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

第一章靜電場 第九節(jié)帶電粒子在電場中的運動 帶電粒子在電場中要受到哪些力的作用 對于象質(zhì)子 電子 離子等帶電微粒在電場中運動時 我們怎樣處理它們的受力 帶電粒子在電場中通常要受到重力和電場力 質(zhì)子 電子 離子等帶電微粒所受重力一般遠小于電場力 重力可以忽略 重力勢能就可以不考慮 研究運動前的 熱身 帶電粒子在電場中運動時 所受電場力對粒子產(chǎn)生加速度 改變粒子的速度 電場力 合外力 對粒子做功 改變粒子的動能 帶電粒子在均強電場中運動時 運動有什么特點 帶電粒子在均強電場中運動時 所受電場力是恒力 產(chǎn)生恒定的加速度 所以帶電粒子在均強電場中的運動跟物體在重力場中的自由落體和拋體運動相似 帶電粒子在電場中運動時 電場力對粒子的運動有什么效果 研究帶電粒子運動的主要工具 電場力加速度電場力的功動能定理 f qe a f m w qu 粒子的運動象重力場中的什么運動 不計粒子重力 v0 0 自由落體 你答對了 粒子的運動象重力場中的什么運動 不計粒子重力 上拋運動 你答對了 粒子的運動象重力場中的什么運動 不計粒子重力 平拋運動 你答對了 下面我們來研究電場對帶電粒子的加速問題 方法1 從動力學(xué)和運動學(xué)角度分析粒子被加速 動力學(xué) f qe a f m 運動學(xué) 方法 從做功和能量的角度分析粒子被加速 粒子只受到電場力做功 還有問題 如果不是勻強電場 上面公式是否適用 由于電場力做功與場強是否勻強無關(guān) 與運動路徑也無關(guān) 上面公式仍適用 顯然 用功能關(guān)系解題簡便 電荷量為e的電子從金屬絲移動到金屬板 兩處的電勢差為u 電勢能變化 減少 為eu 電勢能的變化全部轉(zhuǎn)化為電子的動能 解 所以 例1 實驗表明 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的速度為零 結(jié)論 由于電場力做功與場強是否勻強無關(guān) 與運動路徑也無關(guān) 所以在處理電場對帶電粒子的加速問題時 一般都是利用動能定理進行處理 下面我們來研究電場對帶電粒子的偏轉(zhuǎn)問題 不計重力 初速度垂直于電場方向飛入勻強電場 處理方法 粒子在與電場垂直的方向上做勻速直線運動 粒子在與電場平行的方向上做初速度為零的勻加速運動 類似平拋運動的分析方法 l q v v0 vy y vx v0 x t vy at y v0 f s s 離開電場時偏移量 離開電場時偏轉(zhuǎn)角 在電場中飛行時間 例題2 一電子水平射入如圖所示的電場中 射入時的速度v0 3 0x107m s 兩極板的長度為l 6 0cm 相距d 2cm 極板間電壓u 200v 求電子離開電場時偏轉(zhuǎn)的角度 y 電子離開電場時沿電場方向的分速度為vy 離開電場時的偏轉(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方向飛入勻強電場的問題就是一個類平拋的問題 粒子在與電場垂直的方向上做勻速直線運動 粒子在與電場平行的方向上做初速為零的勻加速運動 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 已知平行板長為 兩板間距離為d 求 1 離子在偏轉(zhuǎn)電場中運動的時間 加速度 速度 的大小 2 離子在離開偏轉(zhuǎn)電場時的橫向偏移量和偏轉(zhuǎn)角的正切值 解 l q v0 f u1 vy v0 由動能定理得到 即 v0 1 離子在偏轉(zhuǎn)電場中運動的時間 加速度 速度 的大小 t 加速度 a 速度 的大小 vy at v 時間 2 離子在離開偏轉(zhuǎn)電場時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) 只取決于加速電場和偏轉(zhuǎn)電場 和帶電粒子q m無關(guān) 只取決于加速電場和偏轉(zhuǎn)電場 思考題 讓一價氫離子 一價氦離子和二價氦離子的混合物經(jīng)過同一加速電場由靜止開始加速 然后在同一偏轉(zhuǎn)電場里偏轉(zhuǎn) 在通過加速電場時獲得的動能是否相同 通過偏轉(zhuǎn)電場時 它們是否會分為三股 請說明理由 答案 通過加速電場時獲得的動能ek qu 加速電壓相同 二價氦離子電荷量最大 所以二價氦離子獲得動能最大 粒子的偏轉(zhuǎn)量和偏轉(zhuǎn)角由加速電場和偏轉(zhuǎn)電場決定 所以三種粒子不可能分開為三股 你答對了嗎 3示波管的原理 示波器 課堂小結(jié) 一 利用電場使帶電粒子加速 二 利用電場使帶電粒子偏轉(zhuǎn) 從動力學(xué)和運動學(xué)角度分析 從做功和能量的角度分析 類似平拋運動的分析方法 粒子在與電場垂直的方向上做勻速直線運動 粒子在與電場平行的方向上做初速度為零的勻加速運動 1 如圖所示 邊長為l的正方形區(qū)域abcd內(nèi)存在著勻強電場 電量為q 動能為ek的帶電粒子從a點沿ab方向進入電場 不計重力 1 若粒子從c點離開電場 求電場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ek 則電場強度為多大 解 1 l v0t 所以 所以 2 若粒子由bc邊離開電場 l v0t 所以 所以 1 如圖所示 邊長為l的正方形區(qū)域abcd內(nèi)存在著勻強電場 電量為q 動能為ek的帶電粒子從a點沿ab方向進入電場 不計重力 1 若粒子從c點離開電場 求電場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ek 則電場強度為多大 2 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 a b是電場中的兩點 ab兩點的連線長為l且與電場線所夾的銳角為 一個質(zhì)量為m 電荷量為 q的帶電粒子以初速度v0 從a點垂直進入電場 該帶電粒子恰好能經(jīng)過b點 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 對反映電場本身性質(zhì)的物理量 例如電場方向 你能作出哪些定性判斷或求得哪些定量結(jié)果 1 因粒子帶負電且向下偏轉(zhuǎn) 故電場力方向向下 所以電場方向豎直向上 水平方向勻速運動 有 lsin v0t 豎直方向做初速度為零的勻加速運動 有 解得加速度 由qe ma 得電場強度大小 2 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 a b是電場中的兩點 ab兩點的連線長為l且與電場線所夾的銳角為 一個質(zhì)量為m 電荷量為 q的帶電粒子以初速度v0 從a點垂直進入電場 該帶電粒子恰好能經(jīng)過b點 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 對反映電場本身性質(zhì)的物理量 例如電場方向 你能作出哪些定性判斷或求得哪些定量結(jié)果 b點的電勢高于a點的電勢 有a b兩點間的電勢差為 2 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 a b是電場中的兩點 ab兩點的連線長為l且與電場線所夾的銳角為 一個質(zhì)量為m 電荷量為 q的帶電粒子以初速度v0 從a點垂直進入電場 該帶電粒子恰好能經(jīng)過b點 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 初動能 k0以及ab兩點的連線與電場線所夾的銳角 三個量 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 2 設(shè)初速度大小為v0 小球過b點豎直分速度為vy