带电粒子在电场中的运动教学课件.ppt

1、 1.9 1.9 带电粒子在电场中的运动带电粒子在电场中的运动南昌市第一中学南昌市第一中学 张勇治张勇治第一章：静电场第一章：静电场 基本思路基本思路 1 1.在匀强电在匀强电场中场中 牛牛顿第二定律与运动规律综合顿第二定律与运动规律综合处理处理 动动能能定理定理2.2.在非匀强电场中在非匀强电场中 应用能量观点分析问题应用能量观点分析问题,需注意带电粒子与带电微粒需注意带电粒子与带电微粒的区别的区别.(初速度为零时初速度为零时)(初速度不为零初速度不为零,且且V V0 0E)E)注注:部分题目也可用牛顿运动定律和运动学公式求解部分题目也可用牛顿运动定律和运动学公式求解一、带电粒子一、带电粒子

2、(微粒微粒)在电场中的在电场中的直线加速直线加速问题问题12=20mV12= dv0LFvv0+带电粒子以带电粒子以垂直垂直匀强匀强电场的场强方向射入电场的场强方向射入电场，若不计粒子的电场，若不计粒子的重力，则做重力，则做类似平抛类似平抛运动运动。运动的合成和分解（类平抛运动）运动的合成和分解（类平抛运动）沿电场力方向沿电场力方向探究探究:带电粒子在带电粒子在匀强匀强电场中的偏转电场中的偏转沿初速度方向：速度为沿初速度方向：速度为 v v0 0的匀速直线运动的匀速直线运动V0E时：时：运动分析运动分析=VVx=tvx1=atV= dv0L二二、带电粒子在、带电粒子在匀强匀强电场中的偏转电场中

3、的偏转+F+vv0偏转角偏转角侧移侧移粒子质量为粒子质量为m m，带电量，带电量为为+q,+q,初速度初速度v v0 0，从两，从两板的中线进入两板之板的中线进入两板之间间;两板间电压为两板间电压为U U要判断粒子是否出了电场要判断粒子是否出了电场设粒子能穿过电场设粒子能穿过电场(1)(1)粒子在电场中运动的时间粒子在电场中运动的时间:V0E时：时：daty21212=竖直方向上的位移要求竖直方向上的位移要求dvLmdqU 20)(mdqUa= 类平抛类平抛运动运动(2)(2)粒子飞出极板时在垂直极板方向偏移的距离粒子飞出极板时在垂直极板方向偏移的距离与粒子比荷与粒子比荷q/m成正比成正比与粒

4、子初速度与粒子初速度v0平方成反比平方成反比与电场的属性与电场的属性U.L.d有关有关二二、带电粒子在、带电粒子在匀强匀强电场中的偏转电场中的偏转dv0L+F+vv0V V0 0EE匀强电场时匀强电场时20222121vLmdqUaty =0tmFa=mqE=mdqU= dv0L+F+vv0V V0 0E E 匀强电场时匀强电场时 粒子做类平抛运动粒子做类平抛运动(2)(2)若以相同的动能射入，则若以相同的动能射入，则 yq(1)(1)若以相同的速度射入，则若以相同的速度射入，则 yq/m(3)(3)若经相同电压若经相同电压U U0 0加速后射入，则加速后射入，则 y与与 q、m无关，随加速无

5、关，随加速电压的增大而减小，随偏电压的增大而减小，随偏转电压的增大而增大转电压的增大而增大对于不同的带电粒子对于不同的带电粒子偏转公式的讨论偏转公式的讨论20222121vLmdqUaty =0220242dUULmdvqULy= 类平抛类平抛运动运动dv0L+F+vv0V0E匀强电场时匀强电场时二二、带电粒子在、带电粒子在匀强匀强电场中的偏转电场中的偏转(3)(3)粒子飞出电场时的速度粒子飞出电场时的速度大小大小和方向和方向(4)(4)粒子从进入电场到飞出电场时的位移粒子从进入电场到飞出电场时的位移大小大小和方向和方向a a22yLX=Ly=a atan202mdvqUL=a atan2=0

6、tmFa=mqE=mdqU=dmvqUL0=atvy=2v=0tanv=q qdmvqUL20= dv0LFvv0+1、受力分析：、受力分析：粒子受到竖直向下的电场力粒子受到竖直向下的电场力 F FEqEq=qU/dqU/d。2、运动规律分析、运动规律分析:粒子作类平抛运动粒子作类平抛运动x x方向方向:匀速直线运动匀速直线运动y y方向方向:匀加速直线运动匀加速直线运动amdqU=归纳归纳 归纳归纳dv0LFvv0+3、位移：、位移：4、速度：、速度：5、离开电场时、离开电场时的位移和速度偏的位移和速度偏转角度的关系转角度的关系=tvL20222121vLmdqUaty =x方向方向:y方向

7、方向:x方向方向:y方向方向:tan=q qatan2dmvqUL0=atvy=VV 三三、示波管、示波管的的原理原理X XX X、y y、（1 1）示波器：用来观察电信号随时间变化的电子仪器。）示波器：用来观察电信号随时间变化的电子仪器。其核心部分是示波管其核心部分是示波管（2 2）示波管的构造：由）示波管的构造：由电子枪、偏转电极和荧光屏电子枪、偏转电极和荧光屏 组成（管内抽成真空组成（管内抽成真空.如图）。如图）。X XX X、y y、y y 如果在偏转电极如果在偏转电极XXXX、YYYY上上不加电压，电子不加电压，电子如何运动？如果在偏转电极如何运动？如果在偏转电极XXXX上不加电压，

8、偏转上不加电压，偏转电极电极YYYY上加电压电子又如何运动？上加电压电子又如何运动？ 三三、示波管、示波管的的原理原理X XX X、y y、X XX X、y y、y y（3 3）原理：利用了电子的惯性小、荧光物质的荧光特）原理：利用了电子的惯性小、荧光物质的荧光特性和人的视觉暂留等，灵敏、直观地显示出电信号随性和人的视觉暂留等，灵敏、直观地显示出电信号随间变化的图线。间变化的图线。 dv0LbOXP匀速直匀速直线运动线运动0v01vbt=距中心点距中心点:OP=y+Vyt1OPybLL=22三三、示波管、示波管的的原理原理讨论与交流讨论与交流巩固巩固:推出偏移推出偏移yy的表达式的表达式 b0

9、vyPO匀速直线运动匀速直线运动 思考：相距为思考：相距为d d长度为长度为 l l的平行板的平行板A A、B B加上电压后，可加上电压后，可在在A A、B B之间的空间产生匀强电场。有一电量为之间的空间产生匀强电场。有一电量为+q+q、质、质量为量为m m的粒子以初速度的粒子以初速度v v0 0沿与沿与A A、B B板平行的方向从板平行的方向从ABAB连线的中点连线的中点O O射入。不计重力，要使此粒子能从电场射入。不计重力，要使此粒子能从电场中射出，则中射出，则A A、B B间的电压应满足什么条件？间的电压应满足什么条件？带电粒子在电场中的偏转的临界问题带电粒子在电场中的偏转的临界问题22

10、20qldmvU 22202dmdvqUly=+-d v0 A O B C 例例1.1.如图所示，水平放置的平行金属板如图所示，水平放置的平行金属板A A、B B，已知板，已知板长长L L10cm10cm，板间的距离，板间的距离d d2cm2cm，质量为，质量为5 51010-8-8kgkg的的带电微粒以带电微粒以v v0 02m/s2m/s的速度，从两板的中央垂直电场的速度，从两板的中央垂直电场线方向飞入板间，当线方向飞入板间，当U UABAB10103 3V V时，带电粒子恰好沿直时，带电粒子恰好沿直线穿过板间，则线穿过板间，则A A、B B间电压在什么范围内带电微粒能间电压在什么范围内带

11、电微粒能从板间飞出从板间飞出?VUVAB1800200 例例2.2.质子质子(质量为质量为m m、电量为、电量为e)e)和二价氦离子和二价氦离子(质量为质量为4m4m、电量为、电量为2e)2e)以相同的初动能垂直射以相同的初动能垂直射入同一偏转电场中，离开电场后，它们的入同一偏转电场中，离开电场后，它们的偏转角正切之比为偏转角正切之比为 ，侧移之比为侧移之比为 。qtandmvqUl20=dmvqUly2022= 例例3.3.如图所示，二价氦离子和质子的混合体，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经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ydUlU1224=与粒子与粒子的电量的电量q.q.质量质量m m无无关关