1、第九节带电粒子在匀强电场中的运动第九节带电粒子在匀强电场中的运动第十节静电的利用和防止第十节静电的利用和防止(略略)目标概览目标概览学习目标：学习目标：1.理解带电粒子在电场中的运动规律，理解带电粒子在电场中的运动规律，并能分析解决加速和偏转的问题并能分析解决加速和偏转的问题2知道示波管的基本原理知道示波管的基本原理重点难点：重点难点：1.重点：带电粒子在匀强电场中的运动重点：带电粒子在匀强电场中的运动规律规律2难点：综合应用力学和电学知识处理偏转问题难点：综合应用力学和电学知识处理偏转问题学法指导：尝试用运动和能量两种方法解决带电粒学法指导：尝试用运动和能量两种方法解决带电粒子的运动，体会两
2、种方法的各自的优点子的运动，体会两种方法的各自的优点核心要点突破核心要点突破课堂互动讲练课堂互动讲练随堂达标自测随堂达标自测第第九九节节带电带电粒子粒子在匀在匀强电强电场中场中的运的运动动基础知识梳理基础知识梳理课时活页训练课时活页训练基础知识梳理基础知识梳理qU二、带电粒子的偏转二、带电粒子的偏转如图如图1391所示，质量为所示，质量为m，电，电荷量为荷量为q的带电粒子以速度的带电粒子以速度v0沿沿带电平行板电容器的中线进入电带电平行板电容器的中线进入电场，设板长场，设板长l，板间相距，板间相距d，两极板，两极板间电压为间电压为U，不计粒子的重力，忽，不计粒子的重力，忽略电容器的边缘效应，认
3、为带电略电容器的边缘效应，认为带电粒子从进入到离开电容器一直在粒子从进入到离开电容器一直在匀强电场中运动匀强电场中运动图图13911偏转的距离偏转的距离y沿电场线方向做沿电场线方向做_直线运动，加速度直线运动，加速度aF/m_qU/md.射出电场时沿电场线方向射出电场时沿电场线方向偏转的距离偏转的距离yat2/2，其中，其中t为飞行时间为飞行时间垂直于电场线方向做垂直于电场线方向做_运动，由运动，由_可可求得求得tl/v0，将，将a和和t代入代入yat2/2得得y _.匀加速匀加速匀速匀速lv0t思考思考(1)在处理带电粒子在电场中的运动时，什么情在处理带电粒子在电场中的运动时，什么情况下，用
4、运动学观点和能量观点都能处理？什况下，用运动学观点和能量观点都能处理？什么情况下，不能用运动学观点求解么情况下，不能用运动学观点求解？(2)在处理带电粒子在匀强电场中偏转问题时，在处理带电粒子在匀强电场中偏转问题时，与处理物体的平抛运动有哪些相似之处？与处理物体的平抛运动有哪些相似之处？【思考思考提示提示】(1)若在匀强电场中加速，可根据运动学观点或若在匀强电场中加速，可根据运动学观点或能量观点来处理能量观点来处理若在非匀强电场中加速，则只能根据能量观点若在非匀强电场中加速，则只能根据能量观点.(2)都利用运动分解处理都利用运动分解处理三、示波管的工作原理三、示波管的工作原理1示波管的结构示波
5、管的结构示波管的核心部件是示波管的核心部件是_，示波管，示波管由由_、_和和_组成，组成，管内抽成管内抽成_示波管示波管电子枪电子枪偏转电极偏转电极荧光屏荧光屏真空真空电子电子图图1392(2)示波管的原理图示波管的原理图图图1393图图1394偏转电极电压偏转方向亮斑坐标XX不加电压YY不加电压不偏转，直线传播x0y0XX不加电压YY加电压Uyx方向不偏转y轴方向偏转 XX加电压Ux YY不加电压x方向偏转y方向不偏转 偏转电极电压偏转方向亮斑坐标XX、YY都加电压两方向都偏转亮斑坐标(x，y)XX或YY加随时间变化的原电压偏转位移随时间变化亮斑变为亮线核心要点突破核心要点突破一、带电粒子的
6、重力是否考虑？一、带电粒子的重力是否考虑？在带电粒子的加速或偏转问题的讨论中，在带电粒子的加速或偏转问题的讨论中，经常会遇到是否考虑重力的困惑经常会遇到是否考虑重力的困惑若所讨论的问题中，带电粒子受到的重力远远小若所讨论的问题中，带电粒子受到的重力远远小于电场力，即于电场力，即mgqE，则可忽略重力的影响譬，则可忽略重力的影响譬如，一电子在电场强度为如，一电子在电场强度为4.0103 V/m的电场中，的电场中，它所受的电场力它所受的电场力FeE6.41016 N，它所受的，它所受的重力重力Gmg9.01030 N，F/G7.11013.可见，可见，重力在此问题中的影响微不足道，完全应该略去重力
7、在此问题中的影响微不足道，完全应该略去不计此时若考虑了重力，反而会给问题的解决不计此时若考虑了重力，反而会给问题的解决带来不必要的麻烦，要指出的是，忽略粒子的重带来不必要的麻烦，要指出的是，忽略粒子的重力并不是忽略粒子的质量力并不是忽略粒子的质量反之，若带电粒子所受的重力跟电场力可以比反之，若带电粒子所受的重力跟电场力可以比拟，譬如，在密立根油滴实验中，带电油滴在拟，譬如，在密立根油滴实验中，带电油滴在电场中平衡，显然这时就必须考虑重力了若电场中平衡，显然这时就必须考虑重力了若再忽略重力，油滴平衡的依据就不存在了再忽略重力，油滴平衡的依据就不存在了总之，是否考虑带电粒子的重力要根据具体情总之，
8、是否考虑带电粒子的重力要根据具体情况而定况而定一般说来：一般说来：(1)基本粒子：如电子、质子、基本粒子：如电子、质子、粒子、离子粒子、离子等除有说明或有明确的暗示以外，一般都不等除有说明或有明确的暗示以外，一般都不考虑重力考虑重力(但并不忽略质量但并不忽略质量)(2)带电颗粒：如液滴、油滴、尘埃、小球等，带电颗粒：如液滴、油滴、尘埃、小球等，除有说明或有明确的暗示以外，一般都不能除有说明或有明确的暗示以外，一般都不能忽略重力忽略重力二、两个重要的结论二、两个重要的结论图图1395由式可知，粒子的偏角与粒子由式可知，粒子的偏角与粒子q、m无关，无关，仅决定于加速电场和偏转电场即不同的带仅决定于
9、加速电场和偏转电场即不同的带电粒子从静止经过同一电场加速后进入同一电粒子从静止经过同一电场加速后进入同一偏转电场后，它们在电场中的偏转角度总是偏转电场后，它们在电场中的偏转角度总是相同的，它们的运动轨迹一定重合相同的，它们的运动轨迹一定重合即时训练即时训练(2011年南京模拟年南京模拟)一束一价正离子流垂直于电场一束一价正离子流垂直于电场方向进入匀强电场，若它们飞出电场的偏转角方向进入匀强电场，若它们飞出电场的偏转角相同，如图相同，如图1396所示，则可以判断它们进所示，则可以判断它们进入电场时入电场时()A一定具有相同的质量一定具有相同的质量B一定具有相同的速度一定具有相同的速度C一定具有相
10、同的动能一定具有相同的动能D一定具有相同的动量一定具有相同的动量图图1396三、带电粒子在复合场中的运动问题三、带电粒子在复合场中的运动问题带电粒子在复合场带电粒子在复合场(电场、重力场电场、重力场)中，除受中，除受电场力外，还要考虑所受重力，即两个场力，电场力外，还要考虑所受重力，即两个场力，此外是否还有弹力、摩擦力，再根据条件确此外是否还有弹力、摩擦力，再根据条件确定，解决此类问题一般先要对粒子进行受力定，解决此类问题一般先要对粒子进行受力分析，利用牛顿运动定律结合运动学公式或分析，利用牛顿运动定律结合运动学公式或动能定理解决动能定理解决特别提醒特别提醒粒子的运动情况取决于粒子的受力和初状
11、态：粒子的运动情况取决于粒子的受力和初状态：1直线运动：不受力直线运动：不受力(或受平衡力或受平衡力)或合力与或合力与初速度在一条直线上初速度在一条直线上2曲线运动：合力与速度不平行曲线运动：合力与速度不平行3圆周运动：合外力提供向心力圆周运动：合外力提供向心力四、用两种观点解决带电体在电场中运动问题四、用两种观点解决带电体在电场中运动问题1运动学观点运动学观点(1)运动学观点：是指用匀变速运动的公式来解运动学观点：是指用匀变速运动的公式来解决实际问题，一般有两种情况决实际问题，一般有两种情况带电粒子的初速度方向与电场线共线，则粒子带电粒子的初速度方向与电场线共线，则粒子做匀变速直线运动做匀变
12、速直线运动带电粒子的初速度方向垂直电场线，则粒子做带电粒子的初速度方向垂直电场线，则粒子做匀变速曲线运动匀变速曲线运动(类似于平抛运动类似于平抛运动)(2)当粒子在电场中做匀变速曲线运动时，当粒子在电场中做匀变速曲线运动时，一定要采取平抛运动的解决方法：一定要采取平抛运动的解决方法：两个方向分别研究，即采用分解的方两个方向分别研究，即采用分解的方法，要分解位移还是分解速度要视具体法，要分解位移还是分解速度要视具体情况而定情况而定两个方向上的运动是同步的两个方向上的运动是同步的2能量观点能量观点首先对带电体受力分析，再分析运动形式，首先对带电体受力分析，再分析运动形式，然后再根据具体情况选用公式
13、计算然后再根据具体情况选用公式计算(1)若选用动能定理，则要分清有多少个力若选用动能定理，则要分清有多少个力做功，是恒力做功还是变力做功，同时要做功，是恒力做功还是变力做功，同时要明确初末状态及运动过程中动能的增量明确初末状态及运动过程中动能的增量(2)若选用能量守恒定律，则分清带电体在运动若选用能量守恒定律，则分清带电体在运动中共有多少种能参与转化，哪些能量是增加的，中共有多少种能参与转化，哪些能量是增加的，哪些能量是减少的，表达式有几种哪些能量是减少的，表达式有几种初状态和末状态的能量相等，即初状态和末状态的能量相等，即E初初E末末增加能量的总和等于减少能量的总和，即增加能量的总和等于减少
14、能量的总和，即E增增E减减这种方法不仅适用于匀变速运动，对非匀变速这种方法不仅适用于匀变速运动，对非匀变速运动运动(非匀强电场中非匀强电场中)也同样适用也同样适用特别提醒特别提醒运动学公式只适用于处理匀强电场中的运运动学公式只适用于处理匀强电场中的运动问题，而能量观点更普遍适用于各种电动问题，而能量观点更普遍适用于各种电场中的运动，所以应随时想到应用能量观场中的运动，所以应随时想到应用能量观点处理带电粒子的运动问题，可能对解题点处理带电粒子的运动问题，可能对解题带来方便带来方便课堂互动讲练课堂互动讲练带电粒子的加速问题带电粒子的加速问题图图1397A电子到达电子到达B板时动能为板时动能为eUB
15、电子从电子从B到到C动能变化为零动能变化为零C电子到电子到D板时动能为板时动能为3eUD电子在电子在A板与板与D板间往复运动板间往复运动【解析解析】电子在电子在A、B间加速，加速电压为间加速，加速电压为U，故选项故选项A对；对；B、C板间电压为零，故板间电压为零，故B也对；也对；电子在电子在C、D板间做减速运动，且电压为板间做减速运动，且电压为2U，故到不了故到不了D板，所以选项板，所以选项C错而错而D对对【答案答案】C【思维升华思维升华】(1)若在匀强电场中加速，若在匀强电场中加速，可根据运动学观点或能量观点来处理可根据运动学观点或能量观点来处理(2)若在非匀强电场中加速，则只能根据若在非匀
16、强电场中加速，则只能根据能量观点能量观点带电粒子的偏转带电粒子的偏转 一个质量为一个质量为m，带电荷量为，带电荷量为q的粒子，的粒子，以初速度为零进入一个电压为以初速度为零进入一个电压为U1的加速电场加的加速电场加速后，又垂直进入一个电压为速后，又垂直进入一个电压为U2的偏转电场，的偏转电场，经偏转电场偏转后打在荧光屏上，整个装置的经偏转电场偏转后打在荧光屏上，整个装置的其他参量如图其他参量如图1398所示试求：所示试求：图图1398(1)射出偏转电场时的偏转距离；射出偏转电场时的偏转距离；(2)射出偏转电场时的偏转角的射出偏转电场时的偏转角的正切值；正切值；(3)打在荧光屏上的位置到中心打在
17、荧光屏上的位置到中心点点O的距离的距离【思维升华思维升华】这是一个先加速又偏转的这是一个先加速又偏转的综合题粒子先在综合题粒子先在U1的电场中加速后获得的电场中加速后获得一定速度，进入一定速度，进入U2的电场中做类平抛运动，的电场中做类平抛运动，射出偏转电场后不受任何力，做匀速直线射出偏转电场后不受任何力，做匀速直线运动直至打在荧光屏上运动直至打在荧光屏上带电粒子在复合场中的运动带电粒子在复合场中的运动 如图如图1399所示，要使一质量为所示，要使一质量为m，电，电荷量为荷量为q的小球能水平沿直线加速，需要外加一的小球能水平沿直线加速，需要外加一匀强电场已知平行金属板间距离为匀强电场已知平行金
18、属板间距离为d，与水平面，与水平面夹角为夹角为，要使此小球从，要使此小球从A板左端沿直线从静止沿板左端沿直线从静止沿水平方向被加速，恰从水平方向被加速，恰从B板的右端板的右端射出，求两金属板间所加电压射出，求两金属板间所加电压U是多少？小球从是多少？小球从B板右端射出时板右端射出时的速度是多大？的速度是多大？(重力加速度为重力加速度为g)图图1399图图13910【思维升华思维升华】解决此类问题要根据物体的运解决此类问题要根据物体的运动情况，首先明确受力分析，然后列平衡方动情况，首先明确受力分析，然后列平衡方程或牛顿第二定律的方程，或用功和能的关程或牛顿第二定律的方程，或用功和能的关系列方程求解其基本的解题思路、方法和系列方程求解其基本的解题思路、方法和所用的规律都跟力学问题相一致所用的规律都跟力学问题相一致随堂达标自测随堂达标自测课时活页训练课时活页训练本部分内容讲解结束本部分内容讲解结束点此进入课件目录点此进入课件目录按按ESC键退出全屏播放键退出全屏播放谢谢使用谢谢使用
