足什么條件？需滿足什么條件？設(shè)電子在兩板間的運動時間為設(shè)電子在兩板間的運動時間為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時進時進入板間入板間202022eU ldym v d22002m v dUel40V第13頁/共20頁 1如圖所示，邊長為如圖所示，邊長為L的正方形的正方形區(qū)域區(qū)域abcd內(nèi)存在著勻強電場。電量為內(nèi)存在著勻強電場。電量為q、動能為、動能為Ek的帶電粒子從的帶電粒子從a點沿點沿ab方向方向進入電場，不計重力。進入電場，不計重力。（1）若粒子從）若粒子從c點離開電場，求電場點離開電場，求電場強度的大小和粒子離開電場時的動能強度的大小和粒子離開電場時的動能；（2）若粒子離開電場時動能為）若粒子離開電場時動能為Ek ，則電場強度為多大？則電場強度為多大？ abcdE解解:（1）L v0t，2220122qEqELLtmmv所以所以4kEEqLktkqELEE所以所以5ktkkEqELEE+第14頁/共20頁（2）若粒子由）若粒子由bc邊離開電場，邊離開電場，Lv0t，0yqEtqELvmmv2222222201224kkykq E Lq E LEEmvmvE 所以所以2()kkkEEEEqL kkqELEE所以所以kkEEEqL 1如圖所示，邊長為如圖所示，邊長為L的正方形的正方形區(qū)域區(qū)域abcd內(nèi)存在著勻強電場。電量為內(nèi)存在著勻強電場。電量為q、動能為、動能為Ek的帶電粒子從的帶電粒子從a點沿點沿ab方向方向進入電場，不計重力。進入電場，不計重力。（1）若粒子從）若粒子從c點離開電場，求電場點離開電場，求電場強度的大小和粒子離開電場時的動能強度的大小和粒子離開電場時的動能；（2）若粒子離開電場時動能為）若粒子離開電場時動能為Ek ，則電場強度為多大？則電場強度為多大？ abcdE第15頁/共20頁2如圖所示，豎直平行直線為勻強電場的電如圖所示，豎直平行直線為勻強電場的電場線，電場方向未知，場線，電場方向未知，A，B是電場中的兩點是電場中的兩點，AB兩點的連線長為兩點的連線長為l且與電場線所夾的銳角且與電場線所夾的銳角為為一個質(zhì)量為一個質(zhì)量為m，電荷量為，電荷量為q的帶電粒的帶電粒子以初速度子以初速度v0。從。從A點垂直進入電場，該帶電點垂直進入電場，該帶電粒子恰好能經(jīng)過粒子恰好能經(jīng)過B點不考慮帶電粒子的重力點不考慮帶電粒子的重力大小大小(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)的物理量息，對反映電場本身性質(zhì)的物理量(例如電場例如電場方向方向)，你能作出哪些定性判斷或求得哪些定，你能作出哪些定性判斷或求得哪些定量結(jié)果量結(jié)果?ABv0（1）因粒子帶負電且向下偏轉(zhuǎn)，）因粒子帶負電且向下偏轉(zhuǎn)，故電場力方向向下，所以電場方故電場力方向向下，所以電場方向豎直向上。向豎直向上。水平方向勻速運動，有：水平方向勻速運動，有： l sin =v0t 豎直方向做初速度為零的勻加速豎直方向做初速度為零的勻加速運動，有運動，有21cos2lat解得加速度：解得加速度：2022cossinval由由qE=ma，得電場強度大小，得電場強度大小2022cossinmvmaEqql第16頁/共20頁2如圖所示，豎直平行直線為勻強電場的電如圖所示，豎直平行直線為勻強電場的電場線，電場方向未知，場線，電場方向未知，A，B是電場中的兩點是電場中的兩點，AB兩點的連線長為兩點的連線長為l且與電場線所夾的銳角且與電場線所夾的銳角為為一個質(zhì)量為一個質(zhì)量為m，電荷量為，電荷量為q的帶電粒的帶電粒子以初速度子以初速度v0。從。從A點垂直進入電場，該帶電點垂直進入電場，該帶電粒子恰好能經(jīng)過粒子恰好能經(jīng)過B點不考慮帶電粒子的重力點不考慮帶電粒子的重力大小大小(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)的物理量息，對反映電場本身性質(zhì)的物理量(例如電場例如電場方向方向)，你能作出哪些定性判斷或求得哪些定，你能作出哪些定性判斷或求得哪些定量結(jié)果量結(jié)果?ABv0B B點的電勢高于點的電勢高于A A點的電勢點的電勢, ,有有A A、B B兩點間的電勢差為：兩點間的電勢差為：22022202coscossin2cotABmvUElqmvq 第17頁/共20頁2如圖所示，豎直平行直線為勻強電場的電如圖所示，豎直平行直線為勻強電場的電場線，電場方向未知，場線，電場方向未知，A，B是電場中的兩點是電場中的兩點，AB兩點的連線長為兩點的連線長為l且與電場線所夾的銳角且與電場線所夾的銳角為為一個質(zhì)量為一個質(zhì)量為m，電荷量為，電荷量為q的帶電粒的帶電粒子以初速度子以初速度v0。從。從A點垂直進入電場，該帶電點垂直進入電場，該帶電粒子恰好能經(jīng)過粒子恰好能經(jīng)過B點不考慮帶電粒子的重力點不考慮帶電粒子的重力大小大小(2)若僅知道帶電小球的電荷量若僅知道帶電小球的電荷量q、初動能、初動能k0以及以及AB兩點的連線與電場線所夾的銳角兩點的連線與電場線所夾的銳角三三個量，對反映電場本身性質(zhì)的物理量，你能個量，對反映電場本身性質(zhì)的物理量，你能求得哪些定量結(jié)果求得哪些定量結(jié)果?ABv0（2）設(shè)初速度大小為）設(shè)初速度大小為v0，小球過，小球過B點豎直分速度為點豎直分速度為vy，瞬時速度為，瞬時速度為vB，水平和豎直位移分別為，水平和豎直位移分別為x和和y，則，則有：有：y=vyt/2 x= v0t 而而 y/x=cot 02cotyvv由動能定理得：由動能定理得：2222200021111()222212ABByyqUmvmvm vvmvmv+所以所以A、B間的電勢差間的電勢差 024cotkABEUq 第18頁/共20頁3平行板間加如圖平行板間加如圖4（a）所示周期變化的電壓，重力不計的帶電粒子靜）所示周期變化的電壓，重力不計的帶電粒子靜止在平行板中央，從止在平行板中央，從t=0時刻開始將其釋放，運動過程無碰板情況。圖時刻開始將其釋放，運動過程無碰板情況。圖4（b）中，能定性描述粒子運動的速度圖象正確的是）中，能定性描述粒子運動的速度圖象正確的是 ( )T/23T/2UU0-U0圖圖4(a)T2Tt0圖圖4（b)vt0vt0vt0vt0ABCDA第19頁/共20頁感謝您的觀看！感謝您的觀看！第20頁/共20頁