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1、关于高中物理带电粒子在电场中的运动精品现在学习的是第1页，共48页1.8 1.8 带电粒子在电场带电粒子在电场 中的运动中的运动(2(2课时课时)新课标高中物理选修31第一章 静电场现在学习的是第2页，共48页3 3、某些带电体是否考虑重力，要根据题目暗示或运动、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状态来判定电场中的带电粒子一般可分为两类：电场中的带电粒子一般可分为两类：1 1、带电的基本粒子：如电子，质子，、带电的基本粒子：如电子，质子，粒子，正负离子粒子，正负离子等。这些粒子所受重力和电场力相比小得多，除非有等。这些粒子所受重力和电场力相比小得多，除非有说明或明确的暗示以
2、外，一般都不考虑重力。（但并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）。不能忽略质量）。2 2、带电微粒：如带电小球、液滴、尘埃等。除非有说明或、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。明确的暗示以外，一般都考虑重力。第一课时第一课时现在学习的是第3页，共48页带电粒子在匀强电场中带电粒子在匀强电场中运动情况：运动情况：受到恒定的电场力受到恒定的电场力受力情况：受力情况：做匀变速运动做匀变速运动现在学习的是第4页，共48页一一.带电粒子在电场中的加速带电粒子在电场中的加速用牛顿运动定律分析用牛顿运动定律分析用动能定理分析用动能定理分析E
3、1（加速电压）（加速电压）现在学习的是第5页，共48页qUm+_带电粒子的加速带电粒子的加速 d d1 1、受力分析、受力分析:水平向右的电场力水平向右的电场力 F FEq=qU/dEq=qU/dF F2 2、运动分析、运动分析:初初速速度度为为零零，加加速速度度为为a=qU/mda=qU/md的的向向右右匀匀加加速速直线运动直线运动。解法一运用运动学知识求解解法一运用运动学知识求解解法二运用能量知识求解解法二运用能量知识求解粒子加速后的速度只与加速电压有关粒子加速后的速度只与加速电压有关现在学习的是第6页，共48页思考题思考题 如如两两极极板板间间不不是是匀匀强强电电场场该该用用何种方法求解
4、？为什么？何种方法求解？为什么？由于电场力做功与场强是由于电场力做功与场强是否匀强无关，与运动路径也无否匀强无关，与运动路径也无关，第二种方法关，第二种方法仍仍适用！适用！现在学习的是第7页，共48页所以所以例例1现在学习的是第8页，共48页 结论：结论：由于电场力做功与场强是否匀由于电场力做功与场强是否匀强无关，与运动路径也无关，所以在处强无关，与运动路径也无关，所以在处理电场对带电粒子的理电场对带电粒子的加速加速问题时，一问题时，一般都是利用般都是利用动能定理动能定理进行处理。进行处理。现在学习的是第9页，共48页 例例2：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
5、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，下列叙述正板运动，则关于电子在两板间的运动情况，下列叙述正确的是：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，两板间距离越小，加速度就越大，则电子到达则电子到达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板时的速度与板间距离无关，仅与加速电压有关无关，仅与加速电压有关D.电子的加速度和末速度都与板间电子的加速度和末速度都与板间距离无关距离无关 AC 现在学习的是第10页，共48页 ld+-+Uv0q、m二二.带电粒子在电场中的偏转带电粒子在电场中的
6、偏转现在学习的是第11页，共48页 ld+-+Uv0q、mF+vv0vyy偏转角偏转角侧移侧移二二.带电粒子在电场中的偏转带电粒子在电场中的偏转试根据类平抛运动的知识，推导偏移量试根据类平抛运动的知识，推导偏移量 y和偏转角和偏转角现在学习的是第12页，共48页1.1.受受力力分分析析：粒粒子子受受到到竖竖直直向向下下的静电力的静电力F FEqEq=qU/dqU/d。2 2.运动规律分析运动规律分析:粒子作粒子作类平抛类平抛运动运动。x x方向：方向：匀速直线运动匀速直线运动Y Y方方向向：加加速速度度为为 的的匀匀加加速速直直线线运动运动。v v v v0 0vy 3.3.x方向方向 4.4
7、.y方向方向 5 5、离开电场时的偏转角度的正切：、离开电场时的偏转角度的正切：y y v v0 0vy F Fv v+-v0YdUY Y q L L现在学习的是第13页，共48页结论：带电粒子初速度垂直于电场方向飞入匀强结论：带电粒子初速度垂直于电场方向飞入匀强电场的问题就是一个电场的问题就是一个类平抛类平抛的问题。的问题。粒子在与电场垂直的方向上做粒子在与电场垂直的方向上做匀速直线运动匀速直线运动粒子在与电场平行的方向上做粒子在与电场平行的方向上做初速为零的匀加初速为零的匀加速运动速运动现在学习的是第14页，共48页例例3现在学习的是第15页，共48页 L L三、三、加速和偏转一体加速和偏
8、转一体+-vv0vy+_U1U2v0-qmy现在学习的是第16页，共48页 让一价氢离子、一价氦离子和二价氦离子的混合物经过让一价氢离子、一价氦离子和二价氦离子的混合物经过同一加速电场由静止开始加速，然后在同一偏转电场里偏同一加速电场由静止开始加速，然后在同一偏转电场里偏转，在通过加速电场时获得的动能是否相同？通过偏转电转，在通过加速电场时获得的动能是否相同？通过偏转电场时，它们是否会分为三股？请说明理由。场时，它们是否会分为三股？请说明理由。答案：答案：通过加速电场时获得的动能通过加速电场时获得的动能E Ek k=qUqU,加速电压相同，加速电压相同，二价氦离子电荷量最大，所以二价氦离子获得
9、动能最大。二价氦离子电荷量最大，所以二价氦离子获得动能最大。粒子的偏转量和偏转角由加速电场和偏转电场决定，粒子的偏转量和偏转角由加速电场和偏转电场决定，所以三种粒子不可能分开为三股。所以三种粒子不可能分开为三股。vvyy L L+-v0+-U1U2v0-qm思思考考题题现在学习的是第17页，共48页1 1、试证明：带电粒子垂直进入偏转电场，离开电场时就、试证明：带电粒子垂直进入偏转电场，离开电场时就、试证明：带电粒子垂直进入偏转电场，离开电场时就、试证明：带电粒子垂直进入偏转电场，离开电场时就好象是从初速度所在直线的好象是从初速度所在直线的好象是从初速度所在直线的好象是从初速度所在直线的中点沿
10、直线中点沿直线中点沿直线中点沿直线离开电场的。离开电场的。离开电场的。离开电场的。x强化练习强化练习现在学习的是第18页，共48页 作业作业1 1：离子发生器发射出一束质量为：离子发生器发射出一束质量为mm，电荷量为，电荷量为q q的的负离子，从静止负离子，从静止 经加速电压经加速电压U U 1 1 加速后，获得速度加速后，获得速度v v0 0 ，并，并沿垂直于电场线方向射入两平行板中央，受偏转电压沿垂直于电场线方向射入两平行板中央，受偏转电压U U2 2作作用后，以速度用后，以速度离开电场，已知平行板长为离开电场，已知平行板长为，两板间距离为，两板间距离为d d，1 1）离子在偏转电场中运动
11、）离子在偏转电场中运动 的时间、加速度、速度的时间、加速度、速度 的大小；的大小；2 2）离子在离开偏转电场时）离子在离开偏转电场时 的沿电场方向的偏移量和偏的沿电场方向的偏移量和偏转角的正切值。转角的正切值。l+-u u1 1dv v0 0 求：求：现在学习的是第19页，共48页 作作业业2：一一束束电电子子流流经经 U=5000V 的的电电压压加加速速后后，在在距距两两极极板板等等间间距距处处垂垂直直进进入入平平行行板板间间的的匀匀强强电电场场中中，若若两两板板间间距距 d=1.0cm，板板长长 l=5.0cm，那那么么，要要使使电电子子能能从从平平行行板板间间飞飞出出，两两个个板板之之间
12、间的的电电压压最最多能加多少？多能加多少？现在学习的是第20页，共48页四四、示波器的原理、示波器的原理（第二课时）（第二课时）1.示波器作用：是一种用来观察电信号随时间变化的电子仪器。2.它的核心部件是示波管：由电子枪、偏转电极和荧光屏组成，管内抽成真空。现在学习的是第21页，共48页产生产生高速高速飞行飞行的的电子束电子束待显示待显示的电的电压信号压信号锯齿形锯齿形扫描扫描电压电压使电子沿使电子沿Y Y方向方向偏移偏移使电子沿使电子沿x x方方向向偏移偏移四、示波器的原理四、示波器的原理现在学习的是第22页，共48页已知：已知：U1、l、YY偏转电极的电压偏转电极的电压U2、板间距、板间距
13、d、板端板端到荧光屏的距离到荧光屏的距离L。求：电子射出偏转电场时的偏向角正切值求：电子射出偏转电场时的偏向角正切值tan及打到屏上及打到屏上电子的偏移量电子的偏移量y。偏移量与偏移量与YY偏转偏转电极的电压电极的电压U2成正成正比比3.原理原理现在学习的是第23页，共48页1 1）、如果在电极）、如果在电极XXXX之间不加电压，而在之间不加电压，而在YYYY之间加之间加不变电压不变电压，使，使Y Y的电势比的电势比YY高，电子将高，电子将打在荧光屏的什么位置？打在荧光屏的什么位置？电子沿电子沿Y Y方向方向向上向上偏移偏移四、示波器的原理四、示波器的原理现在学习的是第24页，共48页2 2）
14、、如果在电极）、如果在电极XXXX之间不加电压，而在之间不加电压，而在YYYY之间加之间加不变电压不变电压，使，使YY的电势比的电势比Y Y高，电高，电子将打在荧光屏的什么位置？子将打在荧光屏的什么位置？电子沿电子沿Y Y方向方向向下向下偏移偏移四、示波器的原理四、示波器的原理现在学习的是第25页，共48页3 3）、）、如果在电极如果在电极 YY之间不加电压，但在之间不加电压，但在XX之间加之间加不变电压不变电压，使，使X的电势比的电势比X高，电子将打高，电子将打在荧光屏的什么位置？在荧光屏的什么位置？电子沿电子沿X X方向方向向里向里偏移偏移四、示波器的原理四、示波器的原理现在学习的是第26
15、页，共48页4 4）、）、如果在电极如果在电极 YY之间不加电压，但在之间不加电压，但在XX之之间加间加不变电压不变电压，使，使X的电势比的电势比X高，电子将打在荧高，电子将打在荧光屏的什么位置？光屏的什么位置？电子沿电子沿X X方向方向向外向外偏移偏移四、示波器的原理四、示波器的原理现在学习的是第27页，共48页5 5）、如果在电极）、如果在电极XXXX之间不加电压，但在之间不加电压，但在YYYY之间加如图所示的之间加如图所示的交变电压交变电压，在荧光屏上会，在荧光屏上会看到什么图形？看到什么图形？0tt0tt1 1电子沿电子沿Y Y方方向向向上向上偏移偏移四、示波器的原理四、示波器的原理现
16、在学习的是第28页，共48页6 6）、如果在电极）、如果在电极XXXX之间不加电压，但在之间不加电压，但在YYYY之间加如图所示的之间加如图所示的交变电压交变电压，在荧光屏上会看到，在荧光屏上会看到什么图形？什么图形？t t1 1tttt2 2电子沿电子沿Y Y方方向向向下向下偏移偏移四、示波器的原理四、示波器的原理现在学习的是第29页，共48页7 7）、如果在）、如果在YYYY之间加如图所示的之间加如图所示的交变电压交变电压，同时在同时在XXXX之间加之间加不变电压不变电压，使，使X X的电势比的电势比XX高高，在荧光屏上会看到什么图形？在荧光屏上会看到什么图形？0tt0tt1 1电子沿电子
17、沿Y Y方方向向向上向上偏，沿偏，沿X X方方向向向里向里偏偏四、示波器的原理四、示波器的原理现在学习的是第30页，共48页8 8）、如果在）、如果在YYYY之间加如图所示的之间加如图所示的交变电压交变电压，同时在同时在XXXX之间加之间加不变电压不变电压，使，使X X的电势比的电势比XX高，在荧光屏上会看到什么图形？高，在荧光屏上会看到什么图形？t t1 1tttt2 2电子沿电子沿Y Y方方向向向下向下偏，沿偏，沿X X方方向向向里向里偏偏四、示波器的原理四、示波器的原理现在学习的是第31页，共48页8 8）、如果在）、如果在YYYY之间加如图所示的之间加如图所示的交变电压交变电压，同时在
18、同时在XXXX之间加之间加不变电压不变电压，使，使XX的电势比的电势比X X高，在荧光屏上会看到什么图形？高，在荧光屏上会看到什么图形？电子沿电子沿Y Y方向方向向上向上向下向下偏，沿偏，沿X X方向方向向外向外偏偏四、示波器的原理四、示波器的原理现在学习的是第32页，共48页1010）、如果在）、如果在YYYY之间加如图所示的之间加如图所示的交变电压交变电压，同时在同时在XXXX之间加之间加锯齿形扫描电压锯齿形扫描电压，在荧光屏，在荧光屏上会看到什么图形？上会看到什么图形？XYOA B CD E FA B CD E FABOCt1DEFt2四、示波器的原理四、示波器的原理现在学习的是第33页
19、，共48页课堂小结：课堂小结：一、利用电场使带电粒子加速一、利用电场使带电粒子加速二、利用电场使带电粒子偏转二、利用电场使带电粒子偏转从动力学和运动学角度分析从动力学和运动学角度分析从做功和能量的角度分析从做功和能量的角度分析类似平抛运动类似平抛运动的分析方法的分析方法粒子在与电场垂直的方向上做粒子在与电场垂直的方向上做匀速直线运动匀速直线运动粒子在与电场平行的方向上做粒子在与电场平行的方向上做初速度为零的匀加速运动初速度为零的匀加速运动现在学习的是第34页，共48页2 2、下列粒子由静止经加速电压为下列粒子由静止经加速电压为U U的电场加速后，的电场加速后，哪种粒子动能最大哪种粒子动能最大
20、（）哪种粒子速度最大哪种粒子速度最大 （）A A、质子、质子 B B、电子、电子 C C、氘核、氘核 D D、氦核、氦核 强化练习强化练习与与电量电量成正比成正比与与比荷平方比荷平方根根成正比成正比D DBe/m1840e/me/2m2e/4m现在学习的是第35页，共48页3 3、如图所示，如图所示，MM、N N是在真空中竖直放置的两块平行金是在真空中竖直放置的两块平行金属板，质量为属板，质量为mm、电量为、电量为+q+q的质子，以极小的初速的质子，以极小的初速度由小孔进入电场，当度由小孔进入电场，当MM、N N间电压为间电压为U U时，粒子到时，粒子到达达N N板的速度为板的速度为v，如果要
21、使这个带电粒子到达，如果要使这个带电粒子到达N N板板的速度为的速度为2 2v ，则下述方法能满足要求的是（，则下述方法能满足要求的是（）A A、使、使MM、N N间电压增加为间电压增加为2U 2U B B、使、使MM、N N间电压增加为间电压增加为4U 4U C C、使、使MM、N N间电压不变，距离减半间电压不变，距离减半 DD、使、使MM、N N间电压不变，距离加倍间电压不变，距离加倍 MMN NU Ud d+v与与电压平方电压平方根根成正比成正比B强化练习强化练习现在学习的是第36页，共48页4 4、质量为质量为质量为质量为mmmm、带电量为、带电量为、带电量为、带电量为q q q q
22、的粒子以初速度的粒子以初速度v v从中线垂直进从中线垂直进从中线垂直进从中线垂直进入偏转电场，刚好离开电场，它在离开电场后偏转角正入偏转电场，刚好离开电场，它在离开电场后偏转角正入偏转电场，刚好离开电场，它在离开电场后偏转角正入偏转电场，刚好离开电场，它在离开电场后偏转角正切为切为切为切为0.50.50.50.5，则下列说法中正确的是，则下列说法中正确的是 A A A A、如果偏转电场的电压为原来的一半，则粒子离开电场后、如果偏转电场的电压为原来的一半，则粒子离开电场后、如果偏转电场的电压为原来的一半，则粒子离开电场后、如果偏转电场的电压为原来的一半，则粒子离开电场后的偏转角正切为的偏转角正切
23、为的偏转角正切为的偏转角正切为0.250.250.250.25 B B B B、如果带电粒子的比荷为原来的一半，则粒子离开电、如果带电粒子的比荷为原来的一半，则粒子离开电、如果带电粒子的比荷为原来的一半，则粒子离开电、如果带电粒子的比荷为原来的一半，则粒子离开电场后的偏转角正切为场后的偏转角正切为场后的偏转角正切为场后的偏转角正切为0.250.250.250.25 C C、如果带电粒子的初速度为原来的、如果带电粒子的初速度为原来的、如果带电粒子的初速度为原来的、如果带电粒子的初速度为原来的2 2 2 2倍，则粒子离开电倍，则粒子离开电倍，则粒子离开电倍，则粒子离开电场后的偏转角正切为场后的偏转
24、角正切为场后的偏转角正切为场后的偏转角正切为0.250.250.250.25 D D D D、如果带电粒子的初动能为原来的、如果带电粒子的初动能为原来的2 2 2 2倍，则粒子离倍，则粒子离开电场后的偏转角正切为开电场后的偏转角正切为0.250.250.250.25强化练习强化练习现在学习的是第37页，共48页5 5、质子、质子(质量为质量为mm、电量为、电量为e)e)和二价氦离子和二价氦离子(质量质量为为4m4m、电量为、电量为2e)2e)以相同的以相同的初动能初动能垂直射入垂直射入同一偏转电场中，离开电场后，它们的偏转同一偏转电场中，离开电场后，它们的偏转角正切之比为角正切之比为 ，侧移之
25、比为，侧移之比为 。与与电量电量成正比成正比与与电量电量成正比成正比2:12:1强化练习强化练习现在学习的是第38页，共48页6 6、三个电子在同一地点沿同一直线垂直飞入偏转、三个电子在同一地点沿同一直线垂直飞入偏转电场，如图所示。则由此可判断（电场，如图所示。则由此可判断（）A A、b b和和c c同时飞离电场同时飞离电场 B B、在、在b b飞离电场的瞬间，飞离电场的瞬间，a刚好打在下极板上刚好打在下极板上 C C、进入电场时，、进入电场时，c c速度最大，速度最大，a速度最小速度最小 D D、c c的动能增量最小，的动能增量最小，a和和b b的动能增量一样大的动能增量一样大 强化练习强化
26、练习现在学习的是第39页，共48页析与解析与解现在学习的是第40页，共48页7 7、如图，电子在电势差为如图，电子在电势差为U U1 1的加速电场中由静止开始的加速电场中由静止开始加速，然后射入电势差为加速，然后射入电势差为U U2 2的两块平行极板间的电场中，的两块平行极板间的电场中，入射方向跟极板平行。整个装置处在真空中，重力可忽略。入射方向跟极板平行。整个装置处在真空中，重力可忽略。在满足电子能射出平行板区的条件下，下述四种情况中，在满足电子能射出平行板区的条件下，下述四种情况中，一定能使电子的偏转角一定能使电子的偏转角 变大的是变大的是 （）A A、U U1 1变大、变大、U U2 2
27、变大变大 B B、U U1 1变小、变小、U U2 2变大变大C C、U U1 1变大、变大、U U2 2变小变小 D D、U U1 1变小、变小、U U2 2变小变小强化练习强化练习现在学习的是第41页，共48页析与解析与解对加速过程由动能定理：对加速过程由动能定理：对偏转过程由偏转角正切公式：对偏转过程由偏转角正切公式：与粒子的与粒子的电量电量q q、质量、质量mm无关无关现在学习的是第42页，共48页8 8、如图所示，二价氦离子和质子的混合体，经、如图所示，二价氦离子和质子的混合体，经同一加速电场加速后，垂直射入同一偏转电同一加速电场加速后，垂直射入同一偏转电场中，偏转后，打在同一荧光屏
28、上，则它们场中，偏转后，打在同一荧光屏上，则它们（）A A、侧移相同、侧移相同 B B、偏转角相同、偏转角相同 C C、到达屏上同一点、到达屏上同一点 D D、到达屏上不同点、到达屏上不同点与粒子的与粒子的电量电量q q、质量质量mm无关无关强化练习强化练习现在学习的是第43页，共48页作业作业1 1如图所示，有一电子如图所示，有一电子(电量为电量为e e、质量为、质量为m)m)经电压经电压U U0 0加速后，沿平行金属板加速后，沿平行金属板A A、B B中心线进中心线进入两板，入两板，A A、B B板间距为板间距为d d、长度为、长度为L L，A A、B B板板间电压为间电压为U U，屏，屏
29、CDCD足够大，距离足够大，距离A A、B B板右边缘板右边缘2L2L，ABAB板的中心线过屏板的中心线过屏CDCD的中心且与屏的中心且与屏CDCD垂垂直。试求电子束打在屏上的位置到屏中心间的距直。试求电子束打在屏上的位置到屏中心间的距离。离。强化练习强化练习现在学习的是第44页，共48页析与解析与解电子离开电场，就好象从中点沿直线离开的：电子离开电场，就好象从中点沿直线离开的：对加速过程由动能定理：对加速过程由动能定理：现在学习的是第45页，共48页1111、质量为质量为110110-25-25kgkg、电量为、电量为110110-16-16C C的带的带电粒子以电粒子以2102106 6m/sm/s速度从水平放置的平行金速度从水平放置的平行金属板属板A A、B B中央沿水平方向飞入板间，如图所中央沿水平方向飞入板间，如图所示。已知板长示。已知板长L L10cm10cm，间距，间距d d2cm2cm，当，当ABAB间电压在间电压在 范围内时，此带电粒子能范围内时，此带电粒子能从板间飞出。从板间飞出。v0+-强化练习强化练习现在学习的是第46页，共48页v0+-析与解析与解对偏转过程由偏转角正切公式：对偏转过程由偏转角正切公式：或对偏转过程由侧移公式：或对偏转过程由侧移公式：现在学习的是第47页，共48页感感谢谢大大家家观观看看现在学习的是第48页，共48页