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1頁(yè)
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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

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