人教版高中物理选修3 1带电粒子在电场中的运动课件.ppt

1、带电粒子在电场中的运动教学目标教学目标学习运用静电力、电场强度等概念研究带电粒子在电场中运动时的加速度、速度和位移等物理量的变化。学习运用静电力做功、电势、电势差，等势面等概念研究带电粒子在电场中运动时的能量转化。了解示波器的工作原理，体会静电场知识对科学技术的影响。教学重点教学重点教学难点教学难点带电粒子在匀强电场中的运动规律。运用电学知识和力学知识综合处理偏转问题。牛顿第二定律的公式是什么？动能定理的表达式是什么？解决平抛这类曲线运动的方法是什么？F=maW=Ek将运动分解为一个水平方向的匀速直线运动和竖直方向的匀加速直线运动分析带电粒子的常见受力和运动情况。学会通过牛顿第二定律和运动学公

2、式解决带电粒子的运动问题。力的角度分析带电粒子的运动力的角度分析带电粒子的运动学习在电场中使用动能定理研究粒子的运动速度变化。能量角度分析带电粒子的运动能量角度分析带电粒子的运动带电粒子在电场中的运动带电粒子在电场中的运动在现代科学实验和技术设备中，常常利用电场来改变或控制带电粒子的运动。利用电场使带电粒子加速、利用电场使带电粒子偏转，就是两种最简单的情况。电场中的带电粒子在什么情况下不考虑重力？带电粒子在电场中的运动带电粒子在电场中的运动只有在带电粒子的重力远小于静电力时，粒子的重力才可以忽略。一般来说，微观带电粒子如电子、质子、离子等除有说明或有明示外，处理问题时均不计重力；而带电的液滴、

3、小球等除有说明或其他明示外，处理问题时均应该考虑重力。带电粒子的加速带电粒子的加速如图所示，在真空中有一对平行金属板，由于接到电池组上而带电，两板间的电势差为U。若一个质量为m、带正电荷q 的粒子，在静电力的作用下由静止开始从正极板向负极板运动，计算它到达负极板时的速度。动力学的观点来求由牛顿第二定律：由运动学公式如图所示，在真空中有一对平行金属板，由于接到电池组上而带电，两板间的电势差为U。若一个质量为m、带正电荷q的粒子，在静电力的作用下由静止开始从正极板向负极板运动，计算它到达负极板时的速度。带电粒子的加速带电粒子的加速能量的观点来求由动能定理：粒子加速后的速度只与加速电压有关。-0带电

4、粒子的加速带电粒子的加速上述问题中，两块金属板是平行的，两板间的电场是匀强电场。如果两极板是其他形状，中间的电场不再均匀，以上两种解法是否仍然适用？为什么？方法不再适用由于电场力做功与场强是否是均匀的无关，与运动路径也无关，故方法仍然适用。带电粒子的加速带电粒子的加速炽热的金属丝可以发射电子。在金属丝和金属板之间加以电压U=2500V，发射出的电子在真空中加速后，从金属板的小孔穿出。电子穿出时的速度有多大？设电子刚刚离开金属丝时的速度为0。电子的质量和电子的电荷量e=。解：电荷量为e 的电子从金属丝移动到金属板，两处的电势差为U，电势能的减少量为eU。减少的电势能全部转化为电子的动能，所以解出

5、速度v并把数值代入，得:真空中有一对平行金属板，相距6.2cm，两板电势差为90V。二价的氧离子由静止开始加速，从一个极板到达另一个极板时，动能是多大？这个问题有几种解法？哪种解法比较简便?解法一：Ek=qU=2.9 J解法二：E=，W=qEd=2.9 J解法三：E=，a=，v=，Ek=第一种方法最简单。问题与练习问题与练习某种金属板M 受到某种紫外线照射时会不停地发射电子，射出的电子具有不同的方向，其速度大小也不相同。在M旁放置一个金属网N。如果用导线将MN 连起来，M 射出的电子落到N上便会沿导线返回M，从而形成电流。现在不把M、N 直接相连，而按右图所示在M、N 之间加一个电压U，发现当

6、U 12.5V 时电流表中没有电流。问：被这种紫外线照射出的电子，最大速度是多少？问题与练习问题与练习学习利用牛顿定律分析带电粒子在电容器中的偏转。学习利用动能定理求末速度的方法。带电粒子在电容器中的偏转带电粒子在电容器中的偏转如图所示，在真空中放置一对金属板，把两板接到电源上，于是两板间出现了电场。现有一个带电粒子射入电场，它受到的静电力的方向与速度方向不一致，因而发生偏转。带电粒子的偏转带电粒子的偏转下面通过例题做些深入的讨论。如图，两个相同极板Y与Y的长度l=6.0cm，相距d=2cm，极板间的电压U=200V。一个电子沿平行于板面的方向射入电场中，射入时的速度v0=3.0 m/s。把两

7、板间的电场看做匀强电场，求电子射出电场时沿垂直于板面方向偏移的距离y和偏转的角度。带电粒子的偏转带电粒子的偏转解:电子在垂直于板面的方向受到静电力。由于电场不随时间改变，而且是匀强电场，所以整个运动中在垂直于板面的方向上加速度是不变的。加速度是电子射出电场时，在垂直于板面方向偏移的距离为其中t为飞行时间由于电子在平行于板面的方向不受力，所以在这个方向做匀速运动，由可求得带电粒子的偏转带电粒子的偏转将a和t代入y的表达式中，得到代入数值后，得即电子射出时沿垂直于板面的方向偏离0.36cm由于电子在平行于板面的方向不受力，它离开电场时，这个方向的分速度仍是v0，而垂直于板面的分速度为离开电场时的偏

8、转角度可由下式确定代入数值后查表求得y=0.36cm=6.8与粒子比荷q/m 成正比与粒子初速度v0平方成反比与电场的属性U、l、d 有关与粒子比荷q/m 成正比与粒子初速度v0 平方成反比与电场的属性U、l、d有关带电粒子的偏转带电粒子的偏转带电粒子的偏转带电粒子的偏转带电粒子初速度垂直于电场方向飞入匀强电场的问题就是一个类平抛的问题：粒子在与电场垂直的方向上做匀速直线运动；粒子在与电场平行的方向上做初速为零的匀加速运动。带电粒子的偏转带电粒子的偏转试证明：带电粒子垂直进入偏转电场，离开电场时就好象是从初速度所在直线的中点沿直线离开电场的问题与练习问题与练习先后让一束电子和一束氦核通过同一平

9、行板形成的偏转电场，进入时速度方向与板面平行。在下列两种情况下，分别求出离开时电子偏角的正切与氦核偏角的正切之比。（1）电子与氦核的初速度相同（2）电子与氦核的初动能相同问题与练习问题与练习让一价氢离子、一价氦离子和二价氦离子的混合物经过同一加速电场由静止开始加速，然后再同一偏转电场里偏转，它们是否会分离为三股粒子束？请通过计算说明。各种粒子的偏转角度相同；偏转距离也相同，所以这些粒子不会分成三束。电子从静止出发被1000V 的电压加速，然后进入另一个电场强度为5000N/C 的匀强偏转电场。进入时的速度方向与偏转电场的方向垂直。已知偏转电极长6cm，求电子离开偏转电场时的速度及其与进入偏转电

10、场时的速度方向之间的夹角。问题与练习问题与练习带电粒子的加速从动力学和运动学角度分析。从做功和能量的角度分析。带电粒子的偏转_运动的分析方法粒子在与电场垂直的方向上做_粒子在与电场平行的方向上做_类似平抛匀速直线运动初速度为零的匀加速运动小结小结带电粒子在电场中的运动带电粒子在电场中的运动有一种电子仪器叫示波器，可以用来观察电信号随时间变化的情况。学习示波器的光点位移与电压成正比的结论。学习当x和y方向分别加入锯齿波和正弦波时示波器的波形图。示波器原理示波器原理人教版高中物理选修3-1 1.9带电粒子在电场中的运动(共46张PPT)人教版高中物理选修3-1 1.9带电粒子在电场中的运动(共46

11、张PPT)示波器的原理示波器的原理示波器的核心部件是示波管，下图是它的原理图。示波器作用：示波器的内部构成：它的核心部件是示波管：由电子枪、偏转电极和荧光屏组成，管内抽成真空。如果在偏转电极XX之间和偏转电极YY之间都没有加电压，电子束从电子枪射出后沿直线传播，打在荧光屏中心，在那里产生一个亮斑。用来观察电信号随时间变化。人教版高中物理选修3-1 1.9带电粒子在电场中的运动(共46张PPT)人教版高中物理选修3-1 1.9带电粒子在电场中的运动(共46张PPT)示波器的原理示波器的原理产生高速飞行的电子束锯齿形扫描电压使电子沿x方向偏移待显示的电压信号使电子沿Y方向偏移人教版高中物理选修3-

12、1 1.9带电粒子在电场中的运动(共46张PPT)人教版高中物理选修3-1 1.9带电粒子在电场中的运动(共46张PPT)示波器的原理示波器的原理求：电子射出偏转电场时的偏向角正切值tan及打到屏上电子的偏移量y。已知：U1、l、YY?偏转电极的电压U2、板间距d、板端到荧光屏的距离L。=KyUy偏移量与YY?偏转电极的电压U 2 成正比。人教版高中物理选修3-1 1.9带电粒子在电场中的运动(共46张PPT)人教版高中物理选修3-1 1.9带电粒子在电场中的运动(共46张PPT)示波器的原理示波器的原理1.1.如果在电极XX 之间不加电压，但在YY 之间加不变的电压，使Y 的电势比Y 高（有

13、时说这种情况是“Y正，Y 负”），电子将打在荧光屏的什么位置？电子沿Y方向向上偏移。人教版高中物理选修3-1 1.9带电粒子在电场中的运动(共46张PPT)人教版高中物理选修3-1 1.9带电粒子在电场中的运动(共46张PPT)示波器的原理示波器的原理1.2.如果在电极XX之间不加电压，但在YY之间加不变的电压，使Y的电势比Y高，电子将打在荧光屏的什么位置？电子沿Y方向向下偏移。人教版高中物理选修3-1 1.9带电粒子在电场中的运动(共46张PPT)人教版高中物理选修3-1 1.9带电粒子在电场中的运动(共46张PPT)示波器的原理示波器的原理1.4.如果在YY 之间不加电压，而在XX 之间加

14、不变的电压（X 的电势比X高），电子将打在荧光屏的什么位置？电子沿X 方向向里偏移。人教版高中物理选修3-1 1.9带电粒子在电场中的运动(共46张PPT)人教版高中物理选修3-1 1.9带电粒子在电场中的运动(共46张PPT)示波器的原理示波器的原理1.4.如果在YY 之间不加电压，而在XX 之间加不变的电压（X 的电势比X高），电子将打在荧光屏的什么位置？电子沿X方向向外偏移。人教版高中物理选修3-1 1.9带电粒子在电场中的运动(共46张PPT)人教版高中物理选修3-1 1.9带电粒子在电场中的运动(共46张PPT)示波器的原理示波器的原理2.1.如果在电极XX 之间不加电压，而在电极Y

15、Y 之间所加的电压按如下左图所示的规律随时间变化，在荧光屏上会看到什么图形？0 t t1电子沿Y方向向上偏移。人教版高中物理选修3-1 1.9带电粒子在电场中的运动(共46张PPT)人教版高中物理选修3-1 1.9带电粒子在电场中的运动(共46张PPT)示波器的原理示波器的原理2.1.如果在电极XX 之间不加电压，而在电极YY 之间所加的电压按如下左图所示的规律随时间变化，在荧光屏上会看到什么图形？t1 t1 t2电子沿Y方向向下偏移 人教版高中物理选修3-1 1.9带电粒子在电场中的运动(共46张PPT)人教版高中物理选修3-1 1.9带电粒子在电场中的运动(共46张PPT)示波器的原理示波

16、器的原理2.2.如果YY之间的电压仍然如上问中所示，而在电极XX之间加不变的电压（X正、X负），在荧光屏上会看到什么图形?0 t t1电子沿Y方向向上偏，沿X方向向里偏。人教版高中物理选修3-1 1.9带电粒子在电场中的运动(共46张PPT)人教版高中物理选修3-1 1.9带电粒子在电场中的运动(共46张PPT)示波器的原理示波器的原理2.2.如果YY之间的电压仍然如上问中所示，而在电极XX之间加不变的电压（X正、X负），在荧光屏上会看到什么图形?t1 t t2电子沿Y方向向下偏，沿X方向向里偏。人教版高中物理选修3-1 1.9带电粒子在电场中的运动(共46张PPT)人教版高中物理选修3-1

17、1.9带电粒子在电场中的运动(共46张PPT)示波器的原理示波器的原理2.3如果YY 之间的电压仍然如上问中所示，而在电极XX 之间加不变的电压（X负、X 正），在荧光屏上会看到什么图形？电子沿Y方向向上向下偏，沿X方向向外偏。人教版高中物理选修3-1 1.9带电粒子在电场中的运动(共46张PPT)人教版高中物理选修3-1 1.9带电粒子在电场中的运动(共46张PPT)示波器的原理示波器的原理3.如果YY 之间的电压仍然如上问中所示，而在电极XX之间所加的电压按下图所示的规律变化，在荧光屏上会看到什么图形？人教版高中物理选修3-1 1.9带电粒子在电场中的运动(共46张PPT)人教版高中物理选

18、修3-1 1.9带电粒子在电场中的运动(共46张PPT)示波器的原理示波器的原理示波管的YY 偏转电极上加的是待显示的信号电压。这个电压是周期性的。XX偏转电极通常接入仪器自身产生的锯齿形电压叫做扫描电压。如果信号电压是周期性的，并且扫描电压与信号电压的周期相同，就可以在荧光屏上得到待测信号在一个周期内随时间变化的稳定图象了。人教版高中物理选修3-1 1.9带电粒子在电场中的运动(共46张PPT)人教版高中物理选修3-1 1.9带电粒子在电场中的运动(共46张PPT)【分析】【解答】【点评】例题例题人教版高中物理选修3-1 1.9带电粒子在电场中的运动(共46张PPT)人教版高中物理选修3-1

19、 1.9带电粒子在电场中的运动(共46张PPT)【分析】【解答】例题例题人教版高中物理选修3-1 1.9带电粒子在电场中的运动(共46张PPT)人教版高中物理选修3-1 1.9带电粒子在电场中的运动(共46张PPT)【分析】【解答】例题例题人教版高中物理选修3-1 1.9带电粒子在电场中的运动(共46张PPT)人教版高中物理选修3-1 1.9带电粒子在电场中的运动(共46张PPT)例题例题人教版高中物理选修3-1 1.9带电粒子在电场中的运动(共46张PPT)人教版高中物理选修3-1 1.9带电粒子在电场中的运动(共46张PPT)【分析】例题例题人教版高中物理选修3-1 1.9带电粒子在电场中的运动(共46张PPT)人教版高中物理选修3-1 1.9带电粒子在电场中的运动(共46张PPT)