《带电粒子电场中的运动优秀PPT.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《带电粒子电场中的运动优秀PPT.ppt（28页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、带电粒子电场中的运动你现在浏览的是第一页，共28页解决带电粒子在电场中运动的基本思路：解决带电粒子在电场中运动的基本思路：1明确研究对象，受力分析明确研究对象，受力分析研究对象有两种：研究对象有两种：（1）带电的基本粒子：如电子，质子，正负离子等，一）带电的基本粒子：如电子，质子，正负离子等，一般都不考虑重力。（但并不能忽略质量）。般都不考虑重力。（但并不能忽略质量）。（2）带电微粒：如带电小球、液滴、尘埃等，一）带电微粒：如带电小球、液滴、尘埃等，一般都考虑重力。般都考虑重力。2运动轨迹和过程分析运动轨迹和过程分析带电粒子运动形式决定于：粒子的受力情况和初速度情带电粒子运动形式决定于：粒子的
2、受力情况和初速度情况况3解题的依据解题的依据（1）力的观点：牛顿运动定律和运动学公式）力的观点：牛顿运动定律和运动学公式（2）能量的观点：动能定理：能量守恒定律）能量的观点：动能定理：能量守恒定律你现在浏览的是第二页，共28页电场中的研究对象电场中的研究对象v3、某些带电体是否考虑重力，要根据题、某些带电体是否考虑重力，要根据题目暗示或运动状态来判定目暗示或运动状态来判定电场中的带电体一般可分为两类：电场中的带电体一般可分为两类：1、带电的基本粒子：如电子，质子，正负离子等。、带电的基本粒子：如电子，质子，正负离子等。这些粒子所受重力和电场力相比在小得多，除非有这些粒子所受重力和电场力相比在小
3、得多，除非有说明或明确的暗示以外，一般都不考虑重力。（但说明或明确的暗示以外，一般都不考虑重力。（但并不能忽略质量）。并不能忽略质量）。2、带电微粒：如带电小球、液滴、尘埃等。除非有说明、带电微粒：如带电小球、液滴、尘埃等。除非有说明或明确的暗示以外，一般都考虑重力。或明确的暗示以外，一般都考虑重力。你现在浏览的是第三页，共28页二、带电体在电场中的运动形式二、带电体在电场中的运动形式1、平衡状态、平衡状态2、变速直线运动变速直线运动:加速或减速加速或减速3、匀变速曲线运动：偏转、匀变速曲线运动：偏转4、圆周运动、圆周运动你现在浏览的是第四页，共28页 一条长为一条长为L的细线上端固定在的细线
4、上端固定在O点，下端系一个质量点，下端系一个质量为为m，电量为，电量为+q的小球，将它置于一个很大的匀强电场的小球，将它置于一个很大的匀强电场中，小球在中，小球在B点平衡，细线与竖直方向的夹角为点平衡，细线与竖直方向的夹角为，求：，求：场场强强E的最小的最小值值和最小和最小时时的方向。的方向。GTEq你现在浏览的是第五页，共28页例例1：在真空中的一对平行金属板，两板间的电势差：在真空中的一对平行金属板，两板间的电势差为为U，一个质量为，一个质量为m，带电量，带电量e的电子，由静止开始的电子，由静止开始运动运动,计算从负极板运动到正极板时的速度。计算从负极板运动到正极板时的速度。mgUF你现在
5、浏览的是第六页，共28页实验表明，炽热的金属丝可以发射电子。在炽热实验表明，炽热的金属丝可以发射电子。在炽热金属丝和金属板间加以电压金属丝和金属板间加以电压U=2500V，从炽热金，从炽热金属丝发射出的电子在真空中被加速后，从金属板属丝发射出的电子在真空中被加速后，从金属板的小孔穿出。如图所示，电子穿出后的速度有多的小孔穿出。如图所示，电子穿出后的速度有多大？大？设电子刚从金属丝射出时的速度为零。设电子刚从金属丝射出时的速度为零。你现在浏览的是第七页，共28页如图所示，在如图所示，在P板附近有一电子由静止开始向板附近有一电子由静止开始向Q板运动，则关于电子在两板间的运动情况，板运动，则关于电子
6、在两板间的运动情况，下列叙述正确的是：下列叙述正确的是：()A.两板间距越大，加速的时间越长两板间距越大，加速的时间越长B.两板间距离越小，加速度就越大，则两板间距离越小，加速度就越大，则电子到达电子到达Q板时的速度就越大板时的速度就越大C.电子到达电子到达Q板时的速度与板间距离无板时的速度与板间距离无关，仅与加速电压有关关，仅与加速电压有关D.电子的加速度和末速度都与板间距离无电子的加速度和末速度都与板间距离无关关UPQFAC你现在浏览的是第八页，共28页v如图所示，如图所示，A、B为平行金属板，两板相距为平行金属板，两板相距d，分别与电，分别与电源两极相连，两板的中央各有一个小孔源两极相连
7、，两板的中央各有一个小孔M、N。今有一。今有一带电质点，自带电质点，自A板上方相距为板上方相距为d的的P点由静止自由下落点由静止自由下落（P、M、N在同一竖直线上），空气阻力不计，到在同一竖直线上），空气阻力不计，到达达N孔时速度恰好为零，然后沿原路返回，若保持两板孔时速度恰好为零，然后沿原路返回，若保持两板板间的电压不变，则板间的电压不变，则vA、把、把A板向上平移一小段距离，质点自板向上平移一小段距离，质点自P点自由下落点自由下落仍能返回仍能返回vB、把、把A板向下平移一小段距离，质点自板向下平移一小段距离，质点自P点自由下落后点自由下落后将穿过将穿过N孔继续下落孔继续下落vC、把、把B板
8、向上平移一小段距离，质点自板向上平移一小段距离，质点自P点自由下点自由下落仍能返回落仍能返回vD、把、把B板向下平移一小段距离，质点自板向下平移一小段距离，质点自P点自由下落点自由下落后将穿过后将穿过N孔继续下落孔继续下落v答案：答案：ACD你现在浏览的是第九页，共28页PMNABdd你现在浏览的是第十页，共28页 如图所示，如图所示，A、B为平行金属板，两板相距为平行金属板，两板相距d，分别，分别与电源两极相连，两板的中央各有一个小孔与电源两极相连，两板的中央各有一个小孔M、N。今。今有一带电质点，自有一带电质点，自A板上方相距为板上方相距为d的的P点由静止自由下落点由静止自由下落（P、M、
9、N在同一竖直线上），空气阻力不计，到达在同一竖直线上），空气阻力不计，到达N孔时速度恰好为零，然后沿原路返回，若保持两板孔时速度恰好为零，然后沿原路返回，若保持两板板间的电压不变，则板间的电压不变，则vA、把、把A板向上平移一小段距离，质点自板向上平移一小段距离，质点自P点自由下落仍能返回点自由下落仍能返回vB、把、把A板向下平移一小段距离，质点自板向下平移一小段距离，质点自P点自由下落后将穿过点自由下落后将穿过N孔继续下落孔继续下落vC、把、把B板向上平移一小段距离，质点自板向上平移一小段距离，质点自P点自由下落仍能返回点自由下落仍能返回vD、把、把B板向下平移一小段距离，质点自板向下平移一
10、小段距离，质点自P点自由下落后将穿过点自由下落后将穿过N孔继续下落孔继续下落PMNABdd你现在浏览的是第十一页，共28页PMNABddmgEqmg从从P到到N的过程中的过程中由动能定理得：由动能定理得：mg2d-Eqd=0mg2d-Uq=0 当当A板下移，从板下移，从P到到N的过程中，同理的过程中，同理 质点到质点到N点时，速度点时，速度刚好为零。刚好为零。vB、把、把A板向下平移一小段距离，质点自板向下平移一小段距离，质点自P点点v自由下落后将穿过自由下落后将穿过N孔继续下落孔继续下落所以，仍能返回所以，仍能返回你现在浏览的是第十二页，共28页PMNABdd从从P到到N的过程中的过程中由动
11、能定理得：由动能定理得：hmg(2d+h)mvN212-Uq=-0vN0将穿过将穿过N孔继续下落孔继续下落D、把、把B板向下平移一小段距离，质点自板向下平移一小段距离，质点自P点自由下落点自由下落后将穿过后将穿过N孔继续下落孔继续下落你现在浏览的是第十三页，共28页 例例2：如图所示，如图所示，A板的电势板的电势UA0，B板的电势板的电势UB随时间的变化规律如图所示。则随时间的变化规律如图所示。则 A.若电子是在若电子是在t0时刻进入的，它将一直向时刻进入的，它将一直向B板运板运动动B.若电子是在若电子是在tT/8时刻进入的，它可能时而向时刻进入的，它可能时而向B板运动，时而向板运动，时而向A
12、板运动板运动,最后打在最后打在B板上板上 C.若电子是在若电子是在tT/4时刻进入的，它可能时而向时刻进入的，它可能时而向B板、板、时而向时而向A板运动板运动 D.若电子是在若电子是在t3T/8时刻进入的，它可能时而向时刻进入的，它可能时而向B板运动，时而向板运动，时而向A板运动板运动,最后打在最后打在B板上板上 BAt/s UB/v0U0-U0你现在浏览的是第十四页，共28页F=Eq=U0q/dF=maa=U0q/mdBAt/s U/v0U0-U0t/s 0a0-a0a/m/s2t/s0v0-v0v/m/s 若电子是在若电子是在t0时刻进入的时刻进入的你现在浏览的是第十五页，共28页Tt/s
13、 U/v0U0-U0T/22T3T/2Tt/s 0T/22T3T/2a/m/s2a0-a0T0T/22T3T/2t/sv0-v0 若电子是在若电子是在t T/8时刻进入的时刻进入的v/m/s你现在浏览的是第十六页，共28页Tt/s U/v0U0-U0T/22T3T/2Tt/s 0T/22T3T/2a/m/s2a0-a0T0T/22T3T/2t/sv0-v0 若电子是在若电子是在t T/4时刻进入的时刻进入的v/m/s你现在浏览的是第十七页，共28页Tt/s U/v0U0-U0T/22T3T/2Tt/s 0T/22T3T/2a/m/s2a0-a0T0T/22T3T/2t/sv0-v0 若电子是在
14、若电子是在t 3T/8时刻进入的时刻进入的v/m/s你现在浏览的是第十八页，共28页带电粒子在电场中的直线运动v分析方法：分析方法：v 3、图解法（周期性变化的电场）、图解法（周期性变化的电场）v 确定研究对象，受力分析，状态分析确定研究对象，受力分析，状态分析v 画出画出 a-t、v-t图图你现在浏览的是第十九页，共28页AB 两个相距为两个相距为d 的平行金属板的平行金属板,有正对着的两小孔有正对着的两小孔A、B,如图甲所示如图甲所示,两板间加如图乙所示的交变电场两板间加如图乙所示的交变电场,一质量为一质量为m,带电量为带电量为+q 的带电粒子的带电粒子,在在t=0时刻在时刻在A孔处无初速
15、释放孔处无初速释放,试试判断带电粒子能否穿过判断带电粒子能否穿过B孔？（孔？（t=0时刻时刻A板电势高）板电势高）甲图甲图U/vt/su-u乙图乙图TT/2Aavav 前半周期带电粒子向右匀加速，后前半周期带电粒子向右匀加速，后半周期向右匀减速，第一个周期末，半周期向右匀减速，第一个周期末，速度恰为速度恰为0，一个周期内始终向右运动，一个周期内始终向右运动,以后不断重复第一个周期的运动，直以后不断重复第一个周期的运动，直到通过到通过B点点.后半周期粒子运动情况？后半周期粒子运动情况？粒子会不会返回？粒子会不会返回？请画出粒子运动的请画出粒子运动的 v-t 图线图线.你现在浏览的是第二十页，共2
16、8页AB甲图甲图u/vt/s-U乙图乙图T2Tt/s00v/m/sUT2T丙图丙图问题：问题：为使带电粒子到达为使带电粒子到达B孔时速度最大，孔时速度最大，A、B间距应满足什么条间距应满足什么条件？件？画出速度图线能画出速度图线能更清楚了解物体的更清楚了解物体的运动情况运动情况 要使带电粒子到达要使带电粒子到达B点时速度点时速度 最最大，必须从大，必须从A到到B一直加速，即在一直加速，即在 半个周期内半个周期内 到达到达.解：设带电粒子在半个周期内的位移为解：设带电粒子在半个周期内的位移为S由题意知：只要由题意知：只要 Sd,粒子出电场时速度粒子出电场时速度可达最大可达最大.有：有：你现在浏览
17、的是第二十一页，共28页问题：从问题：从v-t图上看，图上看，在在t=(2n+1)T/2时刻粒时刻粒子速度最大，是否本子速度最大，是否本题有系列解？题有系列解？用用W12=qU12计算电场力的功计算电场力的功时时,要注意要注意W12和和U12的对应关系的对应关系.B甲图甲图t/s-U乙图乙图T2Tt/s00v/m/sUT2T丙图丙图你现在浏览的是第二十二页，共28页T2Tu/vt/s-U乙图乙图0Uv/m/st/s0丙图丙图例例3:两个相距为两个相距为d的平行金属板的平行金属板,有正对着的两小孔有正对着的两小孔A、B,如图甲所示如图甲所示,两板间加如图乙所示的交变电场两板间加如图乙所示的交变电
18、场,一质量为一质量为m,带电量为带电量为+q的带电粒子的带电粒子,在在t=T/4时刻在时刻在A孔处无初速释放孔处无初速释放,试判断带电粒子能否穿过试判断带电粒子能否穿过B孔？（孔？（t=0时刻时刻A板电势高）板电势高）AB甲图甲图答：粒子在答：粒子在t=T/4时刻时刻释放，如果在运动的释放，如果在运动的第一个第一个T/2内没有通过内没有通过B孔孔,则就不能通过则就不能通过B孔孔.不论不论A、B间距离多间距离多大，问带电粒子何时大，问带电粒子何时释放，带电粒子一定释放，带电粒子一定能通过能通过B孔孔？带电粒子在带电粒子在T/4前释放，一前释放，一定能通过定能通过B孔孔.你现在浏览的是第二十三页，
19、共28页 例例4:两个相距为两个相距为d=1.5 m的平行金属板的平行金属板,有正对着的两小孔有正对着的两小孔A、B,如图甲所示如图甲所示,两板间加如图乙所示的交变电场两板间加如图乙所示的交变电场,u=1.08104V,交交变电压的周期变电压的周期T=1.0106s,t=0时刻时刻A板电势高，一质量为板电势高，一质量为m,带电量为带电量为+q的带电粒子的带电粒子,在在t=T/6时刻在时刻在A孔处无初速释放孔处无初速释放,带电带电粒子比荷粒子比荷q/m=1.0108C/kg,问问:粒子运动过程中将与某一极板相碰撞粒子运动过程中将与某一极板相碰撞,求从开始运动到粒子求从开始运动到粒子与极板碰撞所用
20、时间与极板碰撞所用时间.AB甲图甲图U/vt/su-u乙图乙图TT/2你现在浏览的是第二十四页，共28页t/sU-UTT/2T/67T/6t/s v/m/s0ABT/3 T/3 T/3粒子在粒子在T/2时刻时刻(即运动了即运动了T/3时间时间)速度速度 v=aT/3=2.4105m/s 向右位移向右位移s=(v/2)2T/3=8102m简解：简解：a=qU/dm=7.21011m/s2 粒子在运动的一个周期内粒子在运动的一个周期内向右运动向右运动8102m 然后再向左运动然后再向左运动2102m 所以在一个周期内粒子位所以在一个周期内粒子位移向右移向右,为为x=610-2m粒子在粒子在T时刻时
21、刻(即运动了即运动了5T/6时间时间)速度速度 v=aT/6=1.2105m/s 反向位移反向位移s=(v/2)T/3=2102m你现在浏览的是第二十五页，共28页粒子在粒子在24个周期内运动的位移个周期内运动的位移246102m=1.44 m粒子在粒子在24个周期内向右运动的最大个周期内向右运动的最大 距离距离为为236 102m 8 102m=1.46m 所以第所以第25个周期内个周期内,粒子只要向右运动粒子只要向右运动0.06m 就通过就通过B孔孔 AB1.44 mt/s v0s s T/32T/3 对往复运动特别要关注最对往复运动特别要关注最后一个周期内的运动情况后一个周期内的运动情况
22、.t总=24T+T/3+t =2.44310-5s1.46mT=1.010-6sd=1.5 m是否是否=2.510-5sx=610-2m你现在浏览的是第二十六页，共28页带电粒子在电场中的运动，与力学带电粒子在电场中的运动，与力学中的各种运动类似。分析规律同力中的各种运动类似。分析规律同力学。区别在于受力分析时要增加电学。区别在于受力分析时要增加电场力分析。场力分析。你现在浏览的是第二十七页，共28页拓展：拓展：(1)若电子在若电子在t=0时刻进入电场，经时间时刻进入电场，经时间2T，刚好到达，刚好到达B板，板，则则A、B之间的距离应满足什么条件？之间的距离应满足什么条件？(2)为使带电粒子到
23、达为使带电粒子到达B板的速度最大，板的速度最大，A、B之间的距离之间的距离又应满足什么条件？又应满足什么条件？例例3.在电场中的等势面是一族互相平行的平面，间隔均为在电场中的等势面是一族互相平行的平面，间隔均为d，各等势面的电势如图所示，现有一质量为，各等势面的电势如图所示，现有一质量为m的带电小的带电小球，以大小为球，以大小为v0的速度射入电场，的速度射入电场，v0的方向与水平方向成的方向与水平方向成300斜向上，要使质点做直线运动，则斜向上，要使质点做直线运动，则（1）小球带何种电荷？电量为多少？）小球带何种电荷？电量为多少？（2）在入射方向的最大位移是多少？）在入射方向的最大位移是多少？你现在浏览的是第二十八页，共28页