高中物理 第一章 靜電場(chǎng) 第九節(jié) 帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)課件2 新人教版選修31.ppt

第一章靜電場(chǎng) 第九節(jié)帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng) 帶電粒子在電場(chǎng)中要受到哪些力的作用 對(duì)于象質(zhì)子 電子 離子等帶電微粒在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí) 我們?cè)鯓犹幚硭鼈兊氖芰?帶電粒子在電場(chǎng)中通常要受到重力和電場(chǎng)力 質(zhì)子 電子 離子等帶電微粒所受重力一般遠(yuǎn)小于電場(chǎng)力 重力可以忽略 重力勢(shì)能就可以不考慮 研究運(yùn)動(dòng)前的 熱身 帶電粒子在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí) 所受電場(chǎng)力對(duì)粒子產(chǎn)生加速度 改變粒子的速度 電場(chǎng)力 合外力 對(duì)粒子做功 改變粒子的動(dòng)能 帶電粒子在均強(qiáng)電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí) 運(yùn)動(dòng)有什么特點(diǎn) 帶電粒子在均強(qiáng)電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí) 所受電場(chǎng)力是恒力 產(chǎn)生恒定的加速度 所以帶電粒子在均強(qiáng)電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)跟物體在重力場(chǎng)中的自由落體和拋體運(yùn)動(dòng)相似 帶電粒子在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí) 電場(chǎng)力對(duì)粒子的運(yùn)動(dòng)有什么效果 研究帶電粒子運(yùn)動(dòng)的主要工具 電場(chǎng)力加速度電場(chǎng)力的功動(dòng)能定理 f qe a f m w qu 粒子的運(yùn)動(dòng)象重力場(chǎng)中的什么運(yùn)動(dòng) 不計(jì)粒子重力 v0 0 自由落體 你答對(duì)了 粒子的運(yùn)動(dòng)象重力場(chǎng)中的什么運(yùn)動(dòng) 不計(jì)粒子重力 上拋運(yùn)動(dòng) 你答對(duì)了 粒子的運(yùn)動(dòng)象重力場(chǎng)中的什么運(yùn)動(dòng) 不計(jì)粒子重力 平拋運(yùn)動(dòng) 你答對(duì)了 下面我們來研究電場(chǎng)對(duì)帶電粒子的加速問題 方法1 從動(dòng)力學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)角度分析粒子被加速 動(dòng)力學(xué) f qe a f m 運(yùn)動(dòng)學(xué) 方法 從做功和能量的角度分析粒子被加速 粒子只受到電場(chǎng)力做功 還有問題 如果不是勻強(qiáng)電場(chǎng) 上面公式是否適用 由于電場(chǎng)力做功與場(chǎng)強(qiáng)是否勻強(qiáng)無關(guān) 與運(yùn)動(dòng)路徑也無關(guān) 上面公式仍適用 顯然 用功能關(guān)系解題簡(jiǎn)便 電荷量為e的電子從金屬絲移動(dòng)到金屬板 兩處的電勢(shì)差為u 電勢(shì)能變化 減少 為eu 電勢(shì)能的變化全部轉(zhuǎn)化為電子的動(dòng)能 解 所以 例1 實(shí)驗(yàn)表明 熾熱的金屬絲可以發(fā)射電子 在熾熱金屬絲和金屬板間加以電壓u 2500v 從熾熱金屬絲發(fā)射出的電子在真空中被加速后 從金屬板的小孔穿出 電子射出后的速度有多大 設(shè)電子剛從金屬絲射出時(shí)的速度為零 結(jié)論 由于電場(chǎng)力做功與場(chǎng)強(qiáng)是否勻強(qiáng)無關(guān) 與運(yùn)動(dòng)路徑也無關(guān) 所以在處理電場(chǎng)對(duì)帶電粒子的加速問題時(shí) 一般都是利用動(dòng)能定理進(jìn)行處理 下面我們來研究電場(chǎng)對(duì)帶電粒子的偏轉(zhuǎn)問題 不計(jì)重力 初速度垂直于電場(chǎng)方向飛入勻強(qiáng)電場(chǎng) 處理方法 粒子在與電場(chǎng)垂直的方向上做勻速直線運(yùn)動(dòng) 粒子在與電場(chǎng)平行的方向上做初速度為零的勻加速運(yùn)動(dòng) 類似平拋運(yùn)動(dòng)的分析方法 l q v v0 vy y vx v0 x t vy at y v0 f s s 離開電場(chǎng)時(shí)偏移量 離開電場(chǎng)時(shí)偏轉(zhuǎn)角 在電場(chǎng)中飛行時(shí)間 例題2 一電子水平射入如圖所示的電場(chǎng)中 射入時(shí)的速度v0 3 0x107m s 兩極板的長(zhǎng)度為l 6 0cm 相距d 2cm 極板間電壓u 200v 求電子離開電場(chǎng)時(shí)偏轉(zhuǎn)的角度 y 電子離開電場(chǎng)時(shí)沿電場(chǎng)方向的分速度為vy 離開電場(chǎng)時(shí)的偏轉(zhuǎn)角度為 角度為6 8度 結(jié)論 帶電粒子初速度垂直于電場(chǎng)方向飛入勻強(qiáng)電場(chǎng)的問題就是一個(gè)類平拋的問題 粒子在與電場(chǎng)垂直的方向上做勻速直線運(yùn)動(dòng) 粒子在與電場(chǎng)平行的方向上做初速為零的勻加速運(yùn)動(dòng) 下面看看加速和偏轉(zhuǎn)一體的問題 例3 離子發(fā)生器發(fā)射出一束質(zhì)量為m 電荷量為q的負(fù)離子 從靜止經(jīng)加速電壓u1加速后 獲得速度v0 并沿垂直于電場(chǎng)線方向射入兩平行板中央 受偏轉(zhuǎn)電壓u2作用后 以速度 離開電場(chǎng) 已知平行板長(zhǎng)為 兩板間距離為d 求 1 離子在偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間 加速度 速度 的大小 2 離子在離開偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)時(shí)的橫向偏移量和偏轉(zhuǎn)角的正切值 解 l q v0 f u1 vy v0 由動(dòng)能定理得到 即 v0 1 離子在偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間 加速度 速度 的大小 t 加速度 a 速度 的大小 vy at v 時(shí)間 2 離子在離開偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)時(shí)的橫向偏移量和偏轉(zhuǎn)角的正切值 l q y v0 f u1 vy v0 橫向偏移量 解 a t 速度偏轉(zhuǎn)角的正切值 tan vy 偏轉(zhuǎn)量和帶電粒子q m無關(guān) 只取決于加速電場(chǎng)和偏轉(zhuǎn)電場(chǎng) 和帶電粒子q m無關(guān) 只取決于加速電場(chǎng)和偏轉(zhuǎn)電場(chǎng) 思考題 讓一價(jià)氫離子 一價(jià)氦離子和二價(jià)氦離子的混合物經(jīng)過同一加速電場(chǎng)由靜止開始加速 然后在同一偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)里偏轉(zhuǎn) 在通過加速電場(chǎng)時(shí)獲得的動(dòng)能是否相同 通過偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)時(shí) 它們是否會(huì)分為三股 請(qǐng)說明理由 答案 通過加速電場(chǎng)時(shí)獲得的動(dòng)能ek qu 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 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 所以三種粒子不可能分開為三股 你答對(duì)了嗎 3示波管的原理 示波器 課堂小結(jié) 一 利用電場(chǎng)使帶電粒子加速 二 利用電場(chǎng)使帶電粒子偏轉(zhuǎn) 從動(dòng)力學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)角度分析 從做功和能量的角度分析 類似平拋運(yùn)動(dòng)的分析方法 粒子在與電場(chǎng)垂直的方向上做勻速直線運(yùn)動(dòng) 粒子在與電場(chǎng)平行的方向上做初速度為零的勻加速運(yùn)動(dòng) 1 如圖所示 邊長(zhǎng)為l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)離開電場(chǎng) 求電場(chǎng)強(qiáng)度的大小和粒子離開電場(chǎng)時(shí)的動(dòng)能 2 若粒子離開電場(chǎng)時(shí)動(dòng)能為ek 則電場(chǎng)強(qiáng)度為多大 解 1 l v0t 所以 所以 2 若粒子由bc邊離開電場(chǎng) l v0t 所以 所以 1 如圖所示 邊長(zhǎng)為l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)離開電場(chǎng) 求電場(chǎng)強(qiáng)度的大小和粒子離開電場(chǎng)時(shí)的動(dòng)能 2 若粒子離開電場(chǎng)時(shí)動(dòng)能為ek 則電場(chǎng)強(qiáng)度為多大 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b點(diǎn) 不考慮帶電粒子的重力大小 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 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 lsin v0t 豎直方向做初速度為零的勻加速運(yùn)動(dòng) 有 解得加速度 由qe ma 得電場(chǎng)強(qiáng)度大小 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b點(diǎn) 不考慮帶電粒子的重力大小 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 b點(diǎn)的電勢(shì)高于a點(diǎn)的電勢(shì) 有a b兩點(diǎn)間的電勢(shì)差為 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 2 設(shè)初速度大小為v0 小球過b點(diǎn)豎直分速度為vy