物理：：1.9《带电粒子在电场中的运动》课件(人教版选修3-1)

叫你物理得高分(一)

第九节带电粒子在电场中的运动

叫你物理得高分(一)

一,带电粒子: 带电粒子: 1,基本粒子:如电子,质子,α粒子,离子等, 粒子, ,基本粒子:如电子,质子, 粒子 离子等, 这些粒子所受重力和电场力相比要小得多, 这些粒子所受重力和电场力相比要小得多,除有 说明或明确的暗示外,一般都不考虑重力( 说明或明确的暗示外,一般都不考虑重力(但不 能忽略质量). 能忽略质量). 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, 除有说明或明确的暗示以外, 除有说明或明确的暗示以外,一般都不能忽略重 力. 3,某些带电体是否考虑重力,要根据题目暗示 ,某些带电体是否考虑重力, 或运动状态来判定

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二,带电粒子在电场中的运动可能有几种运动 形式?在匀强电场中呢? 形式?在匀强电场中呢? 1,平衡状态 , 2,变速直线运动:加速或减速 ,变速直线运动 加速或减速 3,匀变速曲线运动:偏转 ,匀变速曲线运动: 4,圆周运动 , 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: 带电粒子运动形式决定于:粒子的受力情况 和初速度情况. 和初速度情况.

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1,带电粒子在电场中的加速⑴带电粒子在匀强电场中的加速 在真空中的一对平行金属板, 在真空中的一对平行金属板, 板间距为d,两板间加电压为U d,两板间加电压为 板间距为d,两板间加电压为U, 一正电荷电量为q 一正电荷电量为q从正极板某 V1 处沿电场方向以速度V 处沿电场方向以速度V1进入板 求离开电场时的速度V 间,求离开电场时的速度V2和 时间t 时间t.①,运动状态分析 ②,处理方法: 处理方法:

V2

a.用运动和力的观点 b.用功和能观点

+

U

-

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例1,下列粒子从初速度为零的状态经加速 电压为U的电场后,哪种粒子速度最大( A ) A,质子 B,氘核 C,氦核 D,氚核

哪种粒子运动时间长?D

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例2,如图 ,N是在真空中竖直放置的两块平 ,如图M, 是在真空中竖直放置的两块平 行金属板,质量为m电量为 的带电粒子, 电量为-q的带电粒子 行金属板,质量为 电量为 的带电粒子,以初 速度V 由小孔进入电场, 间电压为U时 速度 0由小孔进入电场,当M,N间电压为 时, , 间电压为 粒子刚好能到达N板 粒子刚好能到达 板;如果要使这个带电粒子能 够到达M, 两板间距的 处返回, 两板间距的1/2处返回 够到达 ,N两板间距的 处返回,则下述方法 能满足要求的是:( 能满足要求的是:( B ) M N A,使初速度减半 , B,使M,N间电压加倍; 间电压加倍; , , 间电压加倍 C,使M,N间电压提高 倍; 间电压提高4倍 , , 间电压提高 D,使初速度和 ,N间的电压都加倍. ,使初速度和M, 间的电压都加倍U

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2,带电粒子在电场中的偏转v⊥ vφ

+ d d -qv0

+

+

+φ

+

+v0y

l/2

- - -l - - -

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设质量为m,电量

为q的带电粒子以初速度V 设质量为m,电量为q的带电粒子以初速度V0沿垂直于电场 m,电量为 的方向进入长为L,间距为d,电势差为U L,间距为d,电势差为 的方向进入长为L,间距为d,电势差为U的平行金属板间的 匀强电场中(不计粒子的重力),则分析: ),则分析 匀强电场中(不计粒子的重力),则分析:

U + + + + + +

Vy

V Vx

(1)粒子穿越电场的时间t (1)粒子穿越电场的时间t 粒子穿越电场的时间 粒子在垂直电场方向以V 粒子在垂直电场方向以V0 做匀速直线运动,L= 做匀速直线运动,L= V0t, 得

- - - - - L

V0

L t= V0

(2)粒子离开电场时的速度V (2)粒子离开电场时的速度V 粒子离开电场时的速度

粒子离开电场时平行电场方向的分速度 Vy = at = 所以: 所以:V = Vx + Vy = V 02 2 2

qU 粒子沿电场方向做匀加速直线运动, 粒子沿电场方向做匀加速直线运动,加速度 a = md qUlmdV 0qUl 2 +( ) mdV 0

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设质量为m,电量为q的带电粒子以初速度V 设质量为m,电量为q的带电粒子以初速度V0沿垂直于电场 m,电量为 的方向进入长为L,间距为d,电势差为U L,间距为d,电势差为 的方向进入长为L,间距为d,电势差为U的平行金属板间的 匀强电场中(不计粒子的重力),则分析: ),则分析 匀强电场中(不计粒子的重力),则分析:

U + + + + + +

Vy

V

y

Vx(3)粒子离开电场时的侧移距离y (3)粒子离开电场时的侧移距离y 粒子离开电场时的侧移距离

- - - - - L (4)粒子离开电场时的速度偏角 (4)粒子离开电场时的速度偏角

V0

qUl 2 at 2 y= = 2 2mdV 0 2

Vy qUl tan = = Vx mdV 0 2

qUl 所以: = arctan 所以: 2 mdV 0

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例3,如图所示,质量为m,带电量为q的负离子 如图所示,质量为m 带电量为q 的速度,沿与场强垂直的方向从A 以v0的速度,沿与场强垂直的方向从A点飞入匀 强电场,并从另一侧B点沿与场强方向成150 150° 强电场,并从另一侧B点沿与场强方向成150°角 飞出. 两点间的电势差是多少? 飞出.则A,B两点间的电势差是多少?(不计重 V0 E 力) AqE 1500 B Vy Vt V0

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如图,电子在电势差为U 例4,如图,电子在电势差为U1的加速电场中由静止开始运 然后射入电势差为U 的两块平行极板间的电场中, 动,然后射入电势差为U2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. 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, 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ф变大的是 使电子的偏转角 变大的是 ( B ) 变大, 变小, (A)U1变大,U2变大 (B)U1变小,U2变大 变大, 变小, (C)U1变大,U2变小 (D)U1变小,U2变小

1 2 eU1 = mv0 2

U2 ф U1

mv0 2 = 2eU1

eU 2 L U 2 L tan φ = = 2 2dU1 mdv0

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例5,一个初动能为 K的带电粒

子以速度 ,一个初动能为E

Vo垂直电场线方向飞入平行板电容器, 垂直电场线方向飞入平行板电容器, 垂直电场线方向飞入平行板电容器 飞出电容器时动能为2E 飞出电容器时动能为 K,若这个带电粒 子的入射初速度为原来的2倍,则该粒子 子的入射初速度为原来的 倍 飞出电容器时的动能应为( 飞出电容器时的动能应为( A,4EK , C,4.5EK , B,4.25EK , D,8EK ,B

)

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带电粒子在电场中的运动, 带电粒子在电场中的运动,与力 学中的各种运动类似. 学中的各种运动类似. 分析规律同力学. 分析规律同力学. 区别在于受力分析时要增加电场 力分析. 力分析.

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课堂小结:1,问 题: 带电粒子在电场中的加速 带电粒子在电场中的偏转 2, 解 决 问 题 的 两 条 主 要 线 索 : (1)力和运动的关系—— 牛顿第二定律

(2)功和能的关系—— 动能定理