1、高中物理新人教版選修-系列課件,第一章靜電場,第九節(jié)帶電粒子在電場中的運動,教學(xué)目標(biāo),知識與能力： 1了解帶電粒子在電場中的運動只受電場力，帶電粒子做勻變速運動。2重點掌握初速度與場強方向垂直的帶電粒子在電場中的運動(類平拋運動)。3知道示波管的主要構(gòu)造和工作原理。4滲透物理學(xué)方法的教育：運用理想化方法，突出主要因素，忽略次要因素，不計粒子重力。 5培養(yǎng)綜合分析問題的能力，體會物理知識的實際應(yīng)用。 教學(xué)重點: 帶電粒子在電場中的加速和偏轉(zhuǎn)規(guī)律 教學(xué)難點: 帶電粒子在電場中的偏轉(zhuǎn)問題及應(yīng)用。,1帶電粒子在電場中的運動情況（平衡、加速和減速）,若帶電粒子在電場中所受合力為零時，即F0時，粒子將保持

2、靜止?fàn)顟B(tài)或勻速直線運動狀態(tài)。,分析：帶電粒子處于靜止?fàn)顟B(tài)，F(xiàn)0，Eq=mg，因為所受重力豎直向下，所以所受電場力必為豎直向上。又因為場強方向豎直向下，所以帶電體帶負(fù)電。,1帶電粒子在電場中的運動情況（平衡、加速和減速）,若帶電粒子在電場中所受合力為零時，即F0時，粒子將保持靜止?fàn)顟B(tài)或勻速直線運動狀態(tài)。,若F0（只受電場力）且與初速度方向在同一直線上，帶電粒子將做加速或減速直線運動。(變速直線運動),打入正電荷(如圖),將做勻加速直線運動。 設(shè)電荷所帶的電量為q,板間場強為E,電勢差為U,板距為d,電荷到達(dá)另一極板的速度為v,則：電場力所做的功為W=EqL=Uq 粒子到達(dá)另一極板的動能為Ek=m

3、v2/2 由動能定理有Uq=mv2/2 (或 EqL=mv2/2對恒力), 若初速為v0，則上列各式又應(yīng)怎么樣？,若打入的是負(fù)電荷(初速為v0),將做勻減速直線運動,其運動情況可能如何,請同學(xué)們討論。,+ + + + + +,l l l l l l,vo,1帶電粒子在電場中的運動情況（平衡、加速和減速）,若帶電粒子在電場中所受合力為零時，即F0時，粒子將保持靜止?fàn)顟B(tài)或勻速直線運動狀態(tài)。,若F0（只受電場力）且與初速度方向在同一直線上，帶電粒子將做加速或減速直線運動。(變速直線運動),關(guān)于重力是否考慮的問題,1 、題目明確了重力不計或不能忽略重力的情況,2 、題目未明確的情況下:,a)基本粒子(

4、如電子、質(zhì)子、離子等)重力一般忽略.,b)帶電顆粒(如液滴、塵埃、小球等)重力一般不能忽略.,討論:,例題1：如圖所示，水平放置的A、B兩平行板相距h，上板A帶正電。現(xiàn)有質(zhì)量為m，帶電量為+q的小球在B板下方距離為H處，以初速度V0豎直向上從B板小孔進入板間電場，欲使小球剛好打到A板，A、B間電勢差UAB應(yīng)為多少？,解：將動能定理用于運動全過程，由W=Ek得,例1、下列粒子從初速度為零的狀態(tài)經(jīng)加速電壓為U的電場后，哪種粒子速度最大 （ ）A、質(zhì)子 B、氘核 C、氦核 D、鈉離子,A,哪種粒子動能最大（ ）,C,BCD,練習(xí)：如圖 從F處釋放一個無初速度電子向B板方向運動,指出下列對電子運動描述

5、中,正確的是(設(shè)電源電動勢均為U) ( ),A.電子到達(dá)B板時的動能是Ue,B.電子從B板到達(dá)C板時動能的變化量為零,C.電子到達(dá)D板時動能為Ue,.電子在板與板間作往返運動,2帶電粒子在電場中的偏轉(zhuǎn)（不計重力，且初速度voE，則帶電粒子將在電場中做類平拋運動）,物體在只受重力的作用下，被水平拋出，在水平方向上不受力，將做勻速直線運動，在豎直方向上只受重力，做初速度為零的自由落體運動。物體的實際運動為這兩種運動的合運動。,【思考與討論】若帶電粒子在電場中所受合力F0，且與初速度方向有夾角(不等于0，180)，則帶電粒子將做什么運動？,曲線運動,詳細(xì)分析講解例題2。,2、 帶電粒子在電場中的偏轉(zhuǎn)

6、,d,-q,l/2,解：粒子vo在電場中做類平拋運動 沿電場方向勻速運動所以有： L=vot 電子射出電場時， 在垂直于電場方向偏移的距離為： y=at2/2 粒子在垂直于電場方向的加速度： a=F/m=eE/m=eU/md 由得： 代入數(shù)據(jù)得： y=0.36m 即電子射出時沿垂直于板面方向偏離0.36m 電子射出電場時沿電場方向的速度不變?nèi)詾関o，而垂直于電場方向的速度： 故電子離開電場時的偏轉(zhuǎn)角為： 代入數(shù)據(jù)得： =6.8,【討論】,例1、帶電粒子經(jīng)加速電場加速后垂直進入兩平行金屬板間的偏轉(zhuǎn)電場，要使它離開偏轉(zhuǎn)電場時偏轉(zhuǎn)角增大，可采用的辦法有：（ ）A、增加帶電粒子的電量B、降低加速電壓；

7、C、提高偏轉(zhuǎn)電壓；D、減小兩平行板間的距離。,BCD,ACD,B,練習(xí)二：如圖所示，有三個質(zhì)量相等分別帶正電、負(fù)電和不帶電的小球，從平行板電場中的P點以相同的初速度垂直于E進入電場，它們分別落到A、B、C三點，則可判斷（ ）,A.三個小球在電場中運動加速度關(guān)系是aAaBaC,D.落到A點的小球帶正電，落到B點的小球不帶電,C.三個小球在電場中運動時間相等,B.三個小球到達(dá)正極時的動能關(guān)系是EKA EKB EKC,D,3示波管的原理,（1）示波器：用來觀察電信號隨時間變化的電子儀器。其核心部分是示波管 （2）示波管的構(gòu)造：由電子槍、偏轉(zhuǎn)電極和熒光屏組成（如圖）。 （3）原理：利用了帶電粒子在電場

8、中偏轉(zhuǎn)的規(guī)律，靈敏、直觀地顯示出電信號隨時間變化的圖線。,小結(jié)：,1、研究帶電粒子在電場中運動的兩條主要線索 （1）力和運動的關(guān)系牛頓第二定律 （2）功和能的關(guān)系動能定理 2、研究帶電粒子在電場中運動的兩類重要的思維技巧 （1）類比與等效 電場力和重力都是恒力，在電場力作用下的運動可與重力作用下的運動類比 （2）整體法(全過程法) 電場力的功與重力的功一樣，都只與始末位置有關(guān)，與路徑無關(guān)它們分別引起電荷電勢能的變化和重力勢能的變化，從電荷運動的全過程中功能關(guān)系出發(fā)(尤其從靜止出發(fā)末速度為零的問題)往往能迅速找到解題入口或簡化計算,U,教學(xué)目標(biāo) 完成了嗎,1了解帶電粒子在電場中的運動只受電場力，

9、帶電粒子做勻變速運動。 2重點掌握初速度與場強方向垂直的帶電粒子在電場中的運動(類平拋運動)。 3知道示波管的主要構(gòu)造和工作原理。,例題2:一個電子以初速V0=3.0106m/s沿著垂直于場強方向射入兩帶電平行金屬板，金屬板長L=6.010-2m，兩板之間可以看成是勻強電場，場強大小為E=2103N/C，電子的電量e=1.610-19C，質(zhì)量m=9.1 10-31kg ，求: （1）電子射離電場時的速度； （2）出射點與入射點沿場強方向的側(cè)移距離。,解析 法一：電子射入電場以后，受恒定的電場力作用，由于V0F電，電子做類平拋運動。將電子的運動看成是沿X軸方向、速度為V0的勻速直線運動和沿電場力

10、y方向、初速度為零的勻加速直線運動的合成。,如圖所示:,從電子射入電場到飛出電場，兩個方向 的位移和加速度為,電子飛離電場時的速度為,=arctg2.33,法二： 由F=eE=ma 求出a， 由L= V0t 求出t，,總結(jié)本題為典型的帶電粒子在電場中的偏轉(zhuǎn)問題，一般的處理方法是應(yīng)用運動合成的方法，它是運動學(xué)知識在電場中的運用，運用動能定理解題，可以簡化解題過程。,求出Vt=7.62 106(m/s),5.如圖所示,相距為d的兩塊平行板M,N與電源相連,電鍵k閉合后,M,N間有勻強電場,一帶電粒子垂直于電場方向從M板邊緣射入電場,恰好打在N板的中央,不計重力.打開電鍵,粒子仍以原來速度由原位置射

11、入,為了使粒子能剛好飛出電場而不碰到N板,N板應(yīng)如何移動?移動多少距離?,3.質(zhì)量為m=510-5kg的帶電粒子以v0=2m/s的速度從水平放置的平行金屬板A,B的中央飛入板間,如圖所示,已知板長l=10cm,板間距離d=2cm,當(dāng)UAB=103v時,帶電粒子恰好沿中央直線穿過板間,則AB間所加電壓在什么范圍內(nèi)帶電粒子能從板間飛出.,4.如圖，A、B為兩塊足夠大的平行金屬板，間距為d，接在電壓為U的電源上。在A板的中央點放置一個電子放射源，可以向各個方向釋放電子。設(shè)電子的質(zhì)量為m 、電量為e，射出的初速度為v。求電子打在板上的區(qū)域面積？（不計電子的重力）,例3：如圖所示，一束帶電粒子（不計重力

12、），垂直電場線方向進入偏轉(zhuǎn)電場，試討論在以下情況中，粒子應(yīng)具備什么條件，才能得到相同的偏轉(zhuǎn)距離y和偏轉(zhuǎn)角，（U、d、L保持不變）,（1）進入偏轉(zhuǎn)電場的速度相同； （2）進入偏轉(zhuǎn)電場的動能相同； （3）進入偏轉(zhuǎn)電場的動量相同； （4）先由同一加速電場加速后，再進入偏轉(zhuǎn)電場。,帶電粒子在電場力作用下做類平拋運動,根據(jù),(4)設(shè)加速電場的電壓為U,由,可得,可見，在（4）的條件下，y、與m、q無關(guān)，因此偏轉(zhuǎn)距離y和偏轉(zhuǎn)角都是相同的。,二、帶電粒子在電場中的偏轉(zhuǎn),當(dāng)帶電粒子以初速度、V0垂直進入勻強電場時:,1 、受力及運動狀態(tài),僅受電場力且與V0垂直,故作類平拋運動.,2 、處理方法:類比平拋運動,

13、3 、基本公式:,因為初速度為0,AB間為勻強電場,粒子在AB間做勻加速直線運動,- - - -,練習(xí):如圖所示AB、CD為平行金屬板,A、B兩板間電勢差 為500V,C、D始終和電源相接,測的其間的場強為104V/m, 一質(zhì)量為2.510-24,電荷量為810-16C的帶電粒子(重力 不計)由靜止開始,經(jīng)A、B加速后穿過CD發(fā)生偏轉(zhuǎn),最后打 在熒光屏上,已知C、D極板長均為4cm,熒光屏距CD右端 的距離為3cm,問: (1) 粒子帶正電還是帶負(fù)電?,+ + + +,D,A,B,S,O,C,分析:,(2) 在豎直電場中因為有水平初速度,粒子做類平拋運動,(3) 出電場后,因為合外力為0粒子做

14、勻速直線運動.,(1) 粒子帶正電,(2) 粒子打在熒光屏上距O點下方多遠(yuǎn)處?,- - - -,+ + + +,D,A,B,S,O,C,解答:,出AB電場時速度,水平方向:,豎直方向:,其中,由此得到,代入數(shù)據(jù)可得,(3)粒子打在熒光屏上時的動能為多大?,- - - -,+ + + +,D,A,B,S,O,C,由剛剛的推導(dǎo)知道:,所以粒子打在熒光屏上動能:,代入數(shù)據(jù)可得,帶電粒子在各類電場中運動性質(zhì)取決于:,(2) 初始狀態(tài),再由運動的有關(guān)規(guī)律或動量,能量的有關(guān)規(guī)律來求解,小結(jié):,-,-,-,-,-,-,例3 、如圖,設(shè)質(zhì)量為m,電量為q的帶電粒子以初速度V0沿垂直于電場的方向進入長為L,間距為d,電勢差為U的平行金屬板間的勻強電場中,若不計粒子的重力.,(1) 粒子穿越電場的時間 t,粒