物理带电粒子在电场中运动人教版选修公开课一等奖优质课大赛微课获奖课件.pptx

第一章 静电场第九节 带电粒子在电场中运动人教版选修人教版选修3-1第1页第1页3、一些带电体是否考虑重力，要依据题目暗示或运动状态来鉴定电场中带电粒子普通可分为两类：1、带电基本粒子：如电子，质子，粒子，正负离子等。这些粒子所受重力和电场力相比在小得多，除非有阐明或明确暗示以外，普通都不考虑重力。（但并不能忽略质量）。2、带电微粒：如带电小球、液滴、尘埃等。除非有阐明或明确暗示以外，普通都考虑重力。第2页第2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：受到恒定电场力受到恒定电场力受力情况：受力情况：做匀变速运动做匀变速运动第3页第3页一一.带电粒子在电场中加速带电粒子在电场中加速E1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（加速电压）（加速电压）第4页第4页依据动能定理：依据动能定理：qU=mv2/2或依据牛顿定律：或依据牛顿定律：a=F/m=qU/dm和运动学公式：和运动学公式：v2=2ad得得2qUmv=粒子加速后速度只与加速电压相关粒子加速后速度只与加速电压相关此式也适合用于不是匀强电场情况此式也适合用于不是匀强电场情况一一.带电粒子在电场中加速带电粒子在电场中加速第5页第5页例题例题1 1：右图所表示，两平行金属板间加一电：右图所表示，两平行金属板间加一电压压U U，有一带正电荷，有一带正电荷q q、质量为、质量为m m带电粒子在带电粒子在电场力作用下以初速电场力作用下以初速v v0 0开始从正极板向负开始从正极板向负极板运动。则（极板运动。则（1 1）带电粒子在电场中作什）带电粒子在电场中作什么运动？（么运动？（2 2）粒子穿出负极板时速度多大）粒子穿出负极板时速度多大？（？（3 3）粒子穿出负极板后做什么运动？）粒子穿出负极板后做什么运动？普通用普通用“动能定理动能定理”求解求解分析：对于粒子来说，普通有分析：对于粒子来说，普通有mgmgF F，故可忽略。，故可忽略。(1(1)带电粒子在电场中以加速度带电粒子在电场中以加速度a=F/m=qU/mda=F/m=qU/md做匀加做匀加 速直线运动。速直线运动。(2)(2)由由v v2 2-v-vo o2 2=2ad =2ad 解得：解得：或：由动能定理或：由动能定理qU=mvqU=mv2 2/2-mv/2-mv0 02 2/2/2解得：解得：U1+v v0 0v v第6页第6页1：非匀强电场中,如何计算？电场力做功，只于始末位置电势差相关2：若带正电粒子以V0负板向正板运动，分析粒子运动情况明确粒子V，a改变情况3.若粒子以初速度V0沿垂直场强方向进入电场，离子运动情况如何？思考讨论第7页第7页二二.带电粒子在电场中偏转带电粒子在电场中偏转试依据类平抛运动知识，推导偏移量试依据类平抛运动知识，推导偏移量 y和偏转角和偏转角第8页第8页偏移量偏移量 y计算计算（1）画出电场线，并进行受力分析）画出电场线，并进行受力分析（2）粒子做什么性质运动？）粒子做什么性质运动？（3）为计算）为计算y，需要知道哪些物理量？，需要知道哪些物理量？（4）这些物理量能计算出吗？）这些物理量能计算出吗？第9页第9页偏转角偏转角计算计算（1）什么叫偏转角）什么叫偏转角（2）如何计算偏转角）如何计算偏转角？第10页第10页对偏移公式讨论对偏移公式讨论对于不同带电粒子（2）若以相同动能射入，）若以相同动能射入，（3）若经相同电压）若经相同电压U0加速后射入，则加速后射入，则y与与 q m无关无关,随加速电压随加速电压增大而减小，随偏转电压增大而减小，随偏转电压增大而增大。增大而增大。（1）若以相同速度射入）若以相同速度射入则则yq/m则则yq第11页第11页例：例：离子发生器发射出一束质量为m，电荷量为q负离子，从静止 经加速电压U 1 加速后，取得速度 ，并沿垂直于电场线方向射入两平行板中央，受偏转电压U2作用后，以速度离开电场，已知平行板长为，两板间距离为d，1）离子在偏转电场中运动 时间、加速度、速度 大小；2）离子在离开偏转电场时 横向偏移量和偏转角 正切值。l+-u1dv0 求：第12页第12页思考题：思考题：让一价氢离子、一价氦离子和二价氦离子混合物通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转，在通过加速电场时取得动能是否相同？通过偏转电场时，它们是否会分为三股？请阐明理由。答案：答案：通过加速电场时取得动能Ek=qU,加速电压相同，二价氦离子电荷量最大，因此二价氦离子取得动能最大。粒子偏转量和偏转角由加速电场和偏转电场决定，因此三种粒子不也许分开为三股。第13页第13页一束电子流经 U=5000V 电压加速后，在距两极板等间距处垂直进入平行板间匀强电场中，若两板间距 d=1.0cm，板长 l=5.0cm，那么，要使电子能从平行板间飞出，两个板之间电压最多能加多少？第14页第14页三、示波器原理三、示波器原理示波器是一个用来观测电信号随时间改变电子仪器。它关键部件是示波管：由电子枪、偏转电极和荧光屏构成，管内抽成真空。第15页第15页（1）电子枪部分：E电源作用是使金属丝变热发射出电子，U1电源作用是使发射出电子在真空中被加速，取得很大速度从金属板小孔穿出。（2）偏转电极部分：YY/平行金属板为竖直方向偏转电极即使平行金属板入射电子产生竖直方向偏转，XX/平行金属为水平方向偏转电极即使平行金属板入射电子产生水平方向偏转。（3）荧光屏部分：玻璃屏上涂有荧光物质。高速电子打到荧光物质，荧光物质受激发后会发出可见光，电子本身并不能发光，从屏上观测亮点，可知打到屏上电子偏移情况。第16页第16页已知：U1、l、YY偏转电极电压U2、板间距d、板端到荧光屏距离L。求：电子射出偏转电场时偏向角正切值tan及打到屏上电子偏移量y。偏移量与YY偏转电极电压U2成正比第17页第17页若两偏转电极间都不加偏转电压，则电子束将打在荧光屏中心若两偏转电极间都不加偏转电压，则电子束将打在荧光屏中心U Uy yt tOO电子在极板间运动时间极短，可认为此瞬间极板间电压不变电子在极板间运动时间极短，可认为此瞬间极板间电压不变第18页第18页若两偏转电极间都不加偏转电压，则电子束将打在荧光屏中心若两偏转电极间都不加偏转电压，则电子束将打在荧光屏中心U Ux xt tOO要想增长要想增长X轴方向扫描线宽度，怎么办？轴方向扫描线宽度，怎么办？第19页第19页U Ux xt tOO满足什么条件才干得到稳定正满足什么条件才干得到稳定正满足什么条件才干得到稳定正满足什么条件才干得到稳定正确波形？确波形？确波形？确波形？U Uy yt tOOT TT T2T2TT/2T/2T扫扫=NT显示出信号完整波形个数由什显示出信号完整波形个数由什显示出信号完整波形个数由什显示出信号完整波形个数由什么决定？么决定？么决定？么决定？N第20页第20页 如图是示波管原理图，它是由电子枪、竖直偏转电极YY、水平偏转电极XX和荧光屏构成，电子枪发射电子打在荧光屏上将出现亮点，若亮点不久移动，由于视觉暂留原因，能在荧光屏上看到一条亮线。（1 1）假如只在偏转电极）假如只在偏转电极YYYY上加上如上加上如图图所表示电压所表示电压U Uy y=U=Ummsinsin t t，在荧光屏，在荧光屏图图上画出所观测到亮线形状（设上画出所观测到亮线形状（设T T很小）很小）（2 2）假如只在偏转电极）假如只在偏转电极XXXX上加上图上加上图所表示电压，试在图所表示电压，试在图上画出所观测上画出所观测到亮线形状。到亮线形状。（3 3）假如在）假如在YYYY和和XXXX上同时加上上上同时加上上述电压，试在图述电压，试在图上画出所观测到亮线上画出所观测到亮线形状。形状。第21页第21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角度分析从做功和能量角度分析类似平抛运动类似平抛运动分析办法分析办法粒子在与电场垂直方向上做粒子在与电场垂直方向上做匀速直线运动匀速直线运动粒子在与电场平行方向上做粒子在与电场平行方向上做初速度为零匀加速运动初速度为零匀加速运动第22页第22页第23页第23页